一种氮掺杂碳点/磷酸铁锂异质结、制备方法及其应用与流程

1.本发明涉及纳米药物技术领域，特别涉及一种氮掺杂碳点/磷酸铁锂异质结、制备方法及其应用。


背景技术：

2.恶性肿瘤已经成为当前威胁人类健康的主要疾病之一，其发病率和死亡率逐年增加。目前传统治疗手段（手术治疗、化疗、放疗）在癌症的临床应用里占主导地位，但仍面临毒副作用大，复发率高以及多药耐药等问题。为了解决以上问题，由此衍生出很多新型治疗手段，如光动力治疗，化学动力治疗，光热治疗，声动力治疗以及免疫治疗等等。声动力治疗（sdt）是一种非侵入性，具有高穿透深度的肿瘤治疗手段，其作用机制为低强度超声触发声敏剂中的电子从价带跃迁至导带，分离的电子（e-）和空穴（h

）分别和氧气和水分子反应生成高生物毒性的单线态氧（1o2）和羟基自由基（
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oh），进而造成细胞凋亡或坏死。因此，理想的声动力治疗需要具有优异声动力性能的声敏剂。
3.目前，sdt研究中的声敏剂大多来自光动力治疗研究中的有机光敏剂，如卟啉类、氧杂蒽类和非甾体类抗炎药类。然而，这些有机声敏剂存在水溶性差、皮肤光毒性强、无肿瘤靶向性等缺点。除了有机声敏剂，以二氧化钛（tio2）为代表的无机声敏剂近年来被广泛应用与sdt。但是这类无机声敏剂的声动力效率低下，主要是因为它们宽的带隙结构和电子空穴对的快速复合。此外，无机纳米材料往往不具有可生物降解的特性，不能排出体外，从而引起明显的体内长期毒性。因此，开发一类具有高效ros产量和可生物降解的多功能声敏剂对sdt的临床转化是至关重要的。
4.磷酸铁锂（lifepo4）属于一类可生物降解的纳米材料，具有优异的fe
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芬顿反应活性的橄榄石型过渡金属磷酸盐材料。同时，它也是一种典型的p型半导体材料，带隙在1.4-3.5 ev之间，使其在声动力治疗领域具有潜在的应用前景。但是，较快的电子空穴复合速率仍然是造成磷酸铁锂声动力性能不佳的关键因素。


技术实现要素：

5.本发明为了解决上述技术问题，提供了一种氮掺杂碳点/磷酸铁锂异质结、制备方法及其应用。
6.本发明是通过以下技术方案得以实现的。
7.一种氮掺杂碳点/磷酸铁锂异质结的制备方法，包括以下步骤：s1.将氮掺杂碳点与磷酸铁锂溶液进行混合并搅拌8-10 h；所述氮掺杂碳点和磷酸铁锂的质量比为（3-5）:1；s2.将步骤s1得到的混合溶液进行离心，除去未负载的氮掺杂碳点；s3.收集步骤s2得到的沉淀，干燥后得到氮掺杂碳点/磷酸铁锂异质结粉末。
8.进一步的，步骤s2中，离心条件为10000-12000 r/min 离心2-5次。
9.一种上述制备方法制备得到的氮掺杂碳点/磷酸铁锂异质结。
10.一种上述氮掺杂碳点/磷酸铁锂异质结作为肿瘤声动力/化学动力学联合治疗的声敏剂和芬顿反应试剂的应用。
11.本技术具有以下有益效果。
12.本发明将n型半导体碳点负载于p型半导体磷酸铁锂纳米棒的表面，构建了碳点@磷酸铁锂p-n结，其中碳点的引入成功的将磷酸铁锂纳米棒中部分fe
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氧化为fe
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，从而使碳点@磷酸铁锂p-n结不仅具有增强的声动力性能，同时具有fe
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介导的芬顿反应活性和fe
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介导的谷胱甘肽（gsh）消耗的能力。本发明所构建的碳点@磷酸铁锂p-n结通过单次注射单次us超声照射可以完全根除实体瘤，治疗结束后碳点@磷酸铁锂p-n结可以代谢出体外，表现出良好的生物可降解性。
附图说明
13.图1是本发明制备得到的n-cd@lifepo4的表征结果图（其中，a).n-cd@lifepo4的tem图；b).n-cd@lifepo4的hrtem图；c).n-cd@lifepo4的xrd图）；图2是本发明n-cd@lifepo4声动力性能检测结果图（其中，a). lifepo4的1o2产生速率测试结果图；b). n-cd@lifepo4的1o2产生速率测试结果图; c). n-cd@lifepo4、lifepo4和n-cd的1o2产生速率对比图；d). n-cd@lifepo4和lifepo4的esr光谱对比图）；图3是本发明n-cd@lifepo4化学动力学性能测试和ghs消耗性能测试结果图（其中，a). n-cd@lifepo4的
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oh产生速率测试结果图；b). n-cd@lifepo4、lifepo4和fe3o4的
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oh产生速率对比图；c). n-cd@lifepo4和lifepo4的esr光谱对比图；d) .n-cd@lifepo4消耗gsh的性能测试结果图）；图4是本发明n-cd@lifepo4的体外抗肿瘤性能评估图（其中，a-b). n-cd@lifepo4在us照射(50 khz, 3.0 w cm-2
, 5 min) h2o2处理或不处理时的细胞存活率对比图；c-d). n-cd@lifepo4在us照射(50 khz, 3.0 w cm-2
, 5 min) h2o2处理细胞内ros水平和活/死染色的共聚焦图）；图5是本发明n-cd@lifepo4的体内抗肿瘤性能评估图（其中，a).静脉注射icg染色的n-cd@lifepo4后的体内荧光成像；b).肿瘤治疗期间肿瘤体积的变化图；c). 肿瘤治疗期间裸鼠体重的变化图）；图6是本发明n-cd@lifepo4的生物降解测试结果图（其中，a).n-cd@lifepo4在pbs溶液中降解不同时间的照片；b).n-cd@lifepo4在pbs溶液中降解14天的tem图；c).降解不同天数的n-cd@lifepo4的1o2产生速率对比图）。
具体实施方式
14.下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的说明。
15.1.碳点@磷酸铁锂p-n结声敏剂的制备a).取2 mg/ml的氮掺杂碳点(n-cd)与1 mg/ml的磷酸铁锂溶液按体积比2：1进行混合并剧烈搅拌8 h；b).将步骤a)得到的混合溶液以10000 r/min 的转速进行多次离心，以除去多余的未负载的n-cd；c).收集步骤b)得到的沉淀，并放入60℃烘箱内进行干燥，最后收集粉末备用。
16.2.碳点@磷酸铁锂p-n结声敏剂的声动力性能和ghs消耗性能测试a).本发明所制备的碳点@磷酸铁锂p-n结声敏剂在低强度超声下能够产生大量的单线态氧（1o2），通过使用1,3-二苯基异苯并呋喃(dpbf)作为1o2探针，检测碳点@磷酸铁锂p-n结声敏剂在超声辐照下的1o2生成效率，以评估其声动力性能。
17.b).本发明所制备的碳点@磷酸铁锂p-n结声敏剂可以消耗gsh，通过使用5,5'-二硫代双(2-硝基苯甲酸)（dtnb）作为gsh探针，来评估p-n-cd声敏剂消耗gsh的能力。
18.3.碳点@磷酸铁锂p-n结声敏剂的化学动力学性能测试本发明所制备的碳点@磷酸铁锂p-n结声敏剂在h2o2存在时可以产生大量的
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oh，通过使用3,3',5,5'-四甲基联苯胺(tmb)作为
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oh探针，检测碳点@磷酸铁锂p-n结声敏剂产生
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oh的能力，以评估其化学动力学性能。
19.4.碳点@磷酸铁锂p-n结声敏剂的体外抗肿瘤性能评估通过mtt法测定碳点@磷酸铁锂p-n结声敏剂的细胞毒性。将143b细胞按照5000个/孔浓度接种到96孔板上，孵育一夜后，用不同浓度的n-cd@lifepo4溶液进行替换继续孵育。接着，用50 khz, 3.0 w/cm2的超声照射10 min和50 mm h2o2进行处理，24 h后用mtt测定细胞活度。
20.5.碳点@磷酸铁锂p-n结声敏剂的体内抗肿瘤性能评估以143b荷瘤裸鼠为实验对象，评价n-cd@lifepo4触发cdt和sdt联合治疗的体内疗效。首先设置(1)生理盐水、(2)单独us照射(50 khz, 3.0 w cm-2
, 10 min)、(3)n-cd@lifepo4(200 μg/ml)、(4)lifepo4 us照射(50 khz, 3.0 w cm-2
, 10 min)、(5)n-cd@lifepo
4 us照射(50 khz, 3.0 w cm-2
, 10 min)五组实验组，每组五只裸鼠。定期测量每组裸鼠的肿瘤的体积大小并且每天记录相应体重，评估n-cd@lifepo4的体内抗肿瘤性能。
21.6. 氮掺杂碳点@磷酸铁锂异质结声敏剂的生物降解测试用磷酸盐缓冲液(ph=7.4，pbs)配置n-cd@lifepo4溶液，放入分子量为3500da的透析袋中持续透析14天，每天观察溶液变化，接着选取不同降解天数(0、1、2、3、7、14 d)的磷酸铁锂评估其声动力性能。
22.将所制得的氮掺杂碳点@磷酸铁锂异质结声敏剂经仪器检测进行表征、声动力性能检测、化学动力学性能检测、gsh消耗能力检测、mtt法测定其细胞毒性、在体内通过静脉注射方式治疗肿瘤等相关实验，其结果如下：由图1可知，大量n-cd均匀分布在单个lifepo4纳米棒的表面上，形成分布的p-n结。在高倍电镜观察下，可以分别看到n-cd和lifepo4明显的晶格条纹。xrd图谱进一步揭示了n-cd成功加载到lifepo4纳米棒上。
23.由图2可知，n-cd@lifepo4的声动力性能要明显优于lifepo4和商业化tio2纳米颗粒。
24.由图3可知，n-cd@lifepo4具有优异的化学动力性能，且性能优于fe3o4纳米颗粒。同时，它还可以高效消耗gsh。
25.由图4可知，n-cd@lifepo4只有在50 khz, 3.0 w/cm2的超声照射10 min和50 mm h2o2处理后，才会导致143b细胞大量死亡，这也与活/死染色结果一致。同时，通过共聚焦显微镜观察发现，处理后的细胞内表现出很强的绿色荧光，说明了细胞内有ros产生。
26.由图5可知，n-cd@lifepo4通过静脉注射后可以靶向至143b肿瘤区域，并出现富集
现象；在us照射下，n-cd@lifepo4具有最佳的肿瘤治疗效果，其可以完全抑制肿瘤的生长；同时，n-cd@lifepo4没有表现出明显的体内长期毒性。
27.由图6可知，n-cd@lifepo4在前三天降解过程中基本保持稳定，没有明显变化，从第四天开始发生缓慢降解。并且，随着n-cd@lifepo4缓慢分解，其声动力性能也逐渐减弱。
28.本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。