一种刺激响应可聚集的金纳米器件及其制备方法与应用

本发明属于生物医药与纳米材料领域，具体涉及一种刺激响应可聚集的金纳米器件及其制备方法与应用。

背景技术：

1、金纳米颗粒（gold nanoparticles, aunps）因其独特的表面等离子体共振（surface plasmon resonance, spr）光学性质、良好的生物相容性以及优异的光热转换效率，在肿瘤光热治疗（photothermal therapy, ptt）、光声成像（photoacoustic imaging,pai）及药物递送等生物医学领域展现出广阔的应用前景。然而，金纳米颗粒的肿瘤诊疗效能与其粒径密切相关，存在显著的尺寸依赖性矛盾：一方面，较大粒径的金纳米颗粒具有较强的近红外光吸收能力和高光热转换效率，但易被网状内皮系统清除且肿瘤穿透力差，难以有效富集于深部肿瘤组织；另一方面，较小粒径的金纳米颗粒具有较好的肿瘤穿透能力和相对较长的血液循环时间，但因其光热/光声效应较弱，难以维持有效的局部治疗浓度。因此，如何在保证肿瘤深部穿透能力的同时实现强效的光热转换，即肿瘤穿透性与光热效应的不可兼得，已成为制约金纳米颗粒临床转化的关键瓶颈之一。

2、因此，开发一种能实现小尺寸肿瘤穿透与大尺寸光热效应时空分离的金纳米器件，对于提升肿瘤光热治疗的精准性和有效性具有重要的应用价值。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供了一种刺激响应可聚集的金纳米器件及其制备方法与应用，此金纳米器件通过响应钾离子，实现小尺寸纳米金原位聚集形成大尺寸金聚集体，具有肿瘤穿透与增强光热效应，且血清稳定性较好。

2、为实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：

3、本发明第一方面提供了一种刺激响应可聚集的金纳米器件，所述金纳米器件由金纳米颗粒、dna1和dna2组成；所述dna1一端通过巯基修饰于所述金纳米颗粒的表面，dna2通过部分碱基互补配对结合dna1；所述dna1的核苷酸序列如seq id no.1所示，dna2的核苷酸序列如seq id no.2所示。

4、所述dna1链可响应肿瘤细胞内溶酶体内钾离子后发生构象转变，与此同时dna2从dna1上游离下来，随后与dna2解离后的dna1可与邻近dna1进行自组装形成g-四链体结构，并使邻近分散的金纳米器件原位聚集形成大尺寸金聚集体。

5、进一步地，所述金纳米颗粒的粒径为25-40 nm。

6、进一步地，所述金纳米器件中金纳米颗粒和dna1的比例为1个:75 nmol~150nmol，dna1和dna2的摩尔比为1:1。

7、本发明第二方面提供了一种上述所述的刺激响应可聚集的金纳米器件的制备方法，包括以下步骤：

8、通过柠檬酸盐还原法制备金纳米颗粒；

9、将dna1热变性处理后与dna2混合，使dna1与dna2通过部分碱基互补配对形成杂交双链；

10、将金纳米颗粒和杂交双链混合反应，然后经老化处理后，即得。

11、进一步地，所述柠檬酸盐还原法的反应温度为110~130 ℃，优选120 ℃；所述柠檬酸钠浓度为25~50 mm，优选为34 mm。

12、进一步地，所述老化处理为：金纳米颗粒和杂交双链混合反应后，加入氯化钠溶液老化处理20~30 h，氯化钠的终浓度为2.5~5 m；氯化钠溶液老化处理时间优选为24 h，氯化钠的终浓度优选为3 m。

13、进一步地，所述老化处理后还包括离心、洗涤和干燥，离心条件为8000~12000rpm，离心时间为15~25 min。

14、进一步地，所述热变性为：90~100 ℃热变性3~10 min，再以0.05~0.2 ℃/s的速率退火至20~30 ℃，稳定2~5 h。

15、本发明第三方面提供了一种上述所述的刺激响应可聚集的金纳米器件在制备肿瘤治疗药物中的应用，其特征在于，所述药物为通过光热治疗肿瘤的药物。

16、进一步地，所述肿瘤为肺癌。

17、进一步地，所述光热治疗采用波长为808 nm的近红外激光照射。

18、进一步地，所述近红外激光的功率密度为1.5 w/cm2，照射时间为5 min。

19、传统化学修饰（如硫醇、peg、抗体等配体）的纳米金多依赖金硫键实现表面功能化，但金硫键在生理条件下易被谷胱甘肽等生物硫醇竞争取代，导致产生假阳性或载体不稳定问题。而本发明提供的刺激响应可聚集的金纳米器件是一种功能核酸修饰的纳米金器件，其在抗肿瘤应用中展现出多重优势：其一，功能核酸兼具可编程性与分子识别能力，核酸适配体能高亲和力、高特异性地识别癌细胞表面标志物（如muc1、as1411、sgc8等），实现主动靶向递药并显著降低对正常组织的毒副作用；其二，核酸功能化赋予纳米金智能响应能力，如基于“i-motif”结构的ph响应释药、经催化发夹组装在肿瘤标志物mirna存在下触发纳米金聚集并增强光热转换，从而仅在癌细胞环境中实现选择性杀伤，而正常细胞几乎不受损伤；其三，核酸修饰纳米金可实现化疗-光热-基因治疗的多模式协同，例如发夹dna修饰金纳米粒可同时沉默mrp1 mrna、高效载药dox并加速药物释放，有效克服肿瘤多药耐药；其四，基于碱基互补配对的杂交链式反应、滚环扩增等可实现纳米金表面的高密度有序自组装，提高细胞摄取效率、血清稳定性与载药能力；相比之下，总之，功能核酸修饰纳米金以其靶向性、智能响应性、诊疗一体化及可编程协同治疗等特性，较传统化学修饰纳米金在抗肿瘤精准治疗中更具优势。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

21、本发明提供了一种刺激响应可聚集的金纳米器件及其制备方法与应用，此金纳米颗粒以25~40 nm的小尺寸金纳米粒子为内核，表面通过金硫键修饰富g碱基dna1链，并以部分互补dna1链的dna2链维持分散态，dna1的核苷酸序列如seq id no.1所示，dna2的核苷酸序列如seq id no.2所示。金纳米器件进入肿瘤细胞后，dna1链可响应肿瘤细胞内溶酶体内钾离子后发生构象转变，与此同时dna2从dna1上释放游离，随后与dna2解离后的dna1可与邻近dna1进行自组装形成g-四链体结构，促使邻近的金纳米颗粒原位聚集形成大尺寸金聚集体，从而实现近红外吸收增强与光热转换效率提升。此金纳米器件具备良好的血清稳定性与生物相容性，在肿瘤光热治疗领域具有应用潜力。

1.一种刺激响应可聚集的金纳米器件，其特征在于，由金纳米颗粒、dna1和dna2组成；所述dna1的3’端通过巯基修饰于所述金纳米颗粒的表面，dna1通过碱基互补配对结合dna2；所述dna1的核苷酸序列如seq id no.1所示，dna2的核苷酸序列如seq id no.2所示。

2.根据权利要求1所述的刺激响应可聚集的金纳米器件，其特征在于，所述金纳米颗粒的粒径为25~40 nm。

3.根据权利要求1所述的刺激响应可聚集的金纳米器件，其特征在于，所述金纳米器件中金纳米颗粒和dna1的比例为1个:75 nmol~150 nmol；所述dna1和dna2的摩尔比为1:1。

4.一种权利要求1~3任一项所述的刺激响应可聚集的金纳米器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述柠檬酸盐还原法的反应温度为110~130 ℃，柠檬酸钠浓度为25~50 mm。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述老化处理为：金纳米颗粒和杂交双链混合反应后，加入氯化钠溶液老化处理20~30 h，氯化钠的终浓度为2.5~5 m。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述老化处理后还包括离心、洗涤和干燥，离心条件为8000~12000 rpm，离心时间为15~25 min。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述热变性为：90~100 ℃热变性3~10min，再以0.05~0.2 ℃/s的速率退火至20~30 ℃，稳定2~5 h。

9.一种权利要求1~3任一项所述的刺激响应可聚集的金纳米器件在制备肿瘤治疗药物中的应用，其特征在于，所述药物为通过光热治疗肿瘤的药物。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述肿瘤为肺癌。