一种绿色二氧化钛及其制备方法、改性方法和应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种绿色二氧化钛及其制备方法、改性方法和应用，属于纳米材料和生物医学应用领域。
【背景技术】
[0002]二氧化钛半导体具有良好的光催化活性和化学稳定性，并且在紫外光激发下，可以产生大量活性氧，从而诱导细胞死亡。因此，它作为一种性能优异的无机光敏剂在肿瘤光动力学治疗方面备受瞩目。但由于二氧化钛的禁带宽度大(锐钛矿相为3.2eV，金红石相为3.0eV),仅能在紫外光(λ= 275-390nm)激发下产生活性氧，其光动力学活性受到了极大的限制。而近红外光(λ = 600-1350ηπι)被称为“生物学窗口”，正常组织在此区域的吸收最低，能克服紫外光穿透深度浅和损伤正常组织的缺点。因此，近红外激光诱导的光动力学/光热治疗具有更广泛的应用前景。
[0003]为了增强二氧化钛在可见光和近红外光区域的吸收，科学家们做了很多尝试。近年来报道的黑色二氧化钛和红色二氧化钛的成功合成为扩展二氧化钛在可见光和近红外光区域的响应提供了新的策略。通过金属、非金属及自掺杂等方式来调控二氧化钛的氧空位浓度和Ti3+含量，从而减少二氧化钛的禁带宽度，进而增强其在可见光和近红外光区域的吸收。
[0004]线粒体是细胞的能量中心，它广泛分布在细胞质中。并且线粒体对热敏感，能够通过细胞器内产生的活性氧诱导细胞死亡。因此，近年来，线粒体靶向的光动力学和光热治疗成为了一种提高肿瘤治疗效率和安全性的新方式。为了进一步降低激光功率密度和材料静脉注射剂量，亟需设计和构建一种靶向肿瘤细胞线粒体的光动力学/光热协同治疗纳米体系O
【发明内容】
[0005]针对以上需求，本发明的目的在于提供一种绿色二氧化钛，并构建基于绿色二氧化钛的靶向肿瘤细胞线粒体的光动力学/光热协同治疗纳米体系。
[0006]在此，本发明提供一种绿色二氧化钛及其制备方法，所述制备方法包括:采用铝还原法制备黑色二氧化钛;然后将黑色二氧化钛分散在水中，通过超声处理2?3小时后，得到绿色二氧化钛。
[0007]本发明的绿色二氧化钛由黑色二氧化钛通过超声处理得到，超声处理后，黑色二氧化钛变为绿色二氧化钛，无定型层厚度增加和缺陷增多导致绿色二氧化钛在可见光和近红外区域的吸收增强，并且提高了稳定性，可作为近红外光诱导的光动力学治疗剂，本发明所采取的制备方法简单快捷、重复性好，成功将黑色二氧化钛转变为在近红外吸收更强的绿色二氧化钛，提供了一种调控二氧化钛在可见光和近红外光响应的新方法。
[0008]本发明还提供一种绿色二氧化钛的改性方法，包括将绿色二氧化钛先后经聚乙二醇修饰过程和线粒体靶向配体修饰过程而制备得到线粒体靶向配体修饰的绿色二氧化钛，其中线粒体靶向配体修饰过程使用1-乙基-碳酰二亚胺盐酸盐H)C和三苯基膦TPP。
[0009]在绿色二氧化钛基础上，为了进一步提高治疗效率和安全性，通过线粒体靶向配体修饰，得到线粒体靶向配体修饰的绿色二氧化钛，构建了基于该线粒体靶向配体修饰的绿色二氧化钛的靶向肿瘤细胞线粒体的光动力学/光热治疗纳米体系。该线粒体靶向配体修饰的绿色二氧化钛具有良好的线粒体靶向效果，并且在同一波长近红外激光激发下，线粒体靶向配体修饰的绿色二氧化钛能够同时产生活性氧和高热，从而摧毁肿瘤细胞的能量中心-线粒体，进而诱导肿瘤细胞死亡。该基于线粒体靶向配体修饰的绿色二氧化钛的靶向肿瘤细胞线粒体的光动力学/光热治疗纳米体系可在较低的激光功率密度(980nm，0.72Wcm—2)和较低的材料静脉注射剂量(8mg kg—1，per mouse)下实现较好的肿瘤光动力学/光热治疗效果。本发明不仅为增强二氧化钛在可见光和近红外光区域的吸收提供了一种新方法，并且为构建靶向肿瘤细胞器的光动力学/光热治疗纳米体系提供了一种新策略，对推动二氧化钛在生物领域的应用具有重要意义。
[0010]本发明中，所述聚乙二醇修饰过程包括:将聚乙二醇分散到绿色二氧化钛的水溶液中，超声处理得到聚乙二醇修饰的绿色二氧化钛，其中，绿色二氧化钛和聚乙二醇的质量比为1:1?1:2。超声处理时间优选0.5?I小时。
[0011]本发明中，所述线粒体靶向配体修饰过程包括:按照质量比1:1?3:1将1-乙基-碳酰二亚胺盐酸盐和线粒体靶向配体溶解在有机溶液中，加入聚乙二醇修饰的绿色二氧化钛，室温避光搅拌后离心收集，得到线粒体靶向配体修饰的绿色二氧化钛，其中，聚乙二醇修饰的绿色二氧化钛和线粒体靶向配体的质量比为1:1?5:1。所述有机溶液优选甲醇。
[0012]较佳地，所述聚乙二醇为氨基聚乙二醇。
[0013]较佳地，所述线粒体靶向配体为三苯基膦(TPP)。
[0014]本发明还提供一种由上述改性方法得到的线粒体靶向配体修饰的绿色二氧化钛，所述线粒体靶向配体修饰的绿色二氧化钛由绿色二氧化钛经聚乙二醇修饰过程和线粒体靶向配体修饰过程制备得到。
[00?5] 较佳地，所述线粒体革E向配体修饰的绿色二氧化钛的粒径为15?35纳米。
[0016]本发明还提供一种上述绿色二氧化钛在制备近红外光诱导的光动力学治疗剂中的应用，该绿色二氧化钛指由黑色二氧化钛通过超声处理得到的绿色二氧化钛。
[0017]本发明还提供一种上述线粒体靶向配体修饰的绿色二氧化钛在生物领域中应用，尤其在制备光动力学/光热治疗剂中的应用。
[0018]本发明还提供一种上述线粒体靶向配体修饰的绿色二氧化钛在肿瘤靶向和光治疗领域的应用。
[0019]本发明还提供一种上述线粒体靶向配体修饰的绿色二氧化钛在制备近红外诱导的光动力学和光热治疗剂中的应用。
[0020]本发明还提供一种上述线粒体靶向配体修饰的绿色二氧化钛在制备近红外诱导的光动力学/光热协同治疗剂中的应用。
[0021]本发明还提供一种上述线粒体靶向配体修饰的绿色二氧化钛在制备用于靶向肿瘤细胞线粒体的同时光热/光动力学协同治疗的新型无机纳米光敏剂中的应用。
【附图说明】
[0022]图1为实施例1制得的黑色二氧化钛(a，b)及绿色二氧化钛(c，d)分别分散在水中的高分辨透射电子显微镜照片和对应的数码照片；
图2为实施例1制得的绿色二氧化钛的EDS能谱图；
图3为实施例1制得的原始白色二氧化钛、黑色二氧化钛及绿色二氧化钛的Raman图谱； 图4为实施例1制得的黑色二氧化钛和绿色二氧化钛水溶液在相同浓度下的UV-Vi s图谱；
图5为实施例1制备的绿色二氧化钛在980nm激光(功率密度为0.72ff cm—2)照射下产生活性氧能力测试曲线；
图6为实施例1制得的经过氨基聚乙二醇和TPP靶向配体修饰改性后绿色二氧化钛的DLS粒径和Zeta电位图。其中，a为粒径分布图，b*Zeta点位图；
图7为实施例1制得的经过氨基聚乙二醇和TPP靶向配体修饰改性后绿色二氧化钛的FTIR图谱；
图8为实施例1制得的绿色二氧化钛水溶液在980nm激光不同功率密度照射下的升温曲线。
【具体实施方式】
[0023]以下结合附图和下述实施方式进一步说明本发明，应理解，附图及下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。
[0024]本发明通过对黑色二氧化钛(black titania，B_Ti02-x)进行超声处理，黑色氧化钛转变成了一种新型的绿色二氧化钛(green titania，G_Ti02-x)，该绿色二氧化钛在可见光和近红外光区域的吸收明显增强。在此基础上，对绿色二氧化钛进行进一步的表面修饰，经聚乙二醇修饰过程和线粒体靶向配体修饰过程后，得到线粒体靶向配体修饰的绿色二氧化钛，线粒体靶向配体修饰的绿色二氧化钛在水溶液中呈现良好的分散性和稳定性，且具有较好的生物相容性、良好的线粒体靶向特异性。
[0025]本发明提供的从黑色二氧化钛到绿色二氧化钛的制备方法，将黑色二氧化钛分散在水中，通过超声处理一段时间后，得到稳定的、在近红外区域吸收更强的绿色二氧化钛(见图4，相同浓度下绿色二氧化钛吸光度更大)，该绿色二氧化钛的粒径15?35纳米;同时，相应的水溶液颜色从黑色变成了绿色，其超声处理过程中没有任何外源物质引入，并且该制备过程不可逆，即黑色二氧化钛通过超声处理一段时间后可以得到稳定的绿色二氧化钛，而绿色二氧化钛再经过超声处理后不能还原为黑色二氧化钛。该绿色二氧化钛在近红外光区域吸收明显增强，并且在920nm处呈现一个最大吸收峰。作为一种优选方案，所述黑色二氧化钛转变为绿色二氧化钛的超声处理时间为2_3h。所述黑色二氧化钛可以通过高温铝还原法制得，所述黑色二氧化钛的粒径15?35纳米(黑色二氧化钛制备过程参考文献:[I Jffang,Zhou，Yang,Chongyin，Lin，Tianquan，Yin，Hao,Chen，Ping，Wan,Dongyun，Xu,Fangfang，Huang，Fuqiang，Lin，Jianhua，Xie,Xiaoming，and Jiang,Mianheng.Visible-light photocatalytic，solar thermal and photoelectrochemical properties ofaluminium-reduced black titania.Energy Environ.Sc1.,2013,6,3007-3014.；[2]ψ|1|专利:双温区还原法制备黑色二氧化钛的方法，专利申请号:2013101536488) D
[0026]黑色二氧化钛变为绿色二氧化钛，无定型层厚度增加和缺陷增多导致绿色二氧化钛在可见光和近红外区域的吸收增强。因此，该绿色二氧化钛可作为近红外光诱导的光动力学治疗剂。
[0027]为了进一步提尚治疗效率和安全性，本发明又对绿色一■氧化钦进彳丁进一步的表面修饰。包括氨基聚乙二醇功能化和连接线粒体靶向配体TPP的修饰改性过程。为了将TPP连接到绿色二氧化钛表面，首选需将氨基官能团连接到绿色二氧化钛表面，该过程称为氨基聚乙二醇功能化，作为一个示例，例如包括以下步骤:将适量两端都带有氨基的聚乙二醇如(H2N-PEG5OOO-NH2)分散到绿色氧化钛的水溶液中，超声一段时间(例如0.5?Ih )，得到氨基聚乙二醇修饰的绿色氧化钛溶液。离心收集，冷冻干燥后备用。所述绿色二氧化钛和氨基聚乙二醇的质量比优选1:1-1: 2。
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