一种具有酸响应性释放氢气的铁基纳米药物及其制备方法与流程

本发明涉及到一种纳米材料和制备方法，特别涉及一种具有酸响应性释放氢气的铁基纳米药物及其制备方法。

背景技术：

氢气作为一种清洁能源，一直受到世界范围的重视，随着对氢气研究的深入，氢气的生物医学效果逐渐被重视。氢气具有高效无毒的特性，在肿瘤治疗、抗炎、抗氧化等方面都有着良好的应用前景。然而，由于氢气溶解度低、分子量小易扩散等特点，使得氢气的使用具有一定难度，临床上的气体治疗的两种给药方式——直接吸入氢气和饮用/注射含氢溶液，均难以控制氢气在病灶区的有效浓度。因此，开发出一种氢气释放前药，实现氢气的靶向传输与可控释放具有重要价值。

另一方面，铁是构成人体必不可少的元素之一，缺铁会影响到人体的健康和发育，最大的影响是缺铁性贫血，将补铁与氢气治疗合二为一，具有重要的医用价值。根据人体不同部位ph值的差异性，构建一类铁基纳米药物实现ph响应性释放氢气，是实现氢气可控释放的一条重要途径。在中性或弱碱性环境中基本不释放，在酸性环境下响应性释放氢气，是人们一直追求的。当今大部分响应性纳米药物存在响应度不够高或者反应产物毒性高的问题。因此，这种安全高效的ph智能响应性释氢铁剂纳米药物具有良好的医学应用前景。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种具有酸响应性释放氢气的铁基纳米药物及其制备方法，具有无需后续改性即具有酸响应性释放氢气的特性，应用于消炎、补铁和抗癌的优点，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种具有酸响应性释放氢气的铁基纳米药物，包括纳米铁内核和保护剂外壳，保护剂外壳包覆在纳米铁内核的外部，由这两部分组成复合结构。

进一步地，保护剂外壳为生物安全性较高的大分子化合物，大分子化合物包括但不局限纤维素，蛋白质，核酸，聚乙烯，聚氯乙烯。

本发明提供另一技术方案，一种具有酸响应性释放氢气的铁基纳米药物的制备方法，包括以下步骤：

s1：取定量的保护性气体排入密封的容器内，保护性气体充满容器后放置1～2h，在保护性气体氛围下，取定量的保护剂溶于水中，保护剂浓度为1～5wt％；

s2：向步骤一中的溶液加入铁源，使得铁离子浓度为5～100mm；

s3：将还原剂溶于水中，然后将还原剂溶液加入步骤二得到的溶液中，搅拌0.5～5小时，然后使用离心分离机离心分离，用过量的水洗涤沉淀以除去游离的离子，存放到多个试管内，分装好的试管放入至-70℃的低温冰箱中冷冻，即可悬液结冰，使样品保持冻结状态冻干保存，其中：还原剂浓度为10～500mm，还原剂溶液与铁源溶液体积比为(1：10)～(1000：1)。

进一步地，保护性气体为氮气、氩气、氦气的惰性气体。

进一步地，保护剂为能够与铁配位络合的大分子化合物，包括但不局限于聚乙烯吡咯烷酮、羟丙基纤维素钠、羧乙基纤维素钠、羧甲基纤维素钠和海藻酸钠。

进一步地，铁源为可溶性铁盐，包括但不局限于氯化铁、氯化亚铁、硫酸铁、硫酸亚铁、硝酸铁、硝酸亚铁。

进一步地，还原剂为可溶性强还原性试剂，包括但不局限于硼氢化钾、硼氢化钠、硫代硫酸钠、亚硫酸钠、硫化钠、硫氢化钠。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本具有酸响应性释放氢气的铁基纳米药物及其制备方法，纳米药物具有零价纳米铁内核和保护剂外壳复合结构，保护剂包裹在铁颗粒周围，采用液相还原法实现铁基纳米药物的一步合成，制备的铁基纳米药物分散性好，悬浮稳定性高，具有较高的生物安全性；无需后续改性即具有酸响应性释放氢气的特性；制备工艺简单，成本低廉；可应用于消炎、补铁和抗癌，在生物医药领域具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明的酸响应性释放氢气的铁基纳米药物的扫描电镜图片；

图2是本发明的酸响应性释放氢气的铁基纳米药物与羧甲基纤维素的x射线衍射对比图；

图3是本发明的酸响应性释放氢气的铁基纳米药物的高角环形暗场像；

图4是本发明的酸响应性释放氢气的铁基纳米药物在不同ph的磷酸缓冲溶液中的放氢情况对比图；

图5是本发明的酸响应性释放氢气的铁基纳米药物通过作用4t1癌细胞的胞吞测试结果图；

图6是本发明的酸响应性释放氢气的铁基纳米药物通过作用不同细胞的毒性测试结果对比图；

图7是本发明的酸响应性释放氢气的铁基纳米药物在体内的光声成像效果图；

图8是本发明的酸响应性释放氢气的铁基纳米药物在生物水平上的肿瘤治疗效果的评价图；

图9是小鼠经过不同模式治疗14天后的主要的器官的组织切片h&e染色图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚；完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种具有酸响应性释放氢气的铁基纳米药物，包括纳米铁内核和保护剂外壳，保护剂外壳包覆在纳米铁内核的外部，由这两部分组成复合结构，保护剂外壳为生物安全性较高的大分子化合物，大分子化合物包括但不局限纤维素，蛋白质，核酸，聚乙烯，聚氯乙烯。

一种具有酸响应性释放氢气的铁基纳米药物的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：取定量的保护性气体排入密封的容器内，保护性气体为氮气、氩气、氦气的惰性气体，保护性气体充满容器后放置1～2h，在保护性气体氛围下，取定量的保护剂溶于水中，保护剂为能够与铁配位络合的大分子化合物，包括但不局限于聚乙烯吡咯烷酮、羟丙基纤维素钠、羧乙基纤维素钠、羧甲基纤维素钠和海藻酸钠，保护剂浓度为1～5wt％；

步骤二：向步骤一中的溶液加入铁源，铁源为可溶性铁盐，包括但不局限于氯化铁、氯化亚铁、硫酸铁、硫酸亚铁、硝酸铁、硝酸亚铁，使得铁离子浓度为5～100mm；

步骤三：将还原剂溶于水中，还原剂为可溶性强还原性试剂，包括但不局限于硼氢化钾、硼氢化钠、硫代硫酸钠、亚硫酸钠、硫化钠、硫氢化钠，然后将还原剂溶液加入步骤二得到的溶液中，搅拌0.5～5小时，然后使用离心分离机离心分离，用过量的水洗涤沉淀以除去游离的离子，存放到多个试管内，分装好的试管放入至-70℃的低温冰箱中冷冻，即可悬液结冰，使样品保持冻结状态冻干保存，其中：还原剂浓度为10～500mm，还原剂溶液与铁源溶液体积比为(1：10)～(1000：1)。

实施例一：

一种具有酸响应性释放氢气的铁基纳米药物，包括纳米铁内核和保护剂外壳，保护剂外壳包覆在纳米铁内核的外部，由这两部分组成了复合结构，保护剂外壳为生物安全性较高的大分子化合物，大分子化合物包括但不局限纤维素，蛋白质，核酸，聚乙烯，聚氯乙烯。

本发明提供另一技术方案，一种具有酸响应性释放氢气的铁基纳米药物的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：反应原料铁离子溶液制备，在氮气保护下，取10ml去离子水，加入30mg的七水硫酸亚铁(feso4·7h2o)和0.24g的羧甲基纤维素充分搅拌至完全溶解；

步骤二：配制浓度为100mm的硼氢化钠溶液；

步骤三：按体积比1:5的比例，在搅拌下(机械搅拌)将100mm浓度的硼氢化钠滴加到步骤1中得到的铁离子溶液中，搅拌至无气泡产生；

步骤四：离心，收集沉淀，用过量的水洗涤沉淀以除去游离的离子，然后溶于磷酸缓冲溶液中。

所得产物具有较好的均一性，尺度在150-200nm之间如图1所示，产物由xrd与haddf图可以看出产物为单质铁外面包裹一层纤维素，相关结果如2和3所示，还用气相色谱对产物进行了不同ph的条件(ph＝5.8，ph＝6.8，ph＝7.4)下的放氢情况测定，可以看出在血液环境(ph＝7.4)几乎没有氢气释放，而酸性环境下具有氢气释放如4所示，细胞胞吞实验可以看出，纳米药物能够通过胞吞实现对纳米药物的吞噬，如图5所示可以看出，随着时间的推移，荧光强度增强，表明纳米药物的吞噬量逐渐增加，进一步的细胞毒性实验可以看出，纳米药物fe@cmc对癌细胞4t1的细胞毒性较大，而对正常细胞mcf-10a毒性很小如图6所示。

实施例二：

一种具有酸响应性释放氢气的铁基纳米药物，包括纳米铁内核和保护剂外壳，保护剂外壳包覆在纳米铁内核的外部，由这两部分组成了复合结构，保护剂外壳为生物安全性较高的大分子化合物，大分子化合物包括但不局限纤维素，蛋白质，核酸，聚乙烯，聚氯乙烯。

一种具有酸响应性释放氢气的铁基纳米药物的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：反应原料铁离子溶液制备，在氩气保护下，取10ml去离子水，加入25mg的四水氯化亚铁的和0.2g的羟丙基纤维素充分搅拌至完全溶解；

步骤二：配制浓度为80mm的硼氢化钾溶液；

步骤三：按体积比1:6的比例，在搅拌下将80mm浓度的硼氢化钠滴加到步骤1中得到的铁离子溶液中，搅拌至无气泡产生；

步骤四：离心，收集沉淀，用过量的水洗涤沉淀以除去游离的离子，然后冻干保存。

体内光声成像实验证明，4t1荷瘤鼠在尾静脉注射fe@cmc纳米药物后，纳米药物能够随着血液循环通过实体瘤的高通透性和滞留效应(epr效应)，实现被动靶向并蓄积到病灶部位，随着时间的增长，光声信号随之增强如7所示。体内抗肿瘤实验证明，4t1荷瘤鼠在尾静脉注射fe@cmc纳米药物后，在14天的治疗期限内具有很好的抑制肿瘤生长效果，且能够有效防止肿瘤的扩散和转移如8和9所示。

综上所述，本具有酸响应性释放氢气的铁基纳米药物及其制备方法，纳米药物具有零价纳米铁内核和保护剂外壳复合结构，保护剂包裹在铁颗粒周围，采用液相还原法实现铁基纳米药物的一步合成，制备的铁基纳米药物分散性好，悬浮稳定性高，具有较高的生物安全性；无需后续改性即具有酸响应性释放氢气的特性；制备工艺简单，成本低廉；可应用于消炎、补铁和抗癌，在生物医药领域具有广阔的应用前景。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。