一种应用于肿瘤诊疗氧空位中空介孔二氧化锡的制备方法与流程

1.本发明涉及中空介孔二氧化锡的制备方法。


背景技术：

2.肿瘤是当今威胁人类健康最主要的疾病之一，随着纳米医学快速发展，新型肿瘤治疗方法不断的出现，比如近红外光诱导的光治疗(包括光动力治疗和光热治疗)，由于其具有较深的组织穿透深度、对肿瘤细胞具有相对高的选择性和组织特异性、安全有效、毒副作用小等独特的优势引起了研究者的广泛关注，但肿瘤独特的微环境和热休克反应限制了光治疗效果。目前绝大多数有机光敏剂水溶性较差，在实际应用中容易发生团聚，导致光敏化效率低；吸收主要分布在紫外-可见光范围，其对组织穿透深度有限还可能损伤正常组织和皮肤；此外，一些诊疗试剂主要是将功能性组分结合于一体，制备过程复杂，严重限制了他们在临床肿瘤治疗中的应用。
3.近年来，无论是在基础研究还是在实际应用方面，空心结构都引起了极大的关注。中空介孔材料因具有良好的内部空腔和孔道结构，可调节的孔径、孔容以及高比表面积等特点被广泛应用于吸附、分离、药物运输以及催化等领域。在这些空心结构材料中，二氧化硅成为最受欢迎的材料之一，因为其具有优异的机械和热稳定性、易修饰、低毒性以及较高的生物相容性等。而在纳米生物医学领域，介孔二氧化硅在近红外光区域没有明显特征吸收不能实现光热治疗，孔尺寸较小导致药物担载率低无法达到良好的化疗效果，仅可作为药物载体，功能单一无法实现诊断与治疗相结合。因此，开发一种近红外光响应新型中空介孔“一体化”多功能纳米诊疗试剂是目前急需解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明要解决现有介孔二氧化硅在近红外光区域没有明显特征吸收不能实现光热治疗，孔尺寸较小导致药物担载率低无法达到良好的化疗效果，仅可作为药物载体，功能单一无法实现诊断与治疗相结合问题，而提供一种应用于肿瘤诊疗氧空位中空介孔二氧化锡的制备方法。
5.一种应用于肿瘤诊疗氧空位中空介孔二氧化锡的制备方法，它是按以下步骤进行的：
6.一、采用溶胶-凝胶法制备二氧化硅纳米粒子：
7.将十六烷基三甲基氯化铵及三乙胺加入到去离子水中，超声得到澄清透明溶液，在磁力搅拌下，将澄清透明溶液加热至温度为85℃～95℃，并在温度为85℃～95℃的条件下，搅拌0.5h～1.5h，然后在温度为85℃～95℃的条件下，逐滴加入正硅酸乙酯，并在温度为85℃～95℃的条件下，反应1.5h～2.5h，最后离心收集并洗涤，得到白色沉淀，白色沉淀真空干燥，得到介孔二氧化硅；
8.二、采用原位沉积法合成中空介孔二氧化锡纳米粒子：
9.将介孔二氧化硅加入到乙醇和水的混合溶液中，超声分散均匀，再加入浓度为
2mol/l～3mol/l的尿素和浓度为0.06mol/l～1mol/l的三水合锡酸钠溶液，在室温下搅拌30min～1h，然后升温至160℃～180℃，并在温度为160℃～180℃的条件下，保温1h～2h，待自然冷却至室温，离心收集并洗涤，最后真空干燥，得到中空介孔二氧化锡；
10.三、氧空位中空介孔二氧化锡的制备：
11.将中空介孔二氧化锡与硼氢化钠混合，研磨10min～15min后置于管式炉中，在氢气保护下加热至温度为350℃～450℃，并在温度为350℃～450℃的条件下，煅烧1h～1.5h，待自然降至室温后洗涤，得到黑色沉淀，黑色沉淀真空干燥，得到氧空位中空介孔二氧化锡。
12.本发明的有益效果是：
13.①
氧空位中空介孔二氧化锡为黑色、粒径均匀，尺寸大小可以通过改变二氧化硅模板大小来调节，壳的厚度以及模板清除可通过改变反应过程中尿素和三水合锡酸钠的量、反应温度和时间来调变。由于反应过程中生成碳酸钠，二氧化硅模板是在制备介孔二氧化锡的同时去除的，缩短实验流程，简便易于控制；
14.②
氧空位中空介孔二氧化锡具有较大的比表面积(290m2/g～295m2/g)、内部空腔和介孔孔道结构(5.5nm～6nm)，有利于提高抗癌药物的担载效率；具有明显的近红外光吸收，表面存在大量的缺陷有利于提升电子空穴的分离，在近红外光激发下，能够产生大量的反应活性氧物质用于光动力治疗和明显的过高热效应用于光热治疗；
15.③
锡是人体不可或缺的微量元素之一，对人们进行各种生理活动和维护人体的健康有着重要影响，同时锡与临床ct造影剂碘海醇(0.70cm2/kg at 140kev)具有相似的元素序数和衰减系数(0.61cm2/kg，140kev)，氧空位中孔介孔二氧化锡可作为造影剂用于计算机断层扫描成像，实现监测抗肿瘤治疗效果。
16.本发明用于一种应用于肿瘤诊疗氧空位中空介孔二氧化锡的制备方法。
附图说明
17.图1为实施例一制备氧空位中空介孔二氧化锡的合成过程示意图；
18.图2为透射电子显微镜成像图，a为实施例一步骤一制备的介孔二氧化硅，b为实施例一步骤二制备的中空介孔二氧化锡，c为实施例一制备的氧空位中空介孔二氧化锡；
19.图3为实施例一制备的氧空位中空介孔二氧化锡的高分辨透射电子显微镜成像图；
20.图4为实施例一制备的氧空位中空介孔二氧化锡的元素映射图像，e为氧空位中空介孔二氧化锡暗场扫描透射电子显微镜图像，f为氧元素映射图像，g为锡元素映射图像，h为不同元素映射图像复合；
21.图5为实施例一制备的氧空位中空介孔二氧化锡的氮气吸附-脱附等温线图；
22.图6为实施例一制备的氧空位中空介孔二氧化锡孔尺寸分布曲线图；
23.图7为实物图，a为实施例一步骤二制备的中空介孔二氧化锡，b为实施例一制备的氧空位中空介孔二氧化锡；
24.图8为吸收光谱图，a为实施例一步骤二制备的中空介孔二氧化锡，b为实施例一制备的氧空位中空介孔二氧化锡；
25.图9为x射线衍射图，a为实施例一步骤二制备的中空介孔二氧化锡，b为实施例一
制备的氧空位中空介孔二氧化锡；
26.图10为sn 3d光电子能谱图，a为实施例一步骤二制备的中空介孔二氧化锡，b为实施例一制备的氧空位中空介孔二氧化锡；
27.图11为实施例一制备的氧空位中空介孔二氧化锡分散在不同溶液中的胶体稳定性，1为质量百分数为0.9％的氯化钠水溶液，2为ph为7.4的磷酸盐缓冲溶液，3为rpmi 1640培养基，4为胎牛血清。
具体实施方式
28.具体实施方式一：本实施方式一种应用于肿瘤诊疗氧空位中空介孔二氧化锡的制备方法，它是按以下步骤进行的：
29.一、采用溶胶-凝胶法制备二氧化硅纳米粒子：
30.将十六烷基三甲基氯化铵及三乙胺加入到去离子水中，超声得到澄清透明溶液，在磁力搅拌下，将澄清透明溶液加热至温度为85℃～95℃，并在温度为85℃～95℃的条件下，搅拌0.5h～1.5h，然后在温度为85℃～95℃的条件下，逐滴加入正硅酸乙酯，并在温度为85℃～95℃的条件下，反应1.5h～2.5h，最后离心收集并洗涤，得到白色沉淀，白色沉淀真空干燥，得到介孔二氧化硅；
31.二、采用原位沉积法合成中空介孔二氧化锡纳米粒子：
32.将介孔二氧化硅加入到乙醇和水的混合溶液中，超声分散均匀，再加入浓度为2mol/l～3mol/l的尿素和浓度为0.06mol/l～1mol/l的三水合锡酸钠溶液，在室温下搅拌30min～1h，然后升温至160℃～180℃，并在温度为160℃～180℃的条件下，保温1h～2h，待自然冷却至室温，离心收集并洗涤，最后真空干燥，得到中空介孔二氧化锡；
33.三、氧空位中空介孔二氧化锡的制备：
34.将中空介孔二氧化锡与硼氢化钠混合，研磨10min～15min后置于管式炉中，在氢气保护下加热至温度为350℃～450℃，并在温度为350℃～450℃的条件下，煅烧1h～1.5h，待自然降至室温后洗涤，得到黑色沉淀，黑色沉淀真空干燥，得到氧空位中空介孔二氧化锡。
35.本实施方式制备了一种尺寸分布均匀且可调节、较强的近红外光吸收、氧空位中空介孔二氧化锡用于成像肿瘤治疗等纳米生物医学领域，以介孔二氧化硅为模板、三水合锡酸钠作为锡源通过简单的水热法，构筑一种氧空位中空介孔结构的多功能诊疗一体化纳米试剂。
36.本实施方式的有益效果是：
37.①
氧空位中空介孔二氧化锡为黑色、粒径均匀，尺寸大小可以通过改变二氧化硅模板大小来调节，壳的厚度以及模板清除可通过改变反应过程中尿素和三水合锡酸钠的量、反应温度和时间来调变。由于反应过程中生成碳酸钠，二氧化硅模板是在制备介孔二氧化锡的同时去除的，缩短实验流程，简便易于控制；
38.②
氧空位中空介孔二氧化锡具有较大的比表面积(290m2/g～295m2/g)、内部空腔和介孔孔道结构(5.5nm～6nm)，有利于提高抗癌药物的担载效率；具有明显的近红外光吸收，表面存在大量的缺陷有利于提升电子空穴的分离，在近红外光激发下，能够产生大量的反应活性氧物质用于光动力治疗和明显的过高热效应用于光热治疗；
39.③
锡是人体不可或缺的微量元素之一，对人们进行各种生理活动和维护人体的健康有着重要影响，同时锡与临床ct造影剂碘海醇(0.70cm2/kg at 140kev)具有相似的元素序数和衰减系数(0.61cm2/kg，140kev)，氧空位中孔介孔二氧化锡可作为造影剂用于计算机断层扫描成像，实现监测抗肿瘤治疗效果。
40.具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式二不同的是：步骤一中所述的洗涤为用乙醇洗涤三次；步骤二中所述的洗涤为用乙醇洗涤三次去除未反应的物质；步骤三中所述的洗涤为用质量百分数为1％～3％的盐酸和去离子水洗涤去除过量的硼氢化钠。其它与具体实施方式二相同。
41.具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是：步骤一至三中所述的真空干燥为在温度为50℃～60℃的条件下真空干燥。其它与具体实施方式一或二相同。
42.具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤一中所述的十六烷基三甲基氯化铵与三乙胺的质量比为1g:(75～85)mg；步骤一中所述的十六烷基三甲基氯化铵的质量与去离子水的体积比为1g:(75～85)ml。其它与具体实施方式一至三相同。
43.具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤一中所述的十六烷基三甲基氯化铵与正硅酸乙酯的质量比为1:(5～7)。其它与具体实施方式一至四相同。
44.具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤二中所述的乙醇和水的混合溶液中乙醇与水的体积比为1:(0.5～1.5)。其它与具体实施方式一至五相同。
45.具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤二中所述的介孔二氧化硅的质量与乙醇和水的混合溶液的体积比1mg:(0.7～0.8)ml。其它与具体实施方式一至六相同。
46.具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤二中所述的介孔二氧化硅的质量与浓度为2mol/l～3mol/l的尿素的体积比1mg:(0.05～0.07)ml。其它与具体实施方式一至七相同。
47.具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤二中所述的介孔二氧化硅与浓度为0.06mol/l～1mol/l的三水合锡酸钠溶液的体积比1mg:(0.08～0.09)ml。其它与具体实施方式一至八相同。
48.具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤三中所述的中空介孔二氧化锡与硼氢化钠的质量比1:(0.4～0.6)。其它与具体实施方式一至九相同。
49.采用以下实施例验证本发明的有益效果：
50.实施例一，结合图1具体说明：
51.一种应用于肿瘤诊疗氧空位中空介孔二氧化锡的制备方法，它是按以下步骤进行的：
52.一、采用溶胶-凝胶法制备二氧化硅纳米粒子：
53.将1g十六烷基三甲基氯化铵及80mg三乙胺加入到80ml去离子水中，超声得到澄清
透明溶液，在磁力搅拌下，将澄清透明溶液加热至温度为90℃，并在温度为90℃的条件下，搅拌1h，然后在温度为90℃的条件下，逐滴加入6g正硅酸乙酯，并在温度为90℃的条件下，反应2h，最后离心收集并洗涤，得到白色沉淀，白色沉淀真空干燥，得到介孔二氧化硅；
54.二、采用原位沉积法合成中空介孔二氧化锡纳米粒子：
55.将20mg介孔二氧化硅加入到15ml乙醇和水的混合溶液中，超声分散均匀，再加入1.2ml浓度为2mol/l的尿素和1.75ml浓度为0.08mol/l的三水合锡酸钠溶液，在室温下搅拌30min，然后升温至170℃，并在温度为170℃的条件下，保温1.5h，待自然冷却至室温，离心收集并洗涤，最后真空干燥，得到中空介孔二氧化锡；
56.三、氧空位中空介孔二氧化锡的制备：
57.将中空介孔二氧化锡与硼氢化钠混合，研磨10min后置于管式炉中，在氢气保护下加热至温度为400℃，并在温度为400℃的条件下，煅烧1h，待自然降至室温后洗涤，得到黑色沉淀，黑色沉淀真空干燥，得到氧空位中空介孔二氧化锡。
58.步骤一中所述的洗涤为用乙醇洗涤三次；步骤二中所述的洗涤为用乙醇洗涤三次去除未反应的物质；步骤三中所述的洗涤为用质量百分数为2％的盐酸和去离子水洗涤去除过量的硼氢化钠。
59.步骤一至三中所述的真空干燥为在温度为60℃的条件下真空干燥。
60.步骤二中所述的乙醇和水的混合溶液中乙醇与水的体积比为1:1。
61.步骤三中所述的中空介孔二氧化锡与硼氢化钠的质量比1:0.5。
62.图2为透射电子显微镜成像图，a为实施例一步骤一制备的介孔二氧化硅，b为实施例一步骤二制备的中空介孔二氧化锡，c为实施例一制备的氧空位中空介孔二氧化锡；由图可知，制备的介孔二氧化硅分散性良好平均粒子直径为55.6nm，以介孔二氧化硅为模板通过原位沉积法制备介孔二氧化锡，粒子尺寸没有发生明显的变化，但粒子表面明显变得粗糙并存在中空内腔，能看出介孔二氧化锡壳层是由3nm～4nm超小的二氧化锡堆叠而成的。进一步通过硼氢化钠还原制备氧空位中空介孔二氧化锡，平均尺寸为60.1nm，与二氧化锡相比形貌没有发生明显的变化。
63.图3为实施例一制备的氧空位中空介孔二氧化锡的高分辨透射电子显微镜成像图；由图可知，晶格条纹间距为0.33nm，与sno
2-x
保持一致，证明成功的制备了氧空位中空介孔二氧化锡。
64.图4为实施例一制备的氧空位中空介孔二氧化锡的元素映射图像，e为氧空位中空介孔二氧化锡暗场扫描透射电子显微镜图像，f为氧元素映射图像，g为锡元素映射图像，h为不同元素映射图像复合；由图可知，证实了氧空位中空介孔二氧化锡的纳米结构，能够观察到锡和氧元素均匀的分布于sno
2-x
表面。
65.图5为实施例一制备的氧空位中空介孔二氧化锡的氮气吸附-脱附等温线图；图6为实施例一制备的氧空位中空介孔二氧化锡孔尺寸分布曲线图；由图可知，氧空位中空介孔二氧化锡的比表面积为293m2/g，平均孔尺寸大小为5.88nm。
66.图7为实物图，a为实施例一步骤二制备的中空介孔二氧化锡，b为实施例一制备的氧空位中空介孔二氧化锡；由图可知，在硼氢化钠还原后，样品颜色由白色变成了黑色。
67.图8为吸收光谱图，a为实施例一步骤二制备的中空介孔二氧化锡，b为实施例一制备的氧空位中空介孔二氧化锡；由图可知，与介孔二氧化锡相比，氧空位中空介孔二氧化锡
在紫外可见以及近红外光区域具有具有明显的吸收。
68.图9为x射线衍射图，a为实施例一步骤二制备的中空介孔二氧化锡，b为实施例一制备的氧空位中空介孔二氧化锡；由图可知，所制备的氧空位中空介孔二氧化锡的特征衍射峰与标准卡片保持一致，说明成功制备了正方金红石结构氧空位中空介孔二氧化锡。
69.图10为sn 3d光电子能谱图，a为实施例一步骤二制备的中空介孔二氧化锡，b为实施例一制备的氧空位中空介孔二氧化锡；由图可知，与白色介孔二氧化锡相比，由于存在氧缺陷黑色氧空位中空介孔二氧化锡具有更低的电子结合能。
70.图11为实施例一制备的氧空位中空介孔二氧化锡分散在不同溶液中的胶体稳定性，1为质量百分数为0.9％的氯化钠水溶液，2为ph为7.4的磷酸盐缓冲溶液，3为rpmi 1640培养基，4为胎牛血清；由图可知，随着培养时间的延长，氧空位中空介孔二氧化锡尺寸没有发生明显的变化，即使在第14天时纳米粒子在不同的溶剂中仍然具有良好的分散性，说明氧空位中空介孔二氧化锡具有良好的胶体稳定性和分散性。