一种装载光敏剂的介孔有机硅‑金纳米三角片复合材料及其制备方法、应用与流程

本发明属于自组装核壳材料技术领域，涉及一种可装载光敏剂的核-壳结构复合材料，具体涉及一种装载光敏剂的介孔有机硅-金纳米三角片复合材料及其制备方法、应用。

背景技术：

光动力治疗作为一种近年来新兴的微创疗法，在肿瘤治疗领域正受到越来越多的关注。然而，传统的光动力治疗在临床应用中仍存在许多不足。一方面，目前临床应用的光敏剂多为芳香类分子，通常在水中溶解性差、易聚集，限制了其临床使用和治疗效果。另一方面，在光动力治疗过程中，随着氧气的消耗和光敏剂的分解，治疗效果难以维持在稳定的水平。

将纳米载体用于光敏剂的装载，能够有效地改善光敏剂的水溶性。目前的纳米载体装载光敏剂多基于静电吸附、共价偶联、包裹封装等作用方式，然而，这些装载方式均在一定程度上存在着装载效率低或提前释放率高等问题。

技术实现要素：

发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种可高效装载光敏剂的介孔有机硅-金纳米三角片复合材料，该复合材料在生物环境中具有良好的分散性和稳定的光敏剂释放性能，能够在光疗过程中发挥协同性光治疗作用；

本发明的另一目的是提供上述装载光敏剂的介孔有机硅-金纳米三角片复合材料的制备方法；

本发明的第三目的是提供上述装载光敏剂的介孔有机硅-金纳米三角片复合材料的应用。

技术方案：本发明所述的一种装载光敏剂的介孔有机硅-金纳米三角片复合材料，以金纳米三角片为核心，金纳米三角片外包裹芳香族介孔有机二氧化硅层骨架，所述介孔有机二氧化硅层骨架上装载光敏材料。

进一步地，所述金纳米三角片为等边三角形结构，边长为50～130nm，包裹的芳香族介孔有机二氧化硅层骨架厚度为5～15nm，其介孔道孔径为1～6nm，介孔体积为0.3～0.55cm³/g；该复合材料的比表面积为400～500m²/g。

进一步地，作为优选方案，所述金纳米三角片为等边三角形结构，边长为70～80nm，包裹的芳香族介孔有机二氧化硅层骨架厚度为10nm，其介孔道孔径为3.8nm，介孔体积为0.43cm³/g；该复合材料的比表面积为426m²/g。

进一步地，所述光敏材料为酞菁锌或二氢卟吩e6等含芳香环结构光敏剂，装载率为2～15％。

本发明还提供上述装载光敏剂的介孔有机硅-金纳米三角片复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备金纳米三角片并将其分散于水中，得到吸光度为2-4的金纳米三角片分散液；

(2)将步骤(1)中分散液加入到表面活性剂混合溶剂中，搅拌条件下将体系温度升高至30～50℃,然后加入芳香族有机硅源,反应15～30h后将产物离心、洗涤；

(3)将步骤(2)中产物转移至清洗混合液中，搅拌条件下升温至50～70℃下清洗2～4h、离心，此过程重复2～5次，得到芳香族介孔有机二氧化硅层包裹金纳米三角片材料；

(4)将光敏剂溶于有机溶剂中，由稀释剂稀释得到A组溶液；将步骤(3)中产物溶于有机溶剂中得到B组溶液；将A组溶液搅拌条件下缓慢加入B组溶液中，然后置于摇床体系中摇匀，反应15～30h后将所得产物离心，依次用清洗剂C和清洗剂D洗涤3～5次，干燥后得到装载光敏剂的介孔有机硅-金纳米三角片复合材料。

进一步地，为得到尺寸适合的金纳米三角片材料，步骤(1)中金纳米三角片的制备过程具体为：将浓度为20～30mM的氯金酸溶液与浓度为0.05～0.2M氢氧化钠溶液混合均匀得到A1组溶液；将浓度为10～20mM的十六烷基三甲基氯化铵溶液与浓度为0.5～1mM的碘化钾溶液混合均匀得到B1组溶液；混合均匀后将A1组溶液缓慢加入B1组溶液中，混合均匀后向混合溶液中依次加入浓度为60～100mM的抗坏血酸和浓度为0.05～0.2M的氢氧化钠溶液，再次混合均匀，室温下静置0.5～1h，得到金纳米三角片。

进一步地，步骤(2)中所述表面活性剂混合溶剂为表面活性剂、氨水、乙醇和水的混合液，其中表面活性剂为十六烷基三甲基氯化铵或十六烷基三甲基溴化铵，浓度为5～20mM；氨水、乙醇和水的体积比例为0.1：(1～10)：(5～20)。

进一步地，步骤(2)中芳香族有机硅源为1,4-双(三乙氧基硅基)苯乙醇溶液，其体积浓度为1％～10％。

进一步地，步骤(3)中所述清洗混合液为体积比例为450～550:1的乙醇与浓盐酸的混合溶液。

进一步地，为提高光敏剂的自组装效果，步骤(4)中所述光敏剂为酞菁锌或二氢卟吩e6等含芳香环结构光敏剂，A组溶液中的有机溶剂为二甲基亚砜或二甲基甲酰胺，光敏剂的质量浓度为10～700μg/mL；B组溶液中的有机溶剂为乙醇，芳香族介孔有机二氧化硅层包裹金纳米三角片材料的质量浓度为10～700μg/mL；清洗剂C为乙醇；清洗剂D为水。

本发明还提供了上述装载光敏剂的介孔有机硅-金纳米三角片复合材料在肿瘤协同性光治疗中的应用，所述肿瘤细胞包括但不专指乳腺癌肿瘤细胞。

本发明中光敏剂的装载机理：金纳米三角片材料外包裹含苯环的介孔有机二氧化硅层骨架，壳层骨架中的苯环与芳香族光敏剂中的苯环产生介导π-π堆积作用，使芳香族光敏剂高效装载于含苯环的介孔有机二氧化硅层骨架上；在肿瘤光疗中，金纳米三角片材料可吸收近红外光并转化为热能，在光照下，光敏剂在光照早期即可激发，发挥光动力治疗效果；随着光照时间的延长，光热转化材料即金纳米三角片材料温度逐渐升高，光热治疗效果稳步提高，有效弥补光动力治疗效果的下降，将疗效始终维持在较高水平，实现协同性光治疗。

有益效果：(1)本发明提供的材料中利用有机硅骨架中的苯环与光敏剂中苯环的介导π-π堆积作用使光敏剂高效装载于有机硅骨架上，材料的形貌尺寸稳定性高，在生物环境中具有良好的分散性、稳定性和生物相容性，经验证60h后光敏剂的释放率小于3％；(2)本发明提供的制备方法操作简便，光敏剂的装载效率高，可达10％以上；(3)本发明提供的材料的紫外-可见吸收光谱峰值位于665nm左右，可利用单一波长的近红外激光同时激发光动力和光热效应，在近红外激光照射下，具有优秀的单线态氧产生能力和光热转化能力，在肿瘤光治疗方面具有巨大的应用潜力。

附图说明

图1为本发明实施例1中制得的芳香族介孔有机二氧化硅层包裹金纳米三角片材料的电子显微镜照片；

图2为本发明实施例1中制得的芳香族介孔有机二氧化硅层包裹金纳米三角片材料的傅里叶变化红外光谱图；

图3为本发明实施例1中制得的装载光敏剂的介孔有机硅-金纳米三角片复合材料的紫外-可见吸收光谱图；

图4为本发明实施例1中制得的装载光敏剂的介孔有机硅-金纳米三角片复合材料与单线态氧荧光探针混合溶液在1.0W/cm²的660nm近红外激光照射下的荧光强度曲线图；

图5为本发明实施例1中制得的装载光敏剂的介孔有机硅-金纳米三角片复合材料在1.0W/cm²的660nm近红外激光照射下温度变化曲线图；

图6为本发明实施例1中制得的装载光敏剂的介孔有机硅-金纳米三角片复合材料与其他对照材料在无激光照射条件下的对乳腺癌细胞生长的抑制作用柱状图，其中，W为载光敏剂复合材料组；X为单纯介孔有机二氧化硅层包裹金纳米三角片材料组；Y为单纯酞菁锌组；Z为阴性对照组；

图7本发明实施例1中制得的装载光敏剂的介孔有机硅-金纳米三角片复合材料与其他对照材料在1.0W/cm²的660nm近红外激光照射下对乳腺癌细胞生长的抑制作用柱状图；其中，W为载光敏剂复合材料组；X为单纯介孔有机二氧化硅层包裹金纳米三角片材料组；Y为单纯酞菁锌组；Z为阴性对照组。

具体实施方式

下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1：

(一)、芳香族介孔有机二氧化硅层包裹金纳米三角片材料的制备和鉴定

(1)25.4mM氯金酸溶液与0.1M氢氧化钠溶液按照摩尔比1:1混合，所得溶液取100μL加入到10mL含有16mM十六烷基三甲基氯化铵和0.75mM碘化钾的混合水溶液中，轻轻摇匀；然后向所得溶液中加入100μL 64mM抗坏血酸，轻轻摇匀至溶液变为无色，再加入5μL 0.1M氢氧化钠，迅速混匀；室温静置0.5～1h，然后将产物在室温下离心、洗涤；

(2)将步骤(1)所得产物转移至水中分散，将2mL吸光度为3.0的该分散液加入10mL浓度为20mM的十六烷基三甲基氯化铵水溶液、0.1mL氨水、2.9mL乙醇混合溶液中，所得溶液在35℃、600rpm搅拌条件下加入0.1mL 10wt％的1,4-双(三乙氧基硅基)苯乙醇溶液，反应24h后在室温下将产物离心、水洗；

(3)将步骤(2)所得产物转移至180mL乙醇和360μL浓盐酸的混合溶液中，在60℃、600rpm条件下加热搅拌3h去除表面活性剂，此过程重复2次；得到芳香族介孔有机二氧化硅层包裹金纳米三角片材料。

如图1所示，对本实施例中制得的芳香族介孔有机二氧化硅层包裹金纳米三角片材料进行电镜扫描，由扫描图像可知本发明方法成功合成了平均边长为75nm的等边三角形金纳米片材料，经测定，该复合材料中芳香族介孔有机二氧化硅壳层厚度平均为10nm。

如图2所示，对本实施例中制得的芳香族介孔有机二氧化硅层包裹金纳米三角片材料进行傅里叶变化红外光谱测试，由谱图可知，该复合材料在1450-1600cm^-1和802nm处出现数个苯环结构的特征峰，证明复合材料中苯环的存在，验证该复合材料成功合成。

此外，还对本实施例中的复合材料测定了介孔孔径、孔容积以及材料的比表面积，经测定，本实施例中材料的介孔孔径约3.8nm，孔容积为0.43cm³/g，比表面积为426m²/g。

(二)、芳香族介孔有机二氧化硅层包裹金纳米三角片材料对酞菁锌的装载和释放测定

(1)将酞菁锌溶解于二甲基亚砜，加入乙醇稀释，将该溶液加入介孔有机二氧化硅层包裹金纳米三角片材料的乙醇溶液中，使酞菁锌和介孔有机二氧化硅层包裹金纳米三角片材料的终浓度均为40μg/mL，置于摇床摇匀，反应24h；

(2)将步骤(1)所得产物室温下离心，依次用乙醇、水洗涤数次，得到装载酞菁锌的介孔有机硅-金纳米三角片复合材料，经测定酞菁锌的装载量为15％；

如图3所示，对本实施例中制得的装载酞菁锌的介孔有机硅-金纳米三角片复合材料进行紫外-可见吸收光谱测试，由谱图可知，该复合材料的紫外-可见吸收光谱峰值位于665nm左右。

此外，还对本实施例制得的装载酞菁锌的介孔有机硅-金纳米三角片复合材料的光敏剂释放率测试，将制得的装载酞菁锌的介孔有机硅-金纳米三角片复合材料分散于含10％胎牛血清的磷酸盐缓冲液中，使体系中酞菁锌浓度为120μg/mL；将溶液置于摇床上轻摇60h，期间在不同时间点取适量溶液离心，收集上清，根据吸光度计算上清液中酞菁锌的含量，推测酞菁锌释放率；经测定，经60h后酞菁锌的释放率为2.6％，证明本该材料具有较好的稳定性。

(三)、对制得的装载酞菁锌的介孔有机硅-金纳米三角片复合材料的光动力效应以及光热转化能力鉴定

①将装载酞菁锌的介孔有机硅-金纳米三角片复合材料溶解于去离子水中，加入单线态氧荧光指探针，使体系中介孔有机二氧化硅层包裹金纳米三角片材料的浓度为18.75μg/mL；将该溶液置于1.0W/cm²的波长为660nm的近红外激光下照射不同时间，测定溶液的荧光信号强度；如图4所示，3min内能够大量产生单线态氧，而3min后单线态氧产率有所下降。

②将装载酞菁锌的介孔有机硅-金纳米三角片复合材料溶解于去离子水中，使体系中介孔有机二氧化硅层包裹金纳米三角片材料的浓度为500μg/mL，将该溶液置于1.0W/cm²的波长为660nm的近红外激光照射下，记录温度变化；如图5所示，材料温度在3min内逐渐升高，3min后温度达到稳定并维持在较高水平，证明该材料具有较好的光动力效应以及光热转化能力。

(四)、对制得的装载酞菁锌的介孔有机硅-金纳米三角片复合材料的生物相容性以及乳腺癌细胞治疗作用的鉴定

(1)将单纯酞菁锌、单纯介孔有机二氧化硅层包裹金纳米三角片材料和载光敏剂复合材料分布分散于含10％胎牛血清的MEM培养基中，调节培养基加入量，使三种体系对应的芳香族介孔有机二氧化硅层包裹金纳米三角片材料浓度均为75μg/mL；

(2)细胞培养：乳腺癌细胞株MDA-MB-231/Luc置于含10％胎牛血清的MEM培养基、37℃、5％CO₂饱和温度培养箱中培养；

(3)生物相容性测定：取对数生长期的MDA-MB-231/Luc细胞接种于96孔培养板，培养过夜，待细胞完全贴壁后，弃去旧培养基，分别加入含单纯酞菁锌、单纯介孔有机二氧化硅层包裹金纳米三角片材料、载光敏剂复合材料以及空白培养基，(其中空白培养基为阴性对照组)，终体积为200μL，设三个复孔，培养24h；弃去上清，PBS漂洗3次，加入含有10％CCK-8试剂的培养基；继续培养2h后，检测450nm波长处吸光度值；细胞生存率＝(实验组平均吸光度值/阴性对照组平均吸光度值)100％；结果如图6所示，由图可知，在无激光照射作用下，含单纯酞菁锌、单纯介孔有机二氧化硅层包裹金纳米三角片材料以及空白培养基中的乳腺癌细胞株存活率基本保持100％，而含载光敏剂复合材料的培养基中的乳腺癌细胞株存活率略微下降，说明在无激光照射即非光疗作用下，该载光敏剂复合材料无明显细胞毒性，具有具有较好的生物相容性。

(4)乳腺癌细胞光治疗作用测定：取对数生长期的MDA-MB-231/Luc细胞接种于96孔培养板，培养过夜，待细胞完全贴壁后，弃去旧培养基，分别加入含单纯酞菁锌、单纯介孔有机二氧化硅层包裹金纳米三角片材料、载光敏剂复合材料以及空白培养基，(其中空白培养基为阴性对照组)，终体积为200μL，设三个复孔，培养24h后，弃去上清，PBS漂洗3次，加入新鲜培养基，用1.0W/cm²波长660nm的激光照射7min；弃去上清，PBS漂洗3次，加入含有10％CCK-8试剂的培养基；继续培养2h后，检测450nm波长处吸光度值；细胞生存率＝(实验组平均吸光度值/阴性对照组平均吸光度值)100％；结果如图7所示，由图可知，经过激光照射7min后，含单纯酞菁锌、单纯介孔有机二氧化硅层包裹金纳米三角片材料以及载光敏剂复合材料培养基中的乳腺癌细胞株存活率均显著下降，且载光敏剂复合材料组的存活率＜单纯酞菁锌组＜单纯介孔有机二氧化硅层包裹金纳米三角片材料组＜阴性对照组，证明在光疗过程中该载光敏剂复合材料具有较好的抑制乳腺癌细胞生长的作用。

(五)、对制得的装载酞菁锌的介孔有机硅-金纳米三角片复合材料在不同光照时间下乳腺癌细胞治疗作用的鉴定

(1)将单纯酞菁锌、单纯介孔有机二氧化硅层包裹金纳米三角片材料和载光敏剂复合材料分布分散于含10％胎牛血清的MEM培养基中，调节培养基加入量，使三种体系对应的介孔有机二氧化硅包裹纳米金三角片材料浓度均为75μg/mL；

(2)细胞培养：乳腺癌细胞株MDA-MB-231/Luc置于含10％胎牛血清的MEM培养基、37℃、5％CO₂饱和温度培养箱中培养；

(3)光治疗效果测定：取对数生长期的MDA-MB-231/Luc细胞接种于96孔培养板，培养过夜，待细胞完全贴壁后，弃去旧培养基，分别加入含单纯酞菁锌、单纯介孔有机二氧化硅层包裹金纳米三角片材料、载光敏剂复合材料和空白培养基，(其中空白培养基为阴性对照组)，终体积为200μL，设三个复孔；培养24h后，弃去上清，PBS漂洗3次，加入新鲜培养基，分别用1.0W/cm²波长660nm的激光照射3min、7min，弃去上清，PBS漂洗3次，加入含有10％CCK-8试剂的培养基；继续培养2h后，检测450nm波长处吸光度值，细胞生存率＝(实验组平均吸光度值/阴性对照组平均吸光度值)100％，经测定单纯酞菁锌组在光照3min内基本达到最大治疗效果，延长时间治疗效果提高不明显；单纯介孔有机二氧化硅层包裹金纳米三角片材料组在光照3min内治疗效果稍弱，而光照时间延长时，治疗效果仍有提升；而载光敏剂复合材料组既能在3min内迅速发挥治疗作用，又能在光照时间延长时治疗效果持续提高。

本发明的芳香族介孔有机二氧化硅层包裹金纳米三角片材料能够高效装载光敏剂酞菁锌，在生物环境中具有良好的稳定性和极低的酞菁锌释放率；在近红外激光照射下，光敏剂介导的光动力治疗和纳米金三角片介导的光热治疗在时间上相互协同，能够显著提高乳腺癌的光治疗效果，且该药物所针对的癌细胞不限于乳腺癌细胞，具有较大的应用潜力。

实施例2：

(一)、芳香族介孔有机二氧化硅层包裹金纳米三角片材料的制备

(1)20mM氯金酸溶液与0.05M氢氧化钠溶液按照摩尔比1:1混合，所得溶液取100μL加入到10mL含有10mM十六烷基三甲基氯化铵和0.5mM碘化钾的混合水溶液中，轻轻摇匀；然后向所得溶液中加入100μL 60mM抗坏血酸，轻轻摇匀至溶液变为无色，再加入5μL 0.05M氢氧化钠，迅速混匀；室温静置0.5～1h，然后将产物在室温下离心、洗涤；

(2)将步骤(1)所得产物转移至水中分散，将2mL吸光度为2.0的该分散液加入含10mL浓度为10mM十六烷基三甲基溴化铵水溶液、0.1mL氨水、1mL乙醇混合溶液中，所得溶液在30℃、300rpm搅拌条件下加入0.1mL 5wt％的1,4-双(三乙氧基硅基)苯乙醇溶液，反应15h后在室温下将产物离心、水洗；

(3)将步骤(2)所得产物转移至180mL乙醇和360μL浓盐酸的混合溶液中，在50℃、350rpm条件下加热搅拌3h去除表面活性剂，此过程重复2次；得到芳香族介孔有机二氧化硅层包裹金纳米三角片材料。

(二)、芳香族介孔有机二氧化硅层包裹金纳米三角片材料对二氢卟吩e6的装载

(4)将二氢卟吩e6溶解于二甲基甲酰胺，加入乙醇稀释，将该溶液加入介孔有机二氧化硅层包裹金纳米三角片材料的乙醇溶液中，使二氢卟吩e6和介孔有机二氧化硅层包裹金纳米三角片材料的终浓度均为40μg/mL，置于摇床摇匀，反应24h；

(5)将步骤(1)所得产物室温下离心，依次用乙醇、水洗涤数次，得到装载二氢卟吩e6的介孔有机硅-金纳米三角片复合材料，经测定二氢卟吩e6的装载量为10.5％。

实施例3：

(一)、芳香族介孔有机二氧化硅层包裹金纳米三角片材料的制备

(1)30mM氯金酸溶液与0.2M氢氧化钠溶液按照摩尔比1:1混合，所得溶液取100μL加入到10mL含有10mM十六烷基三甲基氯化铵和1mM碘化钾的混合水溶液中，轻轻摇匀；然后向所得溶液中加入100μL 100mM抗坏血酸，轻轻摇匀至溶液变为无色，再加入5μL 0.2M氢氧化钠，迅速混匀；室温静置0.5～1h，然后将产物在室温下离心、洗涤；

(2)将步骤(1)所得产物转移至水中分散，将2mL吸光度为4.0的该分散液加入含10mL浓度为10mM十六烷基三甲基氯化铵水溶液、0.1mL氨水、10mL乙醇混合溶液中，所得溶液在50℃、600rpm搅拌条件下加入0.1mL 10wt％的1,4-双(三乙氧基硅基)苯乙醇溶液，反应24h后在室温下将产物离心、水洗；

(3)将步骤(2)所得产物转移至180mL乙醇和360μL浓盐酸的混合溶液中，在60℃、600rpm条件下加热搅拌3h去除表面活性剂，此过程重复2次；得到芳香族介孔有机二氧化硅层包裹金纳米三角片材料。

(二)、芳香族介孔有机二氧化硅层包裹金纳米三角片材料对酞菁锌的装载

(4)将酞菁锌溶解于二甲基亚砜，加入乙醇稀释，将该溶液加入介孔有机二氧化硅层包裹金纳米三角片材料的乙醇溶液中，使酞菁锌和介孔有机二氧化硅层包裹金纳米三角片材料的终浓度均为40μg/mL，置于摇床摇匀，反应24h；

(5)将步骤(1)所得产物室温下离心，依次用乙醇、水洗涤数次，得到装载酞菁锌的介孔有机硅-金纳米三角片复合材料，经测定酞菁锌的装载量为10.2％。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。