一种金/介孔硅/氧化铁纳米复合材料及其制备方法和应用与流程

本发明属于复合材料的制备领域，具体涉及一种金/介孔硅/氧化铁纳米复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

三阴性乳腺癌(triple-negativebreastcancer,tnbc)是指缺乏雌激素受体(er)、孕酮受体(pr)表达与缺乏表皮生长因子受体-2基因(her)表达的乳癌。激素治疗、靶向治疗等在临床上常见的乳癌治疗方案往往对三阴性乳癌患者无效。虽然化疗可在病理学意义上消除许多三阴性乳腺癌患者的肿瘤，但因复发率较高，不可避免的系统毒性，对患者预期生存时间改善不大。因此，亟需一种针对其他新靶点并且毒副作用极小的治疗策略来应对这种棘手的肿瘤。

近期的研究发现乳腺癌细胞上铁转运蛋白数量远远少于正常乳腺上皮细胞上的转铁蛋白的数量，这就造成了在乳腺癌细胞中铁的外流减少，滞留增加。这种异常的铁代谢为利用基于铁催化的芬顿反应来治疗三阴性乳腺癌提供了可能。尽管充满希望，但胞内较低过氧化氢浓度限制了基于纳米氧化铁的芬顿制剂的治疗效果。为了提高胞内芬顿反应效率来治疗三阴性乳腺癌，新型高效可控的芬顿制剂亟待开发。如公开号为cn110478318a的中国专利公开了一种芬顿试剂和阿霉素共转运靶向纳米载体及其制备方法，包括ca-oh和fc-oh的制备、ca-sa-cooh和fc-sa-cooh的制备、fa-peg-cooh的制备、ca,fc-g-pullulan的制备、ca,fc,fa-g-pullulan的制备、dox-loadedcffpnps的制备步骤。

随着纳米技术的快速发展，通过合理设计，优化材料，构建稳定、高效和安全的芬顿制剂，利用纳米材料多功能性，开发集靶向递送、活体示踪、可控起效等功能于一体的多功能纳米药物将是未来的研究趋势。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种金/介孔硅/氧化铁纳米复合材料及其制备方法和应用，该纳米复合材料能作为磁共振成像造影剂，用于体内的定位，确认最佳光照时间；在受到近红外光照射后，产热诱导胞内h2o2水平提升，激活芬顿反应杀伤三阴乳腺癌细胞。

本发明所提供的技术方案为：

一种金/介孔硅/纳米复合材料，将配体转换的氧化铁纳米晶修饰于氨基修饰的介孔硅包覆的金纳米棒的表面，形成核-壳-卫星结构；所述配体转换是指利用2-溴代异丁酸进行配体转换；所述配体转换的氧化铁纳米晶的粒径为1～10nm；所述的金纳米棒的粒径为1～100nm；所述氨基修饰的介孔硅包覆的金纳米棒的粒径为5～500nm。

为了将氧化铁纳米晶以稳定的共价键的形式接到介孔硅包覆的金纳米棒表面，先利用2-溴代异丁酸对氧化铁纳米晶进行配体转换，再对介孔硅包覆的金纳米棒表面进行氨基修饰，通过亲核取代反应，最终实现材料复合多功能一体。上述的粒径范围，便于氧化铁纳米晶均匀地修饰于介孔硅纳米粒子的表面，得到形貌与性能优异的复合材料。

上述技术方案中，本发明提供的上述金/介孔硅/氧化铁纳米复合材料能够通过高通透性和滞留效应(epr)有效富集于三阴性乳腺癌细胞中，并通过表面修饰纳米氧化铁介导的增强的磁共振成像，观测其在肿瘤的富集，确定最佳的治疗时机。随后使用近红外激光照射肿瘤部位，内部的金纳米棒能够吸收近红外光产生热量，加热肿瘤细胞。肿瘤细胞由于热的刺激，细胞内的h2o2将显著提高，从而激活铁纳米粒子催化的芬顿反应，产生大量细胞毒性的羟基自由基杀伤肿瘤细胞。

本发明提供一种如上述的金/介孔硅/氧化铁纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：

1)将油酸铁、油酸、油醇加到十八烯中反应，得到氧化铁纳米晶；利用2-溴代异丁酸进行配体转换，得到配体转换的氧化铁纳米晶；

2)将硼氢化钠加到四氯金酸和十六烷基三甲基溴化铵的水溶液中，得到金种溶液；随后将抗坏血酸加入到含四氯金酸，硝酸银，十六烷基三甲基溴化铵的水溶液中得到生长溶液；将金种溶液加入到生长溶液中反应，得到金纳米棒；

3)将金纳米棒加入到十六烷基三甲基溴化铵、氢氧化钠的水溶液中，再向其中加入正硅酸乙酯进行反应，得到介孔硅包覆的金纳米棒；将3-氨丙基三乙氧基硅烷加入到介孔硅包覆的金纳米棒的乙醇溶液中反应，得到氨基修饰的介孔硅包覆的金纳米棒；

4)将配体转换的氧化铁纳米晶和氨基修饰的介孔硅包覆的金纳棒加入到n-n二甲基甲酰胺中，在室温下反应3～15h，得到金/介孔硅/氧化铁纳米复合材料。

采用上述制备方法，能够制备出金/介孔硅/氧化铁纳米复合材料，该复合材料既能作为磁共振成像造影剂，又能作为芬顿试剂，并且在近红外光照后产热，诱导细胞产生大量h2o2，激活芬顿反应，杀伤肿瘤细胞。因此，通过多种材料的复合，构建出针对三阴性乳腺癌的诊疗一体化制剂。

作为优选，所述步骤1)中油酸铁、油酸、油醇与十八烯的质量比为1：0.15～0.6：0.5～2：2.5～10。

作为优选，所述步骤1)中将油酸铁、油酸、油醇加到十八烯中，在200～300℃下反应30～60min，冷却、沉淀、洗涤，得到氧化铁纳米晶。

作为优选，所述步骤1)中配体转换是指：将得到的氧化铁纳米晶、2-溴代异丁酸和柠檬酸依次加入到氯仿和n-n二甲基甲酰胺的混合溶剂中搅拌2～30h。配体转换是为了将氧化铁纳米晶以稳定的共价键的形式接到介孔硅纳米粒子表面。进一步优选，所述步骤1)中2-溴代异丁酸与氧化铁纳米晶的质量比为20～60：1。

作为优选，所述步骤2)中金种溶液中四氯金酸、硼氢化钠、与十六烷基三甲基溴化铵的质量比为1：0.05～0.5：100～800；生长溶液中四氯金酸、抗坏血酸、硝酸银与十六烷基三甲基溴化铵的质量比为1：0.2～1：0.05～0.5：100～800。

作为优选，所述步骤2)中金种溶液需在室温熟化1～3h；金种溶液与生长溶液的体积比为1：100～500；两种溶液混合后需在室温熟化2～8h；离心、洗涤，得到金纳米棒。

作为优选，所述步骤3)中金纳米棒、十六烷基三甲基溴化铵、氢氧化钠、正硅酸乙酯、3-氨丙基三乙氧基硅烷的质量比为1：1～5：0.05～0.4：5～50：50～400。

作为优选，所述步骤3)中水溶液体积为5～200ml；金纳米棒、十六烷基三甲基溴化铵、氢氧化钠需混合0.5-2h；加入正硅酸乙酯后室温搅拌16～36h；离心、洗涤，得到介孔硅包裹的金纳米棒。

作为优选，所述步骤3)中乙醇溶液体积为5～200ml；加入3-氨丙基三乙氧基硅烷后在40～70℃反应4～12h；离心、洗涤，得到氨基修饰介孔硅包裹的金纳米棒

作为优选，所述步骤4)中配体转换的氧化铁纳米晶和氨基修饰的介孔硅包裹的金纳米棒的质量比为1：0.5～5。通过调控二者之间的质量比，控制配体转换的氧化铁纳米晶的含量，使得其易于修饰于氨基修饰的介孔硅包裹的金纳米棒表面，便于形貌的调控。

本发明还提供一种如上述的金/介孔硅/氧化铁纳米复合材料在用于制备治疗三阴性乳腺癌药物中的应用。

同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

(1)本发明中的金/介孔硅/氧化铁纳米复合材料能作为磁共振成像造影剂，用于体内的定位，确认最佳光照时间；在受到近红外光照射后，产热诱导胞内h2o2水平提升，激活芬顿反应杀伤肿瘤细胞。

(2)本发明所涉及的制备方法的反应体系温和，条件可控，所制备的材料均具有良好的生物相容性，具有良好的临床转化可能性。

附图说明

图1为实施例1中的配体转换的氧化铁纳米晶的tem照片；

图2为实施例1中的金纳米棒的tem照片；

图3为实施例1中的氨基修饰的介孔硅包覆的金纳米棒的tem照片；

图4为实施例1中的金/介孔硅/氧化铁纳米复合材料的tem照片；

图5为实施例1中的金/介孔硅/氧化铁纳米复合材料的eds元素mapping图；

图6为实施例1中金/介孔硅/氧化铁纳米复合材料的动态光散射粒径分布(dls)图；

图7为实施例1中金/介孔硅/氧化铁纳米复合材料受红外光照射后升温曲线图；

图8为实施例1中金/介孔硅/氧化铁纳米复合材料的电子顺磁共振波谱图；

图9为实施例1中金/介孔硅/氧化铁纳米复合材料在光照或无光照条件下的细胞毒性评价柱状体；

图10为实施例1中金/介孔硅/氧化铁纳米复合材料的体外t2磁共振成像及1/t2-浓度曲线图；

图11为实施例1中金/介孔硅/氧化铁纳米复合材料尾静脉注射到荷瘤小鼠后t2磁共振成像图；

图12为实施例1中金/介孔硅/氧化铁纳米复合材料的体内肿瘤生长抑制曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例和说明书附图对本发明作进一步说明。

实施例1

(1)氧化铁纳米晶的合成和配体转换：将1.8g油酸铁，0.6g油酸，1.6g油醇加入到10g十八烯中。室温搅拌，以10摄氏度每分钟的升温速度升至280摄氏度。维持温度30分钟，冷却至室温，用丙酮沉淀，离心得到氧化铁纳米晶。

将合成得到的氧化铁纳米晶15mg、0.5g2-溴代异丁酸和0.05g柠檬酸依次加入到7.5ml氯仿和7.5mln,n-二甲基甲酰胺的混合溶剂中搅拌24小时，乙醚沉淀，离心即得。

对得到的配体转换的氧化铈纳米晶用透射电镜进行形貌表征，如图1所示。

(2)金纳米棒的合成：将硼氢化钠(0.056mg)加到四氯金酸(0.34mg)和十六烷基三甲基溴化铵(142mg)的水溶液中(4ml)，熟化2h得到金种溶液。随后将抗坏血酸(4.84mg)加入到含四氯金酸(8.5mg)，硝酸银(0.85mg)，十六烷基三甲基溴化铵(1.73g)的水溶液中得到生长溶液。将金种溶液(0.25ml)加入到生长溶液(50ml)中室温搅拌4h，离心得到金纳米棒；

对制备得到的金纳米棒进行透射电子显微镜形貌表征，如图2所示。

(3)氨基修饰的介孔硅包覆的金纳米棒的合成：将金纳米棒(1mg)加入到十六烷基三甲基溴化铵(3.64mg)、氢氧化钠(0.16mg)的水溶液(10ml)中，再向其中加入正硅酸乙酯(16.74mg)室温反应24h，离心洗涤得到介孔硅包覆的金纳米棒；随后将3-氨丙基三乙氧基硅烷(189.2mg)加入到介孔硅包覆的金纳米棒的乙醇溶液(10ml)中60摄氏度反应6h，离心洗涤得到氨基修饰的介孔硅包覆的金纳米棒；

对制备得到的氨基修饰的介孔硅包覆的金纳米棒进行透射电子显微镜形貌表征，如图3所示。

(4)金/介孔硅/氧化铁纳米复合材料的合成：将5ml配体转换的浓度为3mg/ml氧化铈纳米晶的n,n-二甲基甲酰胺溶液和10ml的5mg/ml氨基修饰的介孔硅包覆的金纳米棒的n,n-二甲基甲酰胺溶液在30摄氏度反应12小时，离心洗涤即可得到金/介孔硅/氧化铁纳米复合材料。

对得到金/介孔硅/氧化铁纳米复合材料进行透射电子显微镜分析，所得结果如图4所示。

图5为实施例1中金/介孔硅/氧化铁纳米复合材料的eds元素mapping图，由图5可知其中含有au、fe、si、o元素，且形成核-壳-卫星结构(金纳米棒为核，氨基修饰的介孔硅为壳，配体转换的氧化铁纳米晶作为卫星结构)。

图6为实施例1中金/介孔硅/氧化铁纳米复合材料的动态光散射粒径分布(dls)图，由图6可知，金/介孔硅/氧化铁纳米复合材料的粒径约为109nm.

图7为实施例1中不同金浓度的金/介孔硅/氧化铁纳米复合材料的水溶液(1ml)，受到808nm近红外光照射(2.5w/cm²)后，溶液温度随时间变化曲线。由图7可知，在8分钟内温度上升超过30摄氏度，证明其具有良好的光热转换能力。

由于氧化铁纳米晶的存在，金/介孔硅/氧化铁纳米复合材料可催化h2o2产生羟基自由基，产生的羟基自由基可被dmpo捕获，并在电子顺磁共振(esr)仪中检测到。图8为实施例1中金/介孔硅/氧化铁纳米复合材料的电子顺磁共振波谱图，由图8可知，生成的羟基自由基的信号被检测到，证明其良好的催化活性。

实施例2

(1)氧化铁纳米晶的合成和配体转换：将2g油酸铁，1g油酸，2g油醇加入到12g十八烯中。室温搅拌，以10摄氏度每分钟的升温速度升至300摄氏度。维持温度20分钟，冷却至室温，用丙酮沉淀，离心得到氧化铁纳米晶。

将合成得到的氧化铁纳米晶10mg、1g2-溴代异丁酸和0.1g柠檬酸依次加入到5ml氯仿和5mln,n-二甲基甲酰胺的混合溶剂中搅拌18小时，乙醚沉淀，离心即得。

(2)金纳米棒的合成：将硼氢化钠(0.1mg)加到四氯金酸(0.8mg)和十六烷基三甲基溴化铵(300mg)的水溶液中(10ml)，熟化2h得到金种溶液。随后将抗坏血酸(10mg)加入到含四氯金酸(18mg)，硝酸银(2mg)，十六烷基三甲基溴化铵(4g)的水溶液中得到生长溶液。将金种溶液(0.5ml)加入到生长溶液(100ml)中室温搅拌6h，离心得到金纳米棒；

(3)氨基修饰的介孔硅包覆的金纳米棒的合成：将金纳米棒(3mg)加入到十六烷基三甲基溴化铵(8mg)、氢氧化钠(0.4mg)的水溶液(20ml)中，再向其中加入正硅酸乙酯(35mg)室温反应24h，离心洗涤得到介孔硅包覆的金纳米棒；随后将3-氨丙基三乙氧基硅烷(400mg)加入到介孔硅包覆的金纳米棒的乙醇溶液(20ml)中60摄氏度反应8h，离心洗涤得到氨基修饰的介孔硅包覆的金纳米棒；

(4)金/介孔硅/氧化铁纳米复合材料的合成：将3ml配体转换的浓度为3mg/ml氧化铈纳米晶的n,n-二甲基甲酰胺溶液和10ml的5mg/ml氨基修饰的介孔硅包覆的金纳米棒的n,n-二甲基甲酰胺溶液在25摄氏度反应8小时，离心洗涤即可得到金/介孔硅/氧化铁纳米复合材料。

实施例3

(1)氧化铁纳米晶的合成和配体转换：将1g油酸铁，0.5g油酸，1g油醇加入到6g十八烯中。室温搅拌，以10摄氏度每分钟的升温速度升至280摄氏度。维持温度30分钟，冷却至室温，用丙酮沉淀，离心得到氧化铁纳米晶。

将合成得到的氧化铁纳米晶5mg、0.5g2-溴代异丁酸和0.05g柠檬酸依次加入到5ml氯仿和5mln,n-二甲基甲酰胺的混合溶剂中搅拌12小时，乙醚沉淀，离心即得。

(2)金纳米棒的合成：将硼氢化钠(0.1mg)加到四氯金酸(0.4mg)和十六烷基三甲基溴化铵(150mg)的水溶液中(5ml)，熟化2h得到金种溶液。随后将抗坏血酸(20mg)加入到含四氯金酸(36mg)，硝酸银(4mg)，十六烷基三甲基溴化铵(8g)的水溶液中得到生长溶液。将金种溶液(1ml)加入到生长溶液(200ml)中室温搅拌3h，离心得到金纳米棒；

(3)氨基修饰的介孔硅包覆的金纳米棒的合成：将金纳米棒(2mg)加入到十六烷基三甲基溴化铵(6mg)、氢氧化钠(0.5mg)的水溶液(15ml)中，再向其中加入正硅酸乙酯(30mg)室温反应24h，离心洗涤得到介孔硅包覆的金纳米棒；随后将3-氨丙基三乙氧基硅烷(300mg)加入到介孔硅包覆的金纳米棒的乙醇溶液(15ml)中50摄氏度反应8h，离心洗涤得到氨基修饰的介孔硅包覆的金纳米棒；

(4)金/介孔硅/氧化铁纳米复合材料的合成：将1ml配体转换的浓度为10mg/ml氧化铈纳米晶的n,n-二甲基甲酰胺溶液和10ml的5mg/ml氨基修饰的介孔硅包覆的金纳米棒的n,n-二甲基甲酰胺溶液在25摄氏度反应12小时，离心洗涤即可得到金/介孔硅/氧化铁纳米复合材料。

应用例：金/介孔硅/氧化铁纳米复合材料应用于三阴性乳腺癌的治疗

(1)体外肿瘤细胞生长抑制

实验材料：选用实施例1制备得到的金/介孔硅/氧化铁纳米复合材料。

细胞模型建立：选用mda-mb-231乳腺癌细胞系。

实验方法：将不同浓度的金/介孔硅/氧化铁纳米复合材料与mda-mb-231孵育8h后，用808nm激光器(1.5w/cm²)照射5min,对照组为不行光照的细胞。继续孵育24小时后，用cck-8定量细胞活性。

实验结果：金/介孔硅/氧化铁纳米复合材料抑制三阴乳腺癌生长的结果如图9所示，在没有光照条件下，金/介孔硅/氧化铁纳米复合材料呈未激活状态，无细毒性。当给予光照后细胞毒性显著加强，证明其光照激活的细胞毒性。

(2)磁共振成像实验

实验材料：选用实施例1制备得到的金/介孔硅/氧化铁纳米复合材料。

实验仪器：9.4t小动物磁共振成像仪。

实验动物：磁性balb/c裸鼠，在乳腺脂肪垫注射mda-mb-231细胞，待肿瘤大小达80mm³.

实验方法：荷瘤小鼠尾静脉注射金/介孔硅/氧化铁纳米复合材料，麻醉后，不同时间点观测磁共振成像图。

实验结果：图10为实施例1中金/介孔硅/氧化铁纳米复合材料的体外t2磁共振成像及1/t2-浓度曲线图；由图10可知金/介孔硅/氧化铁纳米复合材料的r2值为139.13mm^-1s^-1，有较强的t2磁共振成像造影效果。

图11为实施例1中金/介孔硅/氧化铁纳米复合材料尾静脉注射到荷瘤小鼠后t2磁共振成像图；肿瘤部位的磁共振信号随时间延长信号降低，在6h达到最低，表明金/介孔硅/氧化铁纳米复合材料在肿瘤部位的富集达到最大，提示这个时间点就为最佳光照时间。

(3)内体肿瘤生长抑制

实验材料：选用实施例1制备得到的金/介孔硅/氧化铁纳米复合材料。

实验动物：磁性balb/c裸鼠，在乳腺脂肪垫注射mda-mb-231细胞，待肿瘤大小达80mm³.

实验方法：所有荷瘤小鼠随机分为pbs、金/介孔硅、金/介孔硅/氧化铁、pbs+光照、金/介孔硅+光照、金/介孔硅/氧化铁+光照共6组，其中金/介孔硅/氧化铁中金和铁的浓度均为7.1mg/kg，金/介孔硅中金的浓度为7.1mg/kg。注射6h后光照组用808nm激光(1.5w/cm²)照射5min，再第10天重复治疗，每3天记录测量肿瘤大小。

实验结果：图12为实施例1中金/介孔硅/氧化铁纳米复合材料的体内肿瘤生长抑制曲线；由图12可知，金/介孔硅/氧化铁+光照组相对于其它组肿瘤体积更小，表明金/介孔硅/氧化铁+光照组具有良好的肿瘤抑制效果。

以上所述实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改，补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。