一种具有光热效能的Ni₃C纳米粒子的制备方法和应用的制作方法

专利名称：一种具有光热效能的Ni₃C纳米粒子的制备方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明公开了一种纳米粒子的制备方法，具体为一种具有光热效能的Ni3C纳米粒子的制备方法，以及在光热治疗癌细胞上的应用。属于纳米材料技术领域。
背景技术：
癌症是目前导致人类死亡的主要原因，世界卫生组织指出，目前每年在全球夺去700多万人的生命，而且这一数字还将快速上升。人们应重视防范吸烟、饮酒、不健康饮食等可能导致癌症的风险因素。随着世界人口日趋老龄化，预计全世界癌症死亡人数将继续上升，到2030年可能将超过1310万。数据显示，全世界20%的新发癌症病人在中国，24%的癌症死亡病人在中国。目前治疗肿瘤的方法有化学治疗和放射治疗，但是这两种方法对人体的副作用很大。而光热疗法是最近兴起的一种新型的杀死癌细胞的方法，已经引起了许多医学工作者的注意。光热疗法是一种热疗治疗癌症的方法，将纳米材料照射注射到生物体内，用激光照射注射区域，纳米材料吸收光能，然后将光能转变为热能来“烧死”癌细胞，由于光热材料对生物体的副作用小，而且杀死癌细胞的效果明显，已经成为医学和化学工作者研究的热点，并逐步应用于人体。光热材料要求在近红外区域(400nm-1000nm)有较强的吸收，然后用这个波长的激光照射材料从而吸收光能转变为热能。目前应用较多的光热材料有金的纳米材料、碳纳米管、氧化石墨烯等。因为癌细胞的耐高温能力比普通细胞要弱，因此可以控制一定的温度既能杀死癌细胞，又能使正常组织不受破坏，一般较合适的温度为42° C左右。要实现纳米材料在生物体内的光热应用，首先必须满足以下几个条件:1.良好的分散性，只有纳米材料有很好的分散性，才不会团聚，均匀的被细胞吸收。2.亲水性，纳米材料外端必须要有亲水性的官能团才能进入到细胞中。3.良好的生物相容性，纳米材料本身可能有一定的毒性，通过包裹一层亲生物的材料来降低其毒性。PEG是目前应用最多的亲生物分子，既能改善纳米材料的水溶性，又能增强生物相容性，本专利中就采用这种方法。

发明内容
本发明的目的是为了提供一种具有光热效能的Ni3C纳米粒子的制备方法，制备的Ni3C纳米粒子具有很好的分散性。本发明的另一目的是提供了这种Ni3C纳米粒子在杀死肿瘤细胞上的应用。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:一种具有光热效能的Ni3C纳米粒子的制备方法，具体步骤如下:制备前驱体乙酰丙酮镍:A)称取1.98g的NiCl2.6Η20，溶解在IOmL的水中，然后加乙酰丙酮4mL于上述反应溶液中；B)在室温的条件下,磁力搅拌器搅拌，15min后停止搅拌,加入3mL的三乙胺,此时反应液中会出现大量的绿色沉淀；
C)静置片刻，过滤。配制乙醇和水的混合溶液20mL，将得到的绿色固体加到上述混合溶液中；D)在90° C的温度下搅拌直至完全溶解，然后在室温的条件下冷却，此时发现溶液中有绿色针状晶体析出；E)抽滤，真空干燥；用去离子水洗两遍，得到的绿色针状晶体就是所要的产物Ni(acac)2 ；制备油溶性Ni3C:F)称取乙酰丙酮镍0.1g放入IOOmL的三颈烧瓶中，然后加入8mL的油胺和20mL的十八烯；G)加空气冷凝管，加热混合物至40°C，溶液变成蓝色的透明溶液；H)继续加热至120°C，然后空气冷凝管的上端插入充满氮气的气球，三颈烧瓶的一端用真空泵抽出溶液中的氧气和水蒸气；I)待抽完三个气球后，然后冷凝管的上端再插入一个气球起到保护作用，以5° C/min的速率加热混合溶液至285°C，保持这个温度30min ；J)30min后停止加热，冷却至室温后加入IOmL的乙醇离心三遍，用12000r的转速离心5min，产物分散在20mL氯仿中；制备水溶性Ni3C:K)取IOmL的上述氯仿溶液`，加入30mg的PEG单羧酸，反应常温下搅拌一晚上；L)待反应完成后，加入5mL的乙醇离心洗剂两遍，将离心好的水溶性Ni3C分散在水中；步骤C)中，乙醇与水的体积比为8:2。步骤E)中，用去离子水洗剂前驱体时，要将去离子水轻轻的滴到针状晶体上，防止去离子水将晶体溶解冲走。在制备前驱体乙酰丙酮镍的过程中，前驱体乙酰丙酮镍溶解在油胺和十八烯中，开始为绿色，很多固体不溶，加热到40°C左右时全部溶解，溶液变成蓝色，加热到220°C时溶液又变成黑色。在制备油溶性Ni3C过程中，Ni3C分散在氯仿中，浓度小时溶液呈现黄绿色，浓度大时呈现黑色。在制备水溶性Ni3C过程中，PEG可根据产物的量适当减少，因为多余的PEG会造成纳米粒子团聚。本发明以乙酰丙酮镍为前驱体，通过高温热解法得到Ni3C纳米粒子，纳米粒子的表面与油胺氨基配位，因此制得的纳米粒子有亲油性。为了能应用于生物体内，采用配体交换的方法，用PEG来交换油胺，将纳米粒子变成水溶性，纳米粒子可以很好地分散在水中。并且由于PEG是很好的亲生物分子，也可以增强材料的生物相容性。本发明制得的Ni3C纳米粒子为不规则的球形，粒径为42.7±5.2nm，磁学性质表现为顺磁性，制备方法、设备简单，便于大规模合成。制得的材料在激光照射下，可以杀死癌细胞，是一种很好的光热材料。


图1为本发明Ni3C纳米粒子改性前后的XRD图；图2为本发明油溶性Ni3C的TEM图；图3为本发明水溶性Ni3C的TEM图；图4为本发明Ni3C的紫外吸收光谱图；图5为本发明Ni3C纳米粒子改性前后的红外光谱图；图6为实施例5癌细胞存活率图；图7为实施例6经光照后的癌细胞存活率图。
具体实施方式
下面结合实施例与附图对本发明做进一步详细、完整地说明:实施例1称取NiCl2.6H20为1.9800g,溶解在IOmL水中，然后加乙酰丙酮4.2mL,于反应溶液中，在室温的条件下，磁力搅拌，15min后停止搅拌，加3.2mL三乙胺，反应液中会出现大量的绿色沉淀，静置片刻，过滤。配制乙醇和水的混合溶液20mL(乙醇与水的体积比为8:2),将得到的绿色固体加到上述混合溶液中，在90°C的温度下搅拌直至完全溶解，然后冷却至室温，此时可以看到有大量的绿色针状晶体析出，抽滤，用去离子水轻轻冲洗，冷冻干燥。得到的绿色针状晶体就是所要的产物Ni (acac)2。实施例2称取0.1032g的乙酰丙酮镍于IOOmL三颈烧瓶中，加入7.9mL的油胺和20.3mL的十八烯，插入冷凝管，上面插一个氮气气球，烧瓶两测的一个瓶口，插入水银温度计测量温度，另一个瓶口连接真空泵。加热到40°C溶液变成蓝色，继续加热到122°C然后打开真空泵抽气，抽完两个气球后，在上端插入一个气球作为保护气。以5°C /min的速度继续升高温度到286°C，保持30min。冷却至室温，用乙醇洗三遍，分散在20mL的氯仿中，油溶性TEM如图2所示。实施例3另取IOmL上述分散的氯仿溶液于IOOmL的单口烧瓶中，加入29.8936mg单羧酸PEG，磁子搅拌反应一晚上，第二天用乙醇洗剂两遍，将样品放在冷冻干燥器中干燥，改性前后的XRD图如图1所不。实施例4取IOmL上述分散的氯仿溶液于IOOmL的单口烧瓶中，加入29.8654mg单羧酸PEG，磁子搅拌反应一晚上，第二天用乙醇洗剂两遍，分散在水中，得到的纳米粒子即是水溶性Ni3C@PEG。图3为水溶性TEM图，其分散性很好。图4为紫外吸收图，在400_1000nm范围有广泛的吸收，可以作为光热试剂。图5为改性前后的红外图，在1105CHT1处的峰为PEG中C-O-C的伸缩振动的峰，表明配体交换成功。实施例5取对数生长期的HeLa细胞(lX105/mL)加入到96孔细胞培养板中(100 μ I/孔)，置37°C恒温、5%C02培养箱中静置培养12h使HeLa细胞贴壁。HeLa细胞为人体宫颈癌细胞，然后将不同浓度的纳米粒子(浓度分别为12.5，25，50，100，200 μ g/mL) 10%胎牛血清的RPM1-1640培养基溶液加入96孔板中分别培养12小时和24小时，对照组不加样品。最后加MTT(5mg/mL，20 μ I/孔)终止培养，MTT与活细胞琥珀酸脱氢酶作用下形成不溶性的蓝紫色物质甲臜沉积在细胞中，4h后加150 μ I DMSO溶液将甲臜溶出，轻轻摇动IOmin在酶标仪上检测在492nm处的吸光度值(0D值)，求出细胞的存活率。图6为细胞存活率的照片，当浓度在200 μ g/mL以下时，细胞存活率较高，材料无毒，可利用这些浓度进行后面的细胞光照实验。实施例6用96孔板，每个孔加入浓度分别为50 μ g/mL和100 μ g/mL浓度Ni3C纳米材料(这两个浓度的细胞毒性)纳米粒子0.lmL，空白加入PBS作为参比，孵育四个小时，让材料能更好的进入细胞中。用不同的功率细胞光照15min后，一小时后加入MTT检测细胞的存活率。图7为光照之后的癌细胞存活率，可以看到当光照强度仅为0.5ff/cm2时，癌细胞的存活率仅为5.7%，有很好的杀伤效果，而不加光照的癌细胞的存活率可以达到93%。因此我们发明的材料今后可以有很好的治疗前景。上述实施例用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围，在阅读了本发明记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明的保护 范围之内。
权利要求
1.一种具有光热效能的Ni3C纳米粒子的制备方法，其特征在于:具体步骤如下: 制备前驱体乙酰丙酮镍: A)称取1.98g的NiCl2.6Η20，溶解在IOmL的水中，然后加乙酰丙酮4mL于上述反应溶液中； B)在室温的条件下，磁力搅拌器搅拌，15min后停止搅拌，加入3mL的三乙胺，此时反应液中会出现大量的绿色沉淀； C)静置片刻，过 滤。配制乙醇和水的混合溶液20mL，将得到的绿色固体加到上述混合溶液中； D)在90°C的温度下搅拌直至完全溶解，然后在室温的条件下冷却，此时发现溶液中有绿色针状晶体析出； E)抽滤，真空干燥；用去离子水洗两遍，得到的绿色针状晶体就是所要的产物Ni(acac)2 ； 制备油溶性Ni3C:F)称取乙酰丙酮镍0.1g放入IOOmL的三颈烧瓶中，然后加入8mL的油胺和20mL的十八烯； G)加空气冷凝管，加热混合物至40°C，溶液变成蓝色的透明溶液； H)继续加热至120°C，然后空气冷凝管的上端插入充满氮气的气球，三颈烧瓶的一端用真空泵抽出溶液中的氧气和水蒸气； I)待抽完三个气球后，然后冷凝管的上端再插入一个气球起到保护作用，以5°C/min的速率加热混合溶液至285°C，保持这个温度30min ； J)30min后停止加热，冷却至室温后加入IOmL的乙醇离心三遍，每次用12000r的转速离心5min，产物分散在20mL氯仿中； 制备水溶性Ni3C: K)取IOmL的上述氯仿溶液，加入30mg的PEG单羧酸，反应常温下搅拌一晚上； L)待反应完成后，加入5mL的乙醇离心洗剂两遍，将离心好的水溶性Ni3C分散在水中。
2.根据权利要求1所述的具有光热效能的Ni3C纳米粒子的制备方法，其特征在于:步骤C)中，乙醇与水的体积比为8:2。
3.权利要求1所述制备方法制备的具有光热效能的Ni3C纳米粒子应用于可杀死癌细胞的光热材料。
全文摘要
本发明公开了一种具有光热效能的Ni3C纳米粒子的制备方法及其应用，具体方法是以油胺和十八烯为溶剂，高温热解乙酰丙酮镍，得到油溶性纳米粒子，然后用PEG配体交换，把油溶性Ni3C变成水溶性的纳米粒子。得到的产物不但有很好的生物相容性，而且可以用于光热治疗，光热疗是近几年兴起的一种新的治疗癌症的方法，与传统的化疗和放疗相比，这种方法副作用小，杀死癌细胞作用明显。本发明可以简单的实现具有光热效能的水溶性Ni3C的大规模合成，对设备要求简单，所需原料价格低廉，副产物无公害。
文档编号A61K47/34GK103169969SQ201310095709
公开日2013年6月26日 申请日期2013年3月22日 优先权日2013年3月22日
发明者周治国, 刘伟, 杨仕平, 于超, 孔斌, 孙金 申请人:上海师范大学