一种比色检测和光热杀灭肿瘤细胞的多功能材料及其制备方法和应用

本发明涉及一种比色检测和光热杀灭肿瘤细胞的多功能材料及其制备方法和应用，属于功能材料。

背景技术：

1、作为全球第二大致死病因，肿瘤是一系列细胞非正常增殖并具有侵袭和转移特性的疾病统称，其可能发生在患者的任何部位，每年造成大量人口死亡，给患者及家属造成了巨大痛苦和经济负担。肿瘤的精确诊断能够实现肿瘤的早发现、早治疗和肿瘤愈后的监测，避免肿瘤发展到中晚期和复发，对于提升肿瘤的治愈率具有重要意义。而肿瘤的高效治疗是对传统治疗方法(手术切除、放疗和化疗)的有利补充，能够丰富肿瘤特异性治疗模式，减小患者痛苦和经济负担。因此，迫切需要发展肿瘤的精确诊断和有效治疗的有效手段。

2、在肿瘤的诊断中，学者和医疗机构发展了电化学、荧光、拉曼、质谱和比色等方法用于肿瘤细胞的超灵敏、高选择性检测，进而筛查肿瘤。与其他方法相比，比色法具有快速、便捷、成本低等特点，被广泛用于肿瘤细胞的检测。但传统比色法依赖于天然辣根过氧化物酶或者纳米材料的类过氧化物酶活性，且在实验操作过程中需要额外加入过氧化氢，操作相对繁琐。目前操作相对简单的基于纳米材料类氧化物酶活性检测肿瘤细胞的工作还未见报道。在肿瘤的治疗中，光热疗法是一种新兴肿瘤治疗策略，其利用外源性光热转换材料将光能转换为热能，让肿瘤局部组织升温超过40℃，造成肿瘤细胞内蛋白质变性，使癌细胞形态和功能被破坏，进而杀灭肿瘤细胞，具有可控、非侵入等优势。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供一种比色检测和光热杀灭肿瘤细胞的多功能材料及其制备方法和应用，所述多功能材料将肿瘤细胞的比色检测与光热杀灭同时集成到单一材料体系中，既能检测肿瘤细胞还能杀灭肿瘤细胞，可发挥诊断加治疗的双功能效果，有助于提高诊疗效率，从而降低患者治疗成本和周期。

2、第一方面，本发明提供一种具有类氧化物酶活性的多功能材料。所述多功能材料是螯合单原子铁的类石墨化氮化碳材料，包括甲酰胺分子通过席夫碱反应产生的聚合物配体与铁离子螯合形成的螯合物。其中，聚合物配体与铁离子螯合形成的fe-n活性配位使得fe以氧化态的单原子分散形式存在。

3、所述纳米材料具有优异的类氧化物酶活性，可以催化显色底物3,3',5,5'-四甲基联苯胺(tmb)发生显色反应，从而检测体系在652nm处的吸光度值来确定肿瘤细胞的数量，进而实现比色检测肿瘤细胞的目的。同时，所述材料在近红外区具有一定的吸收，具备良好的光热转换性能，可以用作光热转换材料通过光热疗法杀灭肿瘤细胞。

4、较佳地，所述多功能材料还包括以c-s-c的形式掺杂在聚合物配体上的硫原子。所述形式的硫原子进入fe-n活性配位位点周围，能够调控活性位点周围电子密度，使fe-n位点周围的电荷密度更向fe聚集，加速了tmb和溶解氧之间的电子转移速率。

5、较佳地，所述多功能材料还包括修饰所述螯合物的靶向肿瘤细胞的叶酸。叶酸可以与肿瘤细胞上高表达的叶酸受体特异性结合，进而靶向到肿瘤细胞。

6、较佳地，所述多功能材料的n以石墨氮、吡咯氮和吡啶氮的形式存在。

7、较佳地，所述聚合物配体具有甲酰胺分子通过席夫碱反应由于自聚合形成的碳骨架。

8、第二方面，本发明提供一种具有类氧化物酶活性的多功能材料的制备方法。所述制备方法包括以下步骤：将铁源分散在甲酰胺中形成混合溶液，将混合溶液在180～220℃反应12～24小时，反应结束后收集产物并干燥，得到所述具有类氧化物酶活性的多功能材料。

9、第三方面，本发明提供一种具有类氧化物酶活性的多功能材料的制备方法。所述制备方法包括以下步骤：将铁源和硫脲分散在甲酰胺中形成混合溶液，将混合溶液在180～220℃反应12～24小时，反应结束后收集产物并干燥，得到所述具有类氧化物酶活性的多功能材料。

10、第四方面，本发明提供一种具有类氧化物酶活性的多功能材料的制备方法。所述制备方法包括以下步骤：将铁源和硫脲分散在甲酰胺中形成混合溶液，将混合溶液在180～220℃反应12～24小时，反应结束后收集产物并干燥；以及通过n-羟基琥珀酰亚胺和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐活化的酰胺反应，将叶酸修饰于所述产物，得到所述具有类氧化物酶活性的多功能材料。

11、较佳地，所述铁源相对于甲酰胺的摩尔比例为1～10mm：30～50ml。

12、较佳地，所述硫脲相对于甲酰胺的摩尔比例为1～10mm：30～50ml。

13、较佳地，所述铁源为醋酸铁、氯化铁和硫酸铁中的至少一种。

14、第五方面，本发明提供上述任一项所述的具有类氧化物酶活性的多功能材料在制备同时具有比色检测和光热杀灭肿瘤细胞功能的药物中的应用。

技术特征：

1.一种具有类氧化物酶活性的多功能材料，其特征在于，所述多功能材料是螯合单原子铁的类石墨化氮化碳材料，包括甲酰胺分子通过席夫碱反应产生的聚合物配体与铁离子螯合形成的螯合物；其中，聚合物配体与铁离子螯合形成的fe-n活性配位使得fe以氧化态的单原子分散形式存在。

2.根据权利要求1所述的多功能材料，其特征在于，所述多功能材料还包括以c-s-c的形式掺杂在聚合物配体上的硫原子。

3.根据权利要求2所述的多功能材料，其特征在于，所述多功能材料还包括修饰所述螯合物的靶向肿瘤细胞的叶酸。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的多功能材料，其特征在于，所述多功能材料的n以石墨氮、吡咯氮和吡啶氮的形式存在。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的多功能材料，其特征在于，所述聚合物配体具有甲酰胺分子通过席夫碱反应由于自聚合形成的碳骨架。

6.根据权利要求1所述的具有类氧化物酶活性的多功能材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：将铁源分散在甲酰胺中形成混合溶液，将混合溶液在180～220℃反应12～24小时，反应结束后收集产物并干燥，得到所述具有类氧化物酶活性的多功能材料。

7.根据权利要求2所述的具有类氧化物酶活性的多功能材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：将铁源和硫脲分散在甲酰胺中形成混合溶液，将混合溶液在180～220℃反应12～24小时，反应结束后收集产物并干燥，得到所述具有类氧化物酶活性的多功能材料。

8.根据权利要求3所述的具有类氧化物酶活性的多功能材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：将铁源和硫脲分散在甲酰胺中形成混合溶液，将混合溶液在180～220℃反应12～24小时，反应结束后收集产物并干燥；以及通过n-羟基琥珀酰亚胺和1-（3-二甲氨基丙基）-3-乙基碳二亚胺盐酸盐活化的酰胺反应，将叶酸修饰于所述产物，得到所述具有类氧化物酶活性的多功能材料。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述铁源相对于甲酰胺的摩尔比例为1～10mm：30～50ml；优选地，所述硫脲相对于甲酰胺的摩尔比例为1～10mm：30～50ml。

10.权利要求1至5中任一项所述的具有类氧化物酶活性的多功能材料在制备同时具有比色检测和光热杀灭肿瘤细胞功能的药物中的应用。

技术总结
本发明提供一种比色检测和光热杀灭肿瘤细胞的多功能材料及其制备方法和应用。所述多功能材料是螯合单原子铁的类石墨化氮化碳材料，包括甲酰胺分子通过席夫碱反应产生的聚合物配体与铁离子螯合形成的螯合物；其中，聚合物配体与铁离子螯合形成的Fe‑N活性配位使得Fe以氧化态的单原子分散形式存在。

技术研发人员：刘宣勇,卢位,陈书寒,邱家军,谭继
受保护的技术使用者：中国科学院上海硅酸盐研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15