一种二氧化硅包裹过氧化钙的复合纳米材料及其制备方法和用途与流程

一种二氧化硅包裹过氧化钙的复合纳米材料及其制备方法和用途
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技术领域：本发明属于生物医学和纳米材料领域，涉及一种过氧化钙纳米材料，具体来说是一种可以增强高强度聚焦超声（hifu）治疗效果的二氧化硅包裹过氧化钙的复合纳米材料及其制备方法和用途。
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背景技术：
：高强度聚焦超声治疗是一种新型的肿瘤治疗方法。运用该方法治疗肿瘤时，可以利用超声定位，通过聚焦特定靶区的特性，产生瞬间高温和空化效应，令肿瘤凝固性坏死，实现对肿瘤组织的微创治疗。然而，高强度聚焦超声在治疗过程中，需要较高的超声功率，不可避免在杀灭肿瘤细胞的同时对周围正常组织造成伤害。因此，进一步增强hifu治疗过程中的治疗效率同时减小超声功率具有重要的临床意义。
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技术实现要素：
：本发明的目的在于提供一种二氧化硅包裹过氧化钙的复合纳米材料及其制备方法和用途，所述的这种二氧化硅包裹过氧化钙的复合纳米材料及其制备方法和用途要解决现有技术中采用高强度聚焦超声在治疗过程中，在杀灭肿瘤细胞的同时对周围正常组织造成伤害的技术问题。
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本发明提供了一种二氧化硅包裹过氧化钙的复合纳米材料，包括过氧化钙纳米材料，在所述的过氧化钙纳米材料的表面包覆二氧化硅，形成sio2@cao2复合纳米材料，然后在所述的sio2@cao2复合纳米材料的表面用3-氨丙基三乙氧基硅烷进行修饰，得到氨基修饰sio2@cao2，即二氧化硅包裹过氧化钙的复合纳米材料。
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进一步的，所述的过氧化钙纳米材料的粒径范围为5-50nm。
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本发明还提供了上述二氧化硅包裹过氧化钙的复合纳米材料的制备方法，包括如下步骤：1)将cacl2溶解于水，然后在上述溶液中加入氨水溶液，所述的氨水溶液的浓度为0.5~1.5mol/l，搅拌后，加入h2o2，所述的h2o2的质量百分比浓度为25~35%，将混合后的溶液在室温下再搅拌，所述的cacl
2、
氨水溶液、h2o2的物料比为200mg：0.5~2ml：0.5~2ml；再加入naoh溶液，直到澄清后的溶液变为白色悬浮液，所述的naoh溶液的浓度为0.5~2mol/l，最后离心收集，得到过氧化钙纳米材料；2)将步骤1）得到的过氧化钙纳米材料溶解到乙醇溶液中，加入氨水溶液，所述的氨水溶液的浓度为0.5~2mol/l，并在室温下搅拌，随后将正硅酸乙酯的乙醇溶液加入，所述的正硅酸乙酯的乙醇溶液的体积百分比浓度为0.5~1.5%，所述的过氧化钙纳米材料、氨水溶液、正硅酸乙酯溶液的物料比为2mg：0.05~0.2ml：0.05~2ml；搅拌后，离心收集、洗涤，得到sio2@cao2复合纳米材料；3)将步骤2）获得的sio2@cao2复合纳米材料分散乙醇溶液中，然后加入3-氨丙基三乙氧基硅烷，所述的sio2@cao2复合纳米材料和3-氨丙基三乙氧基硅烷的物料比为100mg：0.5~5ml；70~95℃回流8~16小时，得到氨基修饰sio2@cao
2 (sio2@cao
2-nh2)，即为二氧化硅包裹
过氧化钙的复合纳米材料。
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具体的，上述乙醇溶液的质量百分比浓度均为98%以上。
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本发明还提供了上述的二氧化硅包裹过氧化钙的复合纳米材料在制备用于增强高强度聚焦超声治疗肿瘤的药物中的用途。
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过氧化钙可以与水反应产生氧气，氧气可以用于增强hifu治疗过程中的空化效应。空化效应具体来说就是，存在于液体中的微气泡在声波的作用下振动，当声压达到一定值时发生的生长和崩溃的动力学过程。在气泡崩溃的一瞬间，会产生巨大的瞬时压力，一般可高达几十兆帕至上百兆帕，产生高温并伴有强烈的冲击波和时速达400 km 的微射流。这种巨大的瞬时压力，可有效杀伤肿瘤组织。单纯的过氧化钙容易团聚，因此本发明在其表面包裹二氧化硅层，改善其分散性，同时减少其与水分子接触，减少药物的泄露。最后，进一步在二氧化硅层表面进行氨基修饰，可以进一步提高其在生理环境中的稳定性和分散性。
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本发明的创新点如下：1)本发明创新的用二氧化硅稳定产氧材料过氧化钙，最终使其避免团聚而单分散。
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2)本材料生物安全性能高，体内小鼠动物实验显示，在昆明小鼠尾静脉注射高达20mg/kg剂量下，一个月后观察小鼠血常规和肝肾功能，发现对实验小鼠无明显异常改变。
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3)产生氧气效率高，能够在肿瘤区产生大量氧气，极大提高hifu治疗的空化效应，有效杀伤肿瘤细胞，对增效hifu治疗有重要意义。
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本发明和已有技术相比，其技术进步是显著的。本发明可以使到达肿瘤区的sio2@cao
2-nh2纳米材料，在肿瘤微环境中分解产生氧气，增强hifu治疗过程中的空化效应，达到增强hifu治疗疗效的目的。本发明所采用的方法简便快捷，经济适用，重复性高。
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附图说明：图1是cao2tem的电镜图。
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图2是sio2@cao2tem的电镜图。
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图3显示了超声下观察sio2@cao2产氧情况。
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图4显示了体外凝胶内sio2@cao2海富增效效果。
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图5显示了4t1乳腺荷瘤小鼠体内sio2@cao2hifu治疗超声效果图。
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图6显示了4t1乳腺荷瘤小鼠sio2@cao2动物实验病理切片图。
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图7 显示了尾静脉注射sio2@cao2一个月后的昆明小鼠的血常规和肝肾功能指标。
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具体实施方式：实施例1将200mg cacl2溶解于2ml水溶液中，然后在上述溶液中加入1 ml氨溶液(1 m)，快速搅拌30分钟后，滴加1 ml质量百分比浓度为30%的h2o2。将混合后的溶液在室温下再搅拌1 小时，然后慢慢加入naoh溶液1 mol/l，直到澄清后的溶液变为白色悬浮液，最后离心收集，用无水乙醇（质量百分比浓度为98%）洗涤数次，4℃无水乙醇（质量百分比浓度为98%）保存备用，得到过氧化钙纳米材料（粒径范围数据5-50 nm）。
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实施例2将上述获得的2 mg的过氧化钙纳米材料加入到25 ml无水乙醇溶液（质量百分比浓度为98%）中，加入0.1毫升浓氨水（浓度1 mol/l），并在室温下轻轻搅拌1 小时，随后将0.1毫升的正硅酸乙酯溶解到10毫升乙醇中，再添加到上面溶液中，搅拌6小时。然后，离心收集的
产品和用无水乙醇（质量百分比浓度为98%）洗涤三次去除杂质，得到sio2@cao2复合纳米材料。最后，将收集的产物保存在4℃的无水乙醇（质量百分比浓度为98%）中备用。
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由图1可知，从高分辨电镜可以清楚看到sio2成功包裹在了cao2纳米粒子表面(a为20nm，b为50nm)。
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最后，100毫克sio2@cao2的分散在40毫升无水乙醇（质量百分比浓度为98%）中。加入1 ml 的3-氨丙基三乙氧基硅烷，80℃回流12小时，得到氨基修饰sio2@cao
2 (sio2@cao
2-nh2)。所得sio2@cao2-nh2离心，乙醇洗涤三次。最后，储存在乙醇中以备以后使用。
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结果：所合成纳米粒子分散性好，粒径在5-50nm左右。
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实施例3超声下观察sio2@cao2产氧情况，分两个组，一个纯水对照组，一个含有sio2@cao2水溶液组。将8毫克 sio2@cao
2 100微升水溶液，分散于4毫升水中，然后超声下观察，可看到大量气泡产生（图2）。
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实施例4用体外凝胶模拟人体组织，超声下观察sio2@cao2hifu治疗增效治疗效果，分两个组，一个hifu照射组，另一个是sio2@cao2+hifu组。sio2@cao2注射剂量为1毫克每毫升，hifu超声功率340w。然后超声观察hifu增效效果。可以看到，hifu治疗的范围明显大于单纯hifu治疗组（图4）。图4显示了体外凝胶内sio2@cao2海富增效效果超声图（左）和凝胶照片图（右）。
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实施例54t1乳腺荷瘤小鼠尾静脉注射sio2@cao2的pbs溶液后，注射剂量为20 mg/kg，注射量为100微升，然后进行hifu照射，治疗功率340w，超声下观察hifu增效治疗效果。可以看到，注射sio2@cao2纳米粒子后进行hifu治疗的范围更大（图5）。
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实施例64t1乳腺荷瘤小鼠hifu治疗实验，分四个组（每组5只4t1乳腺荷瘤小鼠），对照组，sio2@cao2组，单纯hifu治疗组和sio2@cao2+hifu治疗组，sio2@cao2注射剂量为20 mg/kg，注射量为100微升，hifu照射治疗功率为340w，治疗结束解剖小鼠肿瘤，肿瘤送病理做切片染色，确认治疗效果。
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结果显示，sio2@cao2+hifu治疗组治疗效果最佳，比单纯hifu治疗组效果更好（图6）。
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实施例7昆明鼠安全性评价试验，分四个组（每组5只昆明鼠），对照组， 剂量5mg/kg组，剂量10mg/kg组和剂量20mg/kg组。尾静脉注射sio2@cao2剂量分别为0，5mg/kg，10mg/kg和20mg/kg。注射量为100微升。一个月后，取各组实验小鼠血液，进行血常规和肝肾功能检查，包括，血常规红细胞比容水平(hct)、血红蛋白(hgb)、淋巴细胞比率(lym)、平均血红蛋白(mch)、平均血红蛋白浓度(mchc)、平均红细胞容积(mcv)、中间细胞计数(mid)、平均血小板体积(mpv)、嗜中性粒细胞(neut)、血小板压积(pct)、血小板(plt)、红细胞(rbc)、白细胞(wbc)、肌酐(克雷亚)、尿素(crea)、丙氨酸转氨酶(alt)、天冬氨酸转氨酶(ast),碱性磷酸酶(alp)。
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结果显示，sio2@cao2注射剂量在20mg/kg 时，小鼠血常规和肝肾功能与对照组相比，没有明显异常（图7）。