一种多孔铑纳米材料及其制备方法与抗肿瘤应用

1.本发明涉及一种多孔铑纳米材料及其制备方法与抗肿瘤应用，属于纳米生物材料技术领域。


背景技术：

2.癌症是困扰人类多年的难题，因缺乏有效的治疗手段，每年因癌症去世的人数正在逐年增加。传统的治疗常采取手术、放疗、化疗或将它们联用，但都存在一定的局限性。因此，需要新兴治疗手段来提高癌症治疗效果，延长患者生存期。光热治疗是利用光热试剂的光热转换作用，将吸收的光能转换为热能，从而产生局部过高热破坏肿瘤细胞。由于治疗中使用的近红外光具有较强的组织渗透能力并且不会造成机体损伤，因此近红外光热治疗是一种代替传统手术治疗的潜在的理想治疗方法。
3.谷胱甘肽(gsh)是一种天然三肽，作为胞质中合成最多的非蛋白硫醇化合物，在肿瘤细胞中过表达。还原型谷胱甘肽是主要的细胞抗氧化剂，维持细胞中氧化还原平衡，长期以来被认为是肿瘤的关键调节剂，影响肿瘤的发生、进展和转移，也与常用化疗药物的耐药性有关。因此耗竭细胞内的谷胱甘肽被认为是一种有效的治疗方法。
4.纳米材料具有独特的性质，如小尺寸效应、表面效应、体积效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应等，这些独特的性质使得纳米材料在光学、电学、磁学等方面具有独一无二的性能，使得其在生命科学、医学等领域具有重要的应用价值与前景。其中多孔贵金属纳米结构不仅能够提供很高的比表面积和孔容及反应位点，而且还具有高效的光热转换效率。多孔贵金属纳米材料独特的优势为癌症的治疗提供了新的思路。
5.铑(rhodium)是一种银白色、坚硬的稀有贵金属，具有高反射率性质的铑性质稳定，通常不会形成氧化物。到目前为止，虽已有多孔铑纳米材料的报道，但仅限于作为纳米催化剂，还未有多孔铑纳米材料在光热治疗和耗竭谷胱甘肽等抗肿瘤方面的应用。因此，探究多孔铑纳米材料的生物医学应用具有重要的研究和应用价值。


技术实现要素：

6.为促进纳米材料在癌症治疗上的进一步实现，本发明提供一种多孔铑纳米材料及其制备方法，其功能在于能够耗竭细胞内谷胱甘肽并且具有优异的光热转换功能以实现光热治疗，能应用于癌症实际治疗中。
7.本发明为实现目的，采用如下技术方案：
8.本发明公开了一种多孔铑纳米材料的制备方法，包括如下步骤：
9.步骤1、称取100-200mg六氯代铑酸钠加入至10ml去离子水中，充分溶解得溶液ⅰ；称取120-240mg抗坏血酸钠加入至10ml去离子水中，充分溶解得溶液ⅱ；称取30-70mg环氧乙烷-b-聚甲基丙烯酸甲酯加入至6mln,n-二甲基甲酰胺中，充分溶解后逐步滴加至4ml去离子水中，采用500-850rpm搅拌，得溶液ⅲ；
10.步骤2、将溶液ⅰ逐步滴加至溶液ⅲ中，同时保持500-1000rpm转速搅拌；滴毕关停
搅拌，室温下静置20min后，向其中快速加入溶液ⅱ，摇晃均匀后放入50-70℃水浴锅中，反应8-14h，取出冷却、离心，得固体沉淀；
11.步骤3、对步骤2所得固体沉淀进行洗涤离心，即获得多孔铑纳米材料。所述洗涤离心是采用n,n-二甲基甲酰胺洗涤离心三次后，再采用去离子水洗涤离心三次，洗涤过程的超声功率为150w、超声时间为5min，离心过程的离心转速为14000rpm、离心时间为10min。
12.本发明所制备的多孔铑纳米材料具有多孔结构，表面无任何修饰，粒径为20-200nm、孔直径为5-20nm。其既具有纳米材料性质，又具有介孔材料性质。
13.本发明的多孔铑纳米材料具有多重治疗效果，包括光热治疗与耗竭细胞内谷胱甘肽协同作用，可以用于制备光热治疗剂和/或消耗细胞内谷胱甘肽的药物。本发明的多孔铑纳米材料具备优异的光热转化性能，可提高光热治疗靶向肿瘤效果、降低光照对组织的损伤，提高光热治疗效果，增强光热杀伤肿瘤细胞作用，并通过耗竭谷胱甘肽打破肿瘤细胞内氧化还原平衡，从而杀伤肿瘤细胞。
14.本发明的有益效果体现在：
15.1、本发明的多孔铑纳米材料具备谷胱甘肽耗竭功能和光热治疗特性，以及材料自身特性，从而形成多种抗肿瘤效果，实现对癌细胞的有效杀伤。
16.2、本发明的多孔铑纳米材料具有优良的生物相容性和可调的光学性质，使材料在活体内实现优异的光热治疗效果。
17.3、本发明多孔铑纳米材料的制备方法简单，可用于大规模生产，具备商业化应用潜力。
18.4、本发明的多孔铑纳米材料具备优异的分散性，性质稳定，可用于临床负载药物使用。
附图说明
19.图1(a)为本发明实施例1中制备的多孔铑纳米材料的扫描电镜图(插图为其局部放大图)，图1(b)为本发明实施例1中制备的多孔铑纳米材料的透射电镜图(插图为其局部放大图)，其表征方法为：将多孔铑纳米材料的无水乙醇分散液滴加到硅片和透射电镜铜网上，晾干，分别放入扫描电镜和透射电镜中观察。可以看到该纳米材料上分布有多个直径在5-20nm的均匀孔洞，材料粒径集中在50-70nm。
20.图2为本发明实施例1中制备的多孔铑纳米材料的粒径分布图，其表征方法为：将所得多孔铑纳米材料的水分散液加入石英池中并置于动态光散射仪中进行测试。可以看出该纳米材料粒径分布在30-130nm。
21.图3为本发明实施例1中制备的多孔铑纳米材料的可见光-近红外吸收光谱图，其表征方法为：将所得多孔铑纳米材料的水分散液稀释至不同浓度(1.8、3.6、7.1、14.2、28.4、56.8ppm)，并测试其可见-近红外吸收光谱图。可以看出，该纳米材料的吸收是浓度依赖性的，随着浓度的升高其吸收也随之升高。
22.图4为本发明实施例1中制备的多孔铑纳米材料的水分散液在不同浓度下的温度随激光照射时间变化图，其表征方式为：取2ml待测水分散液于石英池中，使用808nm激光照射器进行照射，激光强度为2w、照射时间为3min，每间隔15s记录一次温度。结果说明多孔铑纳米材料的升温效果是浓度和时间依赖的，随着浓度升高和时间的延长，分散液所能到达
的温度也越高。
23.图5(a)为本发明实施例1中制备的多孔铑纳米材料与谷胱甘肽孵育不同时间后的吸收光谱图，其表征方式为：将1ml 200μg/ml多孔铑纳米材料的水分散液与1ml 2mm还原型谷胱甘肽水溶液37℃孵育不同时间(1、2、3、6、9、12h)，然后加入dtnb溶液并测定在300-550nm之间的吸光值变化；图5(b)为图5(a)各组在412nm处的吸收值。可以看出该纳米材料消耗谷胱甘肽的能力是时间依赖性的，随着孵育时间的延长，412nm处吸光值越低，残留的未反应的gsh含量越少。
24.图6为本发明实施例1中制备的多孔铑纳米材料用于肿瘤细胞中与gsh作用前后的细胞存活率结果，其表征方法为：将bxpc3癌细胞进行以下处理：(1)对照组；(2)多孔铑纳米材料浓度梯度组(2.5、5、10、20、40、80、160ppm)；(3)gsh浓度梯度组(2.5、5、10、20、40、80、160ppm)；(4)等浓度梯度多孔rh纳米材料+gsh组。之后利用噻唑蓝(mtt)法定量表征杀死癌细胞的效果。可以看出杀死癌细胞的效果与材料浓度成正相关，浓度越高，死亡的癌细胞越多。且与材料对gsh的影响有关，gsh可以减缓材料的杀伤，也就是材料通过影响胞内gsh来影响细胞活性。
25.图7为在对照组激光照射0、1、3min与80ppm铑纳米材料+激光照射0、1、3min，6种不同处理方式下，bxpc3癌细胞的荧光显微镜图，其表征方法为：将bxpc3癌细胞进行以下处理：control组激光照射0、1、3min；80ppm铑纳米材料组+激光照射0、1、3min，之后进行钙黄绿素-am和溴化丙啶进行死活细胞染色，通过发出的荧光判断细胞的死活。从图中可以看出激光照射3min时，bxpc3癌细胞基本已完全死亡。
26.图8为将不同浓度的铑纳米材料与bxpc3细胞孵育，激光照射0、1、3min(2w，808nm)，利用噻唑蓝(mtt)法定量表征杀死癌细胞的效果。可以看到癌细胞的杀死效果是浓度和时间依赖的，浓度越高、激光照射时间越长，死亡的癌细胞越多。
27.图9为本发明实施例1中制备的多孔铑纳米材料在ct26肿瘤模型小鼠治疗12天后的小鼠图。小鼠分为四组：(a)磷酸盐缓冲溶液(对应图中pbs)、(b)磷酸盐缓冲溶液+激光照射(对应图中pbs+laser)、(c)多孔铑纳米材料(对应图中rh mns)和(d)多孔铑纳米材料+激光照射(对应图中rh mns+laser)。可以看到：同时进行rh mns纳米材料注射和激光照射后，小鼠的肿瘤被完全消融，肿瘤在12天内未复发；而rh mns组鼠肿瘤明显小于pbs组和pbs+laser组，说明多孔铑纳米材料具有优良的体内光热治疗效果、且材料本身就具有抑制肿瘤生长效果。
具体实施方式
28.下面对本发明的实施例作详细说明，下述实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
29.下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用试剂、材料等如无特殊说明，均可从商业途径获得。
30.实施例1
31.步骤1、称取100mg六氯代铑酸钠加入至10ml去离子水中，充分溶解得溶液ⅰ；称取120mg抗坏血酸钠加入至10ml去离子水中，充分溶解得溶液ⅱ；称取30mg环氧乙烷-b-聚甲
基丙烯酸甲酯加入至6mln,n-二甲基甲酰胺中，充分溶解后逐步滴加至4ml去离子水中，采用500rpm搅拌得溶液ⅲ。
32.步骤2、将溶液ⅰ逐步滴加至溶液ⅲ中，同时保持500rpm转速搅拌；滴毕关停搅拌，室温下静置20min后，向此混合溶液中快速加入溶液ⅱ，摇晃均匀后放入60℃水浴锅中，反应10h后，取出冷却、离心，得固体沉淀。
33.步骤3、对步骤2所得固体沉淀进行洗涤离心(采用n,n-二甲基甲酰胺洗涤离心三次后，再采用去离子水洗涤离心三次，洗涤过程的超声功率为150w、超声时间为5min，离心过程的离心转速为14000rpm、离心时间为10min)，获得多孔铑纳米材料。
34.经表征和测试可知：本实施例所得多孔铑纳米材料尺寸均匀，具有多孔结构，生物相容性好，且具有谷胱甘肽耗竭功能和光热治疗特性，可以实现对癌细胞的有效杀伤。
35.实施例2
36.步骤1、称取150mg六氯代铑酸钠加入至10ml去离子水中，充分溶解得溶液ⅰ；称取180mg抗坏血酸钠加入至10ml去离子水中，充分溶解得溶液ⅱ；称取50mg环氧乙烷-b-聚甲基丙烯酸甲酯加入至6mln,n-二甲基甲酰胺中，充分溶解后逐步滴加至4ml去离子水中，采用600rpm搅拌得溶液ⅲ。
37.步骤2、将溶液ⅰ逐步滴加至溶液ⅲ中，同时保持800rpm转速搅拌；滴毕关停搅拌，室温下静置20min后，向此混合溶液中快速加入溶液ⅱ，摇晃均匀后放入60℃水浴锅中，反应12h后，取出冷却、离心，得固体沉淀。
38.步骤3、对步骤2所得固体沉淀进行洗涤离心(采用n,n-二甲基甲酰胺洗涤离心三次后，再采用去离子水洗涤离心三次，洗涤过程的超声功率为150w、超声时间为5min，离心过程的离心转速为14000rpm、离心时间为10min)，获得多孔铑纳米材料。
39.经表征和测试可知：本实施例所得多孔铑纳米材料尺寸均匀，具有多孔结构，生物相容性好，且具有谷胱甘肽耗竭功能和光热治疗特性，可以实现对癌细胞的有效杀伤。
40.实施例3
41.步骤1、称取200mg六氯代铑酸钠加入至10ml去离子水中，充分溶解得溶液ⅰ；称取240mg抗坏血酸钠加入至10ml去离子水中，充分溶解得溶液ⅱ；称取70mg环氧乙烷-b-聚甲基丙烯酸甲酯加入至6mln,n-二甲基甲酰胺中，充分溶解后逐步滴加至4ml去离子水中，采用600rpm搅拌得溶液ⅲ。
42.步骤2、将溶液ⅰ逐步滴加至溶液ⅲ中，同时保持1000rpm转速搅拌；滴毕关停搅拌，室温下静置20min后，向此混合溶液中快速加入溶液ⅱ，摇晃均匀后放入60℃水浴锅中，反应14h后，取出冷却、离心，得固体沉淀。
43.步骤3、对步骤2所得固体沉淀进行洗涤离心(采用n,n-二甲基甲酰胺洗涤离心三次后，再采用去离子水洗涤离心三次，洗涤过程的超声功率为150w、超声时间为5min，离心过程的离心转速为14000rpm、离心时间为10min)，获得多孔铑纳米材料。
44.经表征和测试可知：本实施例所得多孔铑纳米材料尺寸均匀，具有多孔结构，生物相容性好，且具有谷胱甘肽耗竭功能和光热治疗特性，可以实现对癌细胞的有效杀伤。
45.如上所述，仅是本技术的几个实施例，并非对本技术做任何形式的限制，虽然本技术以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本技术，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本技术技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等
效实施案例，均属于技术方案范围内。