近红外光响应香豆素改性的纳米复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及一种近红外光响应香豆素改性的纳米复合材料及其制备方法，属于纳米材料技术领域。

背景技术：

光动力学疗法（pdt）是现代治疗癌症的一种重要手段，具有毒性低，治疗时间短，靶向性高等优点，但传统的光动力学疗法有一定的局限性：（1）目前常用的光敏剂多是疏水的化合物，易团聚，不易运输到病灶；（2）由于可见光对人体组织的穿透性低，所以目前的pdt对口咽部、食管、气管和支气管、胃、结直肠等浅表性肿瘤有根治价值；（3）目前的pdt主要是通过特定波长激发光敏剂产生单线态氧和自由基来杀生癌细胞，缺少药物的协同治疗作用。

近年来，纳米技术的发展，为传统的pdt治疗提供了新的思路。稀土上转化发光纳米材料（ucnps）是一种化学稳定性好，毒性低，生物相容性好的纳米材料，通过掺杂不同的稀土离子，可以将组织穿透性性好的近红外光转换为光敏剂吸收的特定波长（如yb,tm:365,480,800）。介孔纳米二氧化硅（mcm-41）是一种无毒无害，热稳定性好和易于表面改性的药物载体，而其的中空结构可以极大的提高载药量。

目前大多数光控药物释放体系都是利用365nm的紫外光或者双光子进行剪切光板机，但由于这些波长的光对人体组织的穿透性低，无法治疗深处的肿瘤，而稀土上转化发光纳米材料的出现，使得此类问题有了解决的可能性。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种近红外光响应香豆素改性的纳米复合材料及其制备方法，解决了目前光控药物释放体系的光源对人体组织穿透低的问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是:

一种近红外光响应香豆素改性的纳米复合材料,所述的纳米复合材料通过7-(二乙氨基)-4-(羟甲基)香豆素接枝蛋黄-蛋壳材料形成，其结构表达如下：

，

其中，a代表7-(二乙氨基)-4-(羟甲基)香豆素；b代表蛋黄-蛋壳材料，所述的蛋壳为中空介孔二氧化硅纳米球，蛋黄为稀土上转化发光纳米材料（ucnps）。

进一步的，稀土上转化发光纳米材料为nayf4:yb³⁺（40%）/tm³⁺（0.5%）@nayf4:yb³⁺(10%)。

上述纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，采用溶胶-凝胶法制备nayf4:yb³⁺（40%）/tm³⁺（0.5%）材料；

步骤2，采用溶胶-凝胶法制备nayf4:yb³⁺（40%）/tm³⁺（0.5%）@nayf4:yb³⁺(10%)材料；

步骤3，采用软膜板法以nayf4:yb³⁺（40%）/tm³⁺（0.5%）@nayf4:yb³⁺(10%)材料为蛋黄，以中空介孔二氧化硅纳米球为蛋壳，制备蛋黄-蛋壳材料（nayf4:yb³⁺（40%）/tm³⁺（0.5%）@nayf4:yb³⁺(10%)@hmsio2）；

步骤4，将7-(二乙氨基)-4-(羟甲基)香豆素溶于无水thf中，加入异氰酸丙基三乙氧基硅烷和二月桂酸二丁基锡，氮气保护下，避光反应3h以上，将干燥的蛋黄-蛋壳材料分散在无水甲苯中，置于上述反应液中，升温至70±5℃，反应2h以上，然后升温至100℃，回流24h以上，离心收集固体，清洗、真空干燥，制得所述的纳米复合材料。

进一步的，步骤4中，7-(二乙氨基)-4-(羟甲基)香豆素和异氰酸丙基三乙氧基硅烷的摩尔比为1:1。

进一步的，步骤4中，二月桂酸二丁基锡质量为7-(二乙氨基)-4-(羟甲基)香豆素的0.021%。

进一步的，步骤4中，蛋黄-蛋壳材料与7-(二乙氨基)-4-(羟甲基)香豆素的质量比为1:1。

进一步的，步骤4中，于80℃下真空干燥。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

（1）通过制备蛋黄-蛋壳材料，提高了载药量，为光可控药物释放体系提供良好的基础；

（2）实现了利用近红外光对二氧化硅表面接枝的香豆素光板机进行光剪切，解决了目前光控药物释放体系的光源对人体组织穿透低的问题。

附图说明

图1为nayf4:yb³⁺（40%）/tm³⁺（0.5%），nayf4:yb³⁺（40%）/tm³⁺（0.5%）@nayf4:yb³⁺(10%)和nayf4:yb³⁺（40%）/tm³⁺（0.5%）@nayf4:yb³⁺(10%)@hmsio2的xrd衍射图。

图2为nayf4:yb³⁺（40%）/tm³⁺（0.5%）的tem图。

图3为nayf4:yb³⁺（40%）/tm³⁺（0.5%）@nayf4:yb³⁺(10%)的tem图。

图4为nayf4:yb³⁺（40%）/tm³⁺（0.5%）@nayf4:yb³⁺(10%)@hmsio2的tem图。

图5为nayf4:yb³⁺（40%）/tm³⁺（0.5%）和nayf4:yb³⁺（40%）/tm³⁺（0.5%）@nayf4:yb³⁺(10%)在相同功率激光下的荧光谱图。

图6为香豆素的吸光度随980nm激光光照时间的变化。

具体实施方式

本发明的原理是：上转化的发光机制是通过吸收低能激发光子转换为高能发射光子，通过制备核-壳ucnps，我们实现将980nm的近红外光转换为365nm的紫外光。接着我们通过软模板法在ucnps外形成一个中空的介孔纳米微球，并在介孔纳米微球表面修饰上具有光剪切能力的香豆素链，从而实现在980nm的近红外激发下，ucnps激发出365nm的紫外光，透过纳米微球的介孔，作用在香豆素的c4位亚甲基上，使之断裂，香豆素离去。我们通过紫外光谱检测待测样的上清液，可以了解到吸光度随光照时间的变化。

实施例1

1.nayf4:yb³⁺（40%）/tm³⁺（0.5%）的制备

预处理：称取y2o3（67.2mg，0.2975mmol），yb2o3（78.8mg，0.2mmol），tm2o3（0.96mg，0.0025mmol），置于50ml的三口烧瓶中，然后加入2ml浓盐酸,在80℃的油浴中搅拌，溶液由乳白色变为澄清，将液体蒸干，直接用于下一步。

量取6ml油酸，15ml十八烯，加入上述圆底烧瓶中，使用油泵对体系进行抽真空，同时使用加热套将温度升到100℃，通过三通调节真空度，防止溶液爆沸。除水除氧过程约为1.5h。然后升温至160℃，并将真空度调小，持续30min。移除加热套，将溶液冷却至室温。将配好的3mlnaoh（100mg，2.5mmol）甲醇溶液，7mlnh4f（148mg,1mmol）甲醇溶液混合，震荡，迅速加入圆底烧瓶中，室温下搅拌1h。在敞口的情况下，通过升温到70℃将大部分甲醇除去，然后进行抽真空，并升温至100℃，保证体系中无水无氧，接着换n2保护，快速升温至300℃，维持1h。反应结束后，移除加热套，冷却至室温。使用反应液/乙醇（1:1，v/v），离心（6000r/min，3min）收集固体,然后使用水/乙醇（1:1，v/v），超声5min，离心（10000r/min，3min）3次，将固体中的nacl洗掉，最后用环己烷/乙醇（1:1，v/v）洗3次，将固体分散在4ml环己烷中保存。

2.nayf4:yb³⁺（40%）/tm³⁺（0.5%）@nayf4:yb³⁺(10%)的制备

预处理：称取y2o3（81.3mg，0.36mmol），yb2o3（15.8mg，0.04mmol），置于50ml的三口烧瓶中，然后加入2ml浓盐酸,在80℃的油浴中搅拌，溶液由乳白色变为澄清，将液体蒸干，直接用于下一步。

量取6ml油酸，15ml十八烯，加入上述圆底烧瓶中，使用油泵对体系进行抽真空，同时使用加热套将温度升到100℃，通过三通调节真空度，防止溶液爆沸。除水除氧过程约为1.5h。然后升温至160℃，并将真空度调小，持续30min。将溶液冷却至100℃，将上述4ml含ucnps的环己烷溶液加入烧瓶中，除去环己烷，然后冷却至室温。将配好的3mlnaoh（80mg，2mmol）甲醇溶液，7mlnh4f（118mg,0.8mmol）甲醇溶液混合，震荡，迅速加入圆底烧瓶中，室温下搅拌1h。在敞口的情况下，通过升温到70℃将大部分甲醇除去，然后进行抽真空，并升温至100℃，保证体系中无水无氧，接着换n2保护，快速升温至300℃，维持80min。反应结束后，移除加热套，冷却至室温。使用反应液/乙醇（1:1，v/v），离心（6000r/min，3min）收集固体,然后使用水/乙醇（1:1，v/v），超声5min，离心（10000r/min，3min）3次，将固体中的nacl洗掉，最后用环己烷/乙醇（1:1，v/v）洗3次，将固体分散在10ml环己烷中保存。

3.nayf4:yb³⁺/tm³⁺@nayf4:yb³⁺@hmsio2的制备

ucnps质量估算：取3个干燥后1ml离心管，记录质量，使用移液枪各移取100μl待测液至离心管中，烘干，记录质量，将增加的质量取平均，即为每100μl环己烷中ucnps的质量。

除油酸配体：取30mgucnps于1ml离心管中，加乙醇离心（10000r/min，5min）收集固体，然后加入0.1m的盐酸溶液，超声10min，离心（16000r/min，10min）收集，再用乙醇/水洗，离心（16000r/min，10min）收集,最后得到透明固体，将其分散在10ml水中。

称取十二烷基苯磺酸钠（sdbs）(34.8mg，0.1mmol)，硫代甜菜碱（lsb）（33.6mg，0.1mmol），加入50ml单口烧瓶中，并用10ml水溶解，将含有ucnps的水溶液逐滴加入烧瓶中，并用油浴加热至40℃，维持30min。然后依次加入三乙醇胺50μl，(3-氨丙基)三乙氧基硅烷（aps）47μl,硅酸四乙酯300μl,继续反应1h。离心（10000r/min,5min）收集固体。用乙酸/乙醇（1:19，v/v）除去表面活性剂，将得到的蛋黄-壳二氧化硅纳米微球保存在乙醇中。

4.7-(二乙氨基)-4-(羟甲基)香豆素的合成

7-二乙氨基-4-甲基香豆素（2g，8.64mmol）溶于60ml二甲苯中，加入seo2（1.92g，17.28mmol），在氮气保护下，加热回流。24h后，过滤，减压蒸馏，得到棕黑色油状物，加入60ml乙醇溶解，然后在氮气保护下，分批加入nahb4（0.66g，17.28mmol），室温搅拌3h后，加1mhcl（10ml），并加水稀释，用ch2cl2萃取3次，有机相用水和饱和nahco3溶液洗，再用无水na2so4干燥8h，过滤，减压蒸馏得到深棕色油状物，用ch2cl2/丙酮（5.5:1，v/v）过柱得到黄色固体。

5.nayf4:yb³⁺/tm³⁺@nayf4:yb³⁺@hmsio2表面有机功能化

7-(二乙氨基)-4-(羟甲基)香豆素（100mg，0.4mmol）溶于20ml无水thf中，加入异氰酸丙基三乙氧基硅烷(212μl，0.4mmol)，二月桂酸二丁基锡20μl,避光，氮气保护下，室温反应3h。将干燥好的蛋黄-壳二氧化硅纳米微球分散在无水甲苯中，加入上述反应液中，升温至70℃，反应2h，然后升温至100℃，回流24h。离心（10000r/min，3min）收集固体，然后用乙醇/水将残留的香豆素洗净，80℃真空干燥。

6.980nm近红外下，香豆素的光剪切

为了研究在980nm近红外激光光照下，蛋黄-壳二氧化硅纳米微球表面上香豆素的光剪切效果，本专利进行了如下实验：称取3mg改性后的二氧化硅，分散于3mlph=7.4的磷酸盐的缓冲溶液中，通过离心收集上清液，在紫外光谱下检测溶液的吸光度。本次测试980nm近红外激光的功率为5w，为了避免残留的香豆素和光照中温度的升高对测试的影响，我们测试了样品在搅拌过夜后的吸光度变化，并使用冰水浴以维持样品在光照过程中温度基本不变。最后得到香豆素的吸光度随光照时间增加的关系图。

图1表明nayf4:yb³⁺（40%）/tm³⁺（0.5%），nayf4:yb³⁺（40%）/tm³⁺（0.5%）@nayf4:yb³⁺(10%)和nayf4:yb³⁺（40%）/tm³⁺（0.5%）@nayf4:yb³⁺(10%)@hmsio2这些稀土上转化发光纳米材料的晶型都为β相。

图2表明所制得的nayf4:yb³⁺（40%）/tm³⁺（0.5%）的平均粒径约为28nm。

图3表明所制得的nayf4:yb³⁺（40%）/tm³⁺（0.5%）@nayf4:yb³⁺(10%)的平均粒径约为55nm。

图4表明所制得的nayf4:yb³⁺（40%）/tm³⁺（0.5%）@nayf4:yb³⁺(10%)@hmsio2具有明显的中空结构，其中一包一的蛋黄-蛋壳纳米二氧化硅的粒径约为160nm。

图5表明在相同功率的近红外光激发下，nayf4:yb³⁺（40%）/tm³⁺（0.5%）@nayf4:yb³⁺(10%)的发光强度约为nayf4:yb³⁺（40%）/tm³⁺（0.5%）的8~9倍。

图6表明所制备的近红外光响应香豆素改性的纳米复合材料在无光照条件下，几乎没有香豆素分子游离出来，随着光照的进行，溶液的吸光度随着时间的增加而增加，说明香豆素被剪切下来，证明了体系的可行性。