一种超微纳米级球形钨酸铋晶粒及其制备方法与应用与流程

本发明涉及一种钨酸铋材料，具体涉及一种超微纳米级球形钨酸铋晶粒。

背景技术：

钨酸铋(bi2wo6)是aurivillius结构材料中最简单化合物之一。具备如压电、铁电、热释电及催化等物理化学性能，使其在离子半导体、铁磁材料、催化等诸多领域有着广泛的应用。钨酸铋作为一种理想的光催化材料而被应用于处理有机染料废水、有毒物质废水、空气净化等。

1999年，kudo等通过固相反应合成的钨酸铋，在agno3作为牺牲剂的情况下，bi2wo6能进行光解水产生o2，使得其在催化领域开始崭露头角。zou等报道合成的bi2wo6在可见光下对有机物chcl3和ch3cho产生降解，至此，人们开始对其开展了广泛的研究。由于半导体纳米材料的性能与其形貌、尺寸等有着重大联系，因此制备不同形貌的纳米材料得到了越来越多研究者的共识。目前合成的钨酸铋的形貌主要有鸟巢状、花状、片状、轮胎状等。虽然文献已报道有许多方法能够制备形貌结构各异的钨酸铋纳米材料，但是制备的形状尺寸大、水溶性不良、生物兼容性差等，使得钨酸铋鲜有在医学方面应用的报道。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种适用于医学的钨酸铋材料。

为了达到上述目的，本发明提供了一种超微纳米级球形钨酸铋晶粒，该钨酸铋晶粒为球形结构，粒径大小为4-6nm，表面电位-36.2±2.4mv。

本发明还提供了上述钨酸铋晶粒的制备方法，包括以下步骤：

(1)取0.2mmolbi(no3)3·5h2o溶解于5-10ml硝酸；

(2)0.1mmolna2wo4·2h2o溶解于45-75ml蒸馏水中，并加入到步骤(1)制备的溶液中，形成悬浊液；

(3)将步骤(2)制备的悬浊液加热到100-120℃，反应50-80分钟；

(4)取0.2-0.4mlnh3·h2o及0.1ml-0.3ml油酸加入步骤(3)反应后的产物中，并升温至170-200℃，反应50-80min；

(5)将步骤(4)反应结束后的产物离心，收集黄色沉淀，并用无水乙醇和pbs各清洗3次；

(6)将步骤(5)清洗后的沉淀加入50-100ml10mg/ml的kmno4中，超声6-10小时，得到羧基修饰的钨酸铋纳米粒子，pbs清洗3遍，离心分离，即得所述钨酸铋晶粒。

制备完成后，进行冷冻干燥，于4℃下保存。

本发明还提供了上述钨酸铋晶粒在ct成像方面的应用。

具体的，进行ct成像包括以下步骤：

(1)配置注射溶液：取所述钨酸铋纳米晶粒溶于pbs溶液配置注射溶液，注射溶液中钨的浓度为50mm；

(2)瘤内注射：取步骤(1)制备得到的注射溶液40μl进行瘤内注射；

(3)ct成像：瘤内注射3h后，进行ct成像，ct成像采用美国通用750hdct仪，x射线的电压为70kv，电流400μa。

本发明还提供了上述钨酸铋晶粒在制备治疗肿瘤药物方面的应用。

具体的为，上述钨酸铋晶粒在制备用于光热治疗材料方面的应用。

或上述钨酸铋晶粒在制备用于光动力治疗药物方面的应用。

或上述钨酸铋晶粒在光热治疗和光动力治疗方面的联合应用。

本发明相比现有技术具有以下优点：本发明制备得到的钨酸铋为超微纳米级球形材料，能够溶解于pbs溶液，形成胶体溶液，并保持稳定状态超过7天。本发明制备得到的钨酸铋材料由于特殊的结构形状，能够应用于ct成像研究和肿瘤治疗，且细胞兼容性良好，对动物无毒害，能够广泛应用于医学研究，扩宽了钨酸铋的应用领域。

附图说明

图1为本发明钨酸铋晶粒制备的化学反应式；

图2为本发明钨酸铋晶粒的tem(透射电子显微镜)图；

图3为本发明钨酸铋晶粒的粒径分布图；

图4为本发明钨酸铋晶粒的动态光散射图；

图5为本发明钨酸铋晶粒在pbs中稳定性曲线；

图6为本发明钨酸铋晶粒在血清中稳定性曲线；

图7为本发明钨酸铋晶粒中w元素的eds表征图；

图8为本发明钨酸铋晶粒中bi元素的eds表征图；

图9为本发明钨酸铋晶粒对子宫颈癌细胞(hela)的细胞兼容性测试结果；

图10为本发明钨酸铋晶粒对人静脉内皮细胞(huvec)的细胞兼容性测试结果；

图11为本发明钨酸铋晶粒瘤内注射后各脏器的he染色图；

图12、13为本发明钨酸铋晶粒瘤内注射后血液生化分析图；

图12、13中，lym-淋巴细胞百分比，neu-中性粒细胞百分比，eos-嗜酸性粒细胞，mon-单核细胞比率，rbc-红血球计数，alt-谷丙转氨酶，tbil-总胆红素，cre-肌酐，tp-总蛋白，bun-血尿素氮，plt-血小板计数；

图14为本发明钨酸铋晶粒ct成像效果图；

图14中，untreated为直接ct成像的参照组，bi2wo6为bi2wo6瘤内注射后的ct成像实验组，iodixanol为临床常用碘克沙醇进行ct成像的对照组；

图15为采用本发明钨酸铋晶粒进行光热治疗的效果图；

图16为采用本发明钨酸铋晶粒进行光热治疗的温度变化曲线图；

图17为hela细胞经不同处理后，ros/hypoxia检测探针处理后的激光共聚焦扫描显微图；

图18为光热治疗和光动力治疗联用中不同处理下肿瘤体积变化的对比示意图；

图19为光热治疗和光动力治疗联用中不同处理下动物肿瘤消失数量对比示意图；

图20为光热治疗和光动力治疗联用治疗肿瘤中不同处理下动物存活率对比示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

产品制备实施例1

如图1所示，本发明超微纳米球形钨酸铋晶粒的制备方法如下：

(1)取0.2mmolbi(no3)3·5h2o溶解于5-10ml硝酸

(2)0.1mmolna2wo4·2h2o溶解于45-75ml蒸馏水中，并加入到步骤(1)制备的溶液中，形成悬浊液；

(3)将步骤(2)制备的悬浊液加热到100-120℃，反应50-80分钟；

(4)取0.2-0.4mlnh3·h2o及0.1ml-0.3ml油酸加入步骤(3)反应后的产物中，并升温至170-200℃，反应50-80min；

(5)将步骤(4)反应结束后的产物离心，收集黄色沉淀，并用无水乙醇和pbs各清洗3次；

(6)将步骤(5)清洗后的沉淀加入50-100ml10mg/ml的kmno4中，超声6-10小时，得到羧基修饰的钨酸铋纳米粒子(carboxylicacid-functionalizedbi2wo6nps)，pbs清洗3遍，离心分离，即得所述钨酸铋晶粒。

(7)制备完成后，进行冷冻干燥，于4℃下保存。

性能检测实施例2

对上述实施例合成的钨酸铋晶粒进行表征结果如下：

如图2所示，tem结果显示纳米钨酸铋为均匀圆形颗粒。

如图3所示，对制备得到的钨酸铋晶粒的粒径进行统计，粒径为4-6nm，该结果在动态光散射图(如图4所示)中得到验证。同时在pbs和血清中保存，依然能够保持粒径稳定。如图5、图6所示。

通过对纳米钨酸铋进行eds元素分析，发现w，bi大量存在，如图7、图8所示。

细胞兼容性实施例3

在子宫颈癌细胞(hela)和人静脉内皮细胞(huvec)中加入不同浓度的纳米钨酸铋，浓度按照纳米钨酸铋中的w进行计算。

分别在24h和48h，进行细胞活力mtt测试，结果如图9、图10显示：纳米bi2wo6对细胞无毒。

动物毒性实施例4

肿瘤模型瘤内注射纳米bi2wo6后，并采用808激光器照射8分钟。对其重要脏器进行he染色，并没有发现组织异常，如图11所示。对血液进行生化分析，各项肝、肾指标均在正常范围内，如图12、13所示。

说明：纳米bi2wo6在动物体内应用，不会对动物体产生不利的影响。

ct成像效果实施例5

肿瘤动物模型构建：小鼠右腋下注射hela肿瘤细胞，注射部位发生癌变，小鼠肿瘤生长明显，肿瘤体积大于500mm³为成功动物模型，应用到下面的研究中。

bi2wo6纳米材料瘤内注射：40μlofbi2wo6纳米材料(钨的浓度为50mm)，对照组为临床常用的碘克沙醇40μl(碘的浓度为100mm)。

瘤内注射3h后，进行ct成像，仪器为美国通用750hdct仪，x射线电压70kv，电流400μa。

从图14可以看出，经过纳米bi2wo6瘤内注射后，肿瘤被清晰的显现出来，效果比临床上常用的碘克沙醇还要好。

光热治疗效果实施例6

光热治疗法是利用具有较高光热转换效率的材料，将其注射入人体内部，利用靶向性识别技术聚集在肿瘤组织附近，并在外部光源(一般是近红外光)的照射下将光能转化为热能来杀死癌细胞的一种治疗方法。

小鼠肿瘤模型瘤内注射纳米钨酸铋，使用激光照射器照射(808nm，1w/cm2)20分钟，可以看出瘤内注射纳米钨酸铋后，光热效果明显(如图15所示)，其温度上升速度快，在3分钟左右就上升到48摄氏度(如图16所示)。

光动力治疗7

利用光来治疗疾病在几千年前就己经出现，但是光动力疗法直到上个世纪才为人所知。光动力治疗是利用光敏剂将光能转化给组织氧并产生具有细胞毒性的单线态氧，该疗法具有毒副作用小、肿瘤选择性好等优点，是一种极具潜力的治疗策略。氧气是光动力治疗的原料，在激光照射下可被光敏药物活化为具有细胞杀伤能力的单线态氧，从而治疗各种肿瘤等疾病。

氧气是光动力治疗起效的关键原料，在激光照射下可被光敏药物活化为具有细胞杀伤能力的单线态氧，从而治疗肿瘤，而在绝大多数实体瘤内的含氧量都比正常组织要低的多，这是因为肿瘤细胞代谢异常枉盛，另一个重要原因是光动力反应的耗氧和血管封闭效应，进一步加剧了实体瘤乏氧，这些原因导致了光动力药物的疗效受到严重限制。经过近30年的发展，几乎所有的研究都集中在如何提高肿瘤的局部氧含量，但有关改善光动力氧供给的研究仍然没有突破性进展。

本发明中纳米钨酸铋的光动力治疗中无需氧气的参与，直接将水h2o(oh-)转化为·oh。为证明这一点，分别采用不同方式进行helaxibao处理：untreated为直接进行ros/hypoxia检测探针处理后的参照组；icg+laser为光动力药物icg处理后激光照射处理的对比组，处理过程为：采用光动力药物icg(浓度1mg/ml，用量100μl)瘤内注射2小时后，808激光器(1w/cm²)照射10分钟；w18o49+laser为w18o49处理后的对比组，处理过程为：采用w18o49(浓度1mg/ml，用量100μl)瘤内注射2小时后，808激光器(1w/cm²)照射10分钟；bi2wo6+laser为采用本发明纳米钨酸铋bi2wo6处理后的实验组，处理过程为：采用bi2wo6(浓度1mg/ml，用量100μl)瘤内注射2小时后，808激光器(1w/cm²)照射10分钟；hela细胞经不同处理后，ros/hypoxia检测探针处理后的激光共聚焦扫描显微图如图17所示。

从图17可以看出，光动力药物(icg，常用的药物)在肿瘤肿瘤过程中，乏氧越发严重；在w18o49的治疗下，同样也产生了乏氧。而纳米bi2wo6仅出现了ros(活性氧)增高，并没有出现乏氧加重的情况。

说明纳米bi2wo6可够克服乏氧，在低氧状态下进行光动力治疗。

光热治疗、光动力治疗联合应用效果实施例8

肿瘤动物模型构建：小鼠右腋下注射hela肿瘤细胞，注射部位发生癌变，小鼠肿瘤生长明显，肿瘤体积大于500mm³为成功动物模型，应用到下面的研究中。

分组：生理盐水组，icg组，w18o49组和纳米bi2wo6组，每组8只。

处理：将药物配制成1mg/ml，瘤内注射100μl，8小时后，808激光器(1w/cm²)照射8分钟。

结果：如图18所示，纳米bi2wo6组的肿瘤有所减小，其他各组都有所增大(p<0.05)。并且纳米bi2wo6组有5只动物(共8只)的肿瘤几乎消失，如图19所示。动物的存活率和存活时间明显长于其他组，如图20所示。