一种焦糖化空心纳米材料及其制备方法与应用与流程

技术领域：

本发明涉及一种焦糖化空心纳米材料及其制备方法与应用,属于无机纳米材料技术领域。

背景技术：
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如今，癌症发病率逐年升高，人们不断发展更为有效的医疗手段以提高癌症的疗效。目前主要的诊断技术包括：磁共振成像(mri)，光学成像，正电子发射型计算机断层显像(pet),电子计算机断层扫描(ct),超声成像(usi)等。目前主要的治疗技术包括：手术，放疗，化疗和生物治疗等手段。在这些新的诊断和治疗技术中，将肿瘤的成像和治疗结合于一体的诊疗一体化技术最近受到了极大的关注。纳米医学方法在癌症治疗中具有巨大的临床可转化的潜力，可以对整个诊断和治疗过程中产生积极的影响，并提高癌症患者的生活质量。随着科学技术的发展以及人们对肿瘤治疗效果的更高要求，发展集肿瘤诊断与治疗一体化的应用手段是当前科学工作者主要的研究目标。为了解决这个医学难题，纳米药物诊疗剂应运而生。

纳米技术和生物技术的出现促进了多功能的纳米颗粒(成像和载药)作为生物药物的发展。目前开发的纳米诊疗剂主要分为无机纳米颗粒和有机高分子纳米颗粒。无机纳米材料的结晶度比较高，在生物体内难以被降解，长期滞留在体内，对身体健康长生危害。对无机纳米材料进行修饰或者功能化以后，虽然毒性降低但是容易产生溶血现象；虽然有机高分子在生物体内能够实现降解，但是现有的有机高分子实现诊疗一体化还需要负载其它诊断剂来实现诊断或治疗。并且有机高分子在生物体内的用于超声成像时，会由于超声波的作用快速分解，很难实现药物的长效释放。

技术实现要素：
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针对现有技术的不足，本发明提供一种焦糖化空心纳米材料及其制备方法与应用,本发明提供的焦糖化空心纳米材料不会因为超声波的作用很快分解，也不会因为在体内无法降解引起纳米毒性，可以实现药物在生物体内长效释放，克服了现有技术的缺点，使得焦糖化空心纳米材料在生物体内的超声诊断应用得到提高。另外，本发明提供的焦糖化纳米材料具有双亲性和光热性能，使得该材料在载药治疗中的应用进一步提高。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种焦糖化空心纳米材料，所述的焦糖化空心纳米材料为弹性完整空心球状或弹性不完整空心球状，粒径为30-1500nm。

根据本发明优选的，完整空心球状纳米材料的粒径为800-1000nm，不完整空心球状纳米材料的粒径为600–800nm。

根据本发明优选的，不完整空心球状为空心半球状。

本发明还提供一种焦糖化空心纳米材料的制备方法。

一种焦糖化空心纳米材料的制备方法，包括步骤如下：

(1)将葡萄糖粉末、油酸钠加入到水中缓慢搅拌，得到透明溶液；向透明溶液中加入钠盐，混合均匀，得混合液；

(2)将混合液转移到反应釜中加热到160℃-200℃，反应2-6h；

(3)反应完成后溶液冷却到室温进行离心处理，离心分离得到的固体物洗涤后真空干燥，得到焦糖化空心纳米材料。

根据本发明优选的，步骤(1)中，葡萄糖与水的质量体积比为：(2-6)：(20-40)，单位：g/ml。

根据本发明优选的，步骤(1)中，油酸钠与水的摩尔体积比为：(1.5-6)：(20-40)，单位：mmol/ml。

根据本发明优选的，步骤(1)中，所述的钠盐为nacl或硼酸钠。

根据本发明优选的，步骤(1)中，nacl的加入量与水的质量体积比为(0.5-5)：(20-40)mg/ml；硼酸钠与水的质量体积比为(50-500)：(20-40)mg/ml。

根据本发明优选的，步骤(2)中，反应温度为170℃-180℃，反应时间为3-4h。

根据本发明优选的，步骤(3)中，离心转速为6000-12000rpm。

根据本发明优选的一个技术方案，一种焦糖化空心纳米材料的制备方法，包括步骤如下：

(1)将3g葡萄糖粉末、3mmol油酸钠加入到30ml水中缓慢搅拌，得到透明溶液；向透明溶液中加入0.1g硼酸钠，混合均匀，得混合液；

(2)将混合液转移到反应釜中加热到170℃，反应4h；

(3)反应完成后溶液冷却到室温进行6000rpm离心，离心分离得到的固体物洗涤后真空干燥，得到尺寸800–1500nm高分散焦糖化空心纳米材料。

根据本发明优选的一个技术方案，一种焦糖化空心纳米材料的制备方法，包括步骤如下：

(1)将3g葡萄糖粉末、3mmol油酸钠加入到30ml水中缓慢搅拌，得到透明溶液；向透明溶液中加入0.1m的nacl0.1ml，混合均匀，得混合液；

(2)将混合液转移到反应釜中加热到170℃，反应4h；

(3)反应完成后溶液冷却到室温进行6000rpm离心，离心分离得到的固体物洗涤后真空干燥，得到粒径600-800nm高分散焦糖化空心纳米材料。

本发明的制备方法将葡萄糖、油酸钠溶于水中，在水溶液中，由于油酸钠的憎水基缔合，形成胶束，在水热过程中，葡萄糖发生焦糖化反应生成的较小的纳米颗粒在胶束的亲水基团发生聚合。通过改变加入的油酸钠和葡萄糖的比例，以及反应时间和温度，胶束的完整结构会发生变化，影响焦糖化空心纳米材料的空腔大小和纳米材料的尺寸，因此产生纳米材料的形貌会发生变化，钠盐的种类及加入量，降低了反应溶液的黏度，得到的焦糖化空心纳米材料具有高分散性。

一种焦糖化空心纳米材料的应用，用于超声成像或疏水性药物的负载和光热治疗，焦糖化空心纳米材料的应用浓度为0.0625-1.0mg/ml。

本发明具有如下优点及效果：

1、本发明在油酸钠存在下通过食品科学的方法(焦糖化反应)制备焦糖化纳米材料，得到的材料空心结构比较稳定，能够在超声波中稳定存在，避免了现有无机纳米材料(脂质体，胶束等材料)容易超声分解引起的溶血现象；而且该纳米材料的结晶性极低，在实现生物体内的长循环的同时能够被各种酶有效降解，及时排出体外，具有更高的安全性；另外该纳米材料具有弹性，更有利于细胞的吞噬。

2、本发明通过控制油酸钠、葡萄糖的比例以及钠盐的种类，可以得到不同空腔大小、不同尺寸，不同形貌的纳米材料，材料可控性强。

附图说明：

图1为实施例1制得的焦糖化空心纳米材料tem图；

图2为实施例1制得的焦糖化空心纳米材料的超声成像图；

图3为实施例2制得的焦糖化空心纳米材料tem图；

图4为实施例2制得的焦糖化空心纳米材料的超声成像图；

图5为用激光进行辐射实施例2的焦糖化空心纳米材料用于杀死肿瘤细胞的细胞凋亡图；

图6为利用实施例2的焦糖化空心纳米材料对小鼠进行乳腺癌超声的超声成像图。

图7利用实施例2焦糖化空心纳米材料对小鼠进行光热治疗时的效果对比图。

图8为实验例1(1)中改变油酸钠的添加量得到的焦糖化空心纳米材料的tem图，图中，a为油酸钠的添加量为0.5mmol，b为油酸钠的添加量为1mmol，c为油酸钠的添加量为1.5mmol，d为油酸钠的添加量为2mmol，e为油酸钠的添加量为3mmol。

图9为实验例1(2)中改变油酸钠的添加量得到的焦糖化空心纳米材料的tem图，图中，a为油酸钠的添加量为0.5mmol，b为油酸钠的添加量为1mmol，c为油酸钠的添加量为1.5mmol，d为油酸钠的添加量为2mmol，e为油酸钠的添加量为3mmol。

图10为实验例1(3)中改变油酸钠的添加量得到的焦糖化空心纳米材料的tem图，图中，a为油酸钠的添加量为0.5mmol，b为油酸钠的添加量为1mmol，c为油酸钠的添加量为1.5mmol，d为油酸钠的添加量为2mmol，e为油酸钠的添加量为3mmol。

图11为实验例2中改变反应温度得到的焦糖化空心纳米材料的tem图。

具体实施方式：

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述，但不仅限于此，本发明未详尽说明的，均按本领域常规技术

实施例中所用的材料、试剂均可市场购得。

实施例1

一种焦糖化空心纳米材料的制备方法，包括步骤如下：

(1)将3g葡萄糖粉末、3mmol油酸钠加入到30ml水中缓慢搅拌，得到透明溶液；向透明溶液中加入0.1g硼酸钠，混合均匀，得混合液；

(2)将混合液转移到不锈钢反应釜中加热到170℃，反应4h；

(3)反应完成后溶液冷却到室温进行6000rpm离心，离心分离得到的固体物用去离子水和乙醇洗涤，真空干燥，得到高分散焦糖化空心纳米材料。

得到的焦糖化空心纳米材料tem图如图1所示，从图1可以看出，材料为完整的球状结构，内部有空腔。

得到的球状焦糖化纳米材料在超声成像对比剂中的应用：

取球状焦糖化纳米材料分散在去离子水中，然后将分散的溶液装入离心管，在离心管外侧涂敷超声胶。最后，超声探头进行成像测试。超声成像结果如图2。

实施例2

一种焦糖化空心纳米材料的制备方法，包括步骤如下：

(1)将3g葡萄糖粉末、3mmol油酸钠加入到30ml水中缓慢搅拌，得到透明溶液；向透明溶液中加入0.1m的nacl0.1ml，混合均匀，得混合液；

(2)将混合液转移到不锈钢反应釜中加热到170℃，反应4h；

(3)反应完成后溶液冷却到室温进行6000rpm离心，离心分离得到的固体物用去离子水和乙醇洗涤，真空干燥，得到高分散焦糖化空心纳米材料。

得到的焦糖化空心纳米材料tem图如图3所示，从图1可以看出，材料为内部有空腔的半球状结构。改变加入的原料的种类也会影响焦糖化纳米材料的形貌，进而影响超声成像的效果。

得到的碗状焦糖化纳米材料在超声成像对比剂中的应用：

取球状焦糖化纳米材料分散在去离子水中，然后将分散的溶液装入离心管，在离心管外侧涂敷超声胶。最后，超声探头进行成像测试。超声成像结果如图4。

应用实验例：

1、用激光进行辐射实施例2的焦糖化空心纳米材料，以实施例2的焦糖化空心纳米材料为光热剂，150μg/ml的材料就能实现对肿瘤细胞的很好的杀死效果，如图5所示的细胞凋亡图；说明本发明材料具有很好的紫外吸收，当用激光进行辐射能够将光转化成热量，从而达到杀死肿瘤细胞的作用，

2、利用实施例2的焦糖化空心纳米材料给小鼠进行乳腺癌超声成像时，如图6所示，说明本发明空心纳米材料具有稳定性，能达到很好的成像效果。

3、利用实施例2的焦糖化空心纳米材料对小鼠进行光热治疗时，能够时小鼠的肿瘤有效消融，如图7所示。

实施例3

同实施例1所述的焦糖化空心纳米材料的制备方法，不同之处在于：

步骤(3)反应完成后溶液冷却到室温进行12000rpm离心，离心分离得到的固体物用去离子水和乙醇洗涤，真空干燥，得到高分散焦糖化空心纳米材料。

以实施例3制得的焦糖化空心纳米材料为载体，以青蒿素为疏水性药物的代表进行测试，发现对青蒿素的载药量为198.8mg/g，说明焦糖化纳米材料具有双亲性,而且具有丰富的孔结构，能够用于疏水性药物的负载。

实验例1

1、一种焦糖化空心纳米材料的制备方法，按实施例1的方法进行，不同之处在于，葡萄糖粉末为2g，改变油酸钠的添加量，油酸钠的添加量分别为0.5mmol、1mmol、1.5mmol、2mmol、3mmol，得到的焦糖化空心纳米材料的tem图如图8所示。

2、一种焦糖化空心纳米材料的制备方法，按实施例1的方法进行，不同之处在于，葡萄糖粉末为3g，改变油酸钠的添加量，油酸钠的添加量分别为0.5mmol、1mmol、1.5mmol、2mmol、3mmol，得到的焦糖化空心纳米材料的tem图如图9所示。

3、一种焦糖化空心纳米材料的制备方法，按实施例1的方法进行，不同之处在于，葡萄糖粉末为4g，改变油酸钠的添加量，油酸钠的添加量分别为0.5mmol、1mmol、1.5mmol、2mmol、3mmol，得到的焦糖化空心纳米材料的tem图如图10所示。

通过图8、图9、图10可以看出，改变葡萄糖和油酸钠的添加量影响焦糖化空心纳米材料的空腔大小和纳米材料的尺寸，进而影响超声成像的效果。

实验例2

一种焦糖化空心纳米材料的制备方法，按实施例1的方法进行，不同之处在于，改变步骤(2)的反应温度，分别为150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃，得到的焦糖化空心纳米材料的tem图如图11所示，通过图11可以看出，反应温度越高，材料的聚合程度越大，在反应温度为170℃时，聚合程度最大。