一种进行成像和肿瘤治疗的纳米材料的制备方法与流程

1.本发明属于生物医学领域，具体涉及一种mof与长余辉材料结合用于生物成像和肿瘤治疗的纳米材料及其制备方法。


背景技术：

2.癌症是目前威胁人类生命的主要疾病之一，因为它的病因复杂，发病率高，死亡率高。传统的癌症治疗方法主要包括手术、药物、放射治疗等。但大多数治疗损害健康组织，并受低氧，低ph值和高细胞内表达的物质在肿瘤微环境的影响，治疗效果不尽如人意。因此，探索新的避免这些缺点的治疗方法，是具有重要意义的。
3.为了解决这些问题，本文对此进行了设计研究，将长余辉材料与mofs材料相结合，使用无毒、近红外发光性质良好的长余辉纳米材料负载cu-mofs材料(hkust)，实现近红外余辉发光和靶向协同治疗肿瘤。通过在细胞及小鼠体内进行的实验证明，制备的材料(hszgo)可以进行高效的生物成像，表现出优异的近红外余辉发光特性。这种纳米材料可以有效抑制肿瘤生长，在小鼠体内进行实验时可以有效治愈肿瘤小鼠，避免副作用，避免肿瘤抗药性，针对性的抑制肿瘤细胞增值，可利用价值高。


技术实现要素：

4.针对现有药物的作用单一、副作用和肿瘤抗药性等问题，本发明的目的是提供一种复合材料的制备方法用于生物成像及肿瘤治疗、本发明采用的技术方案如下：
5.一种复合结构的纳米材料：sio2@zn
1 x
ga
1.9-x-y
o4：cr(y)@hkust-1
6.其中0≤x≤0.2，0.001≤y≤0.015
7.进一步最佳浓度：x为0.1，y为0.005
8.一种长余辉材料与mof材料相结合的复合型纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
9.1.以zn(no3)2·
6h2o,ga(no3)3·
h2o和cr(no3)2·
9h20为原料，按一定的化学计量比称取后溶于水溶液与乙醇溶液的混合溶液中，加入介孔二氧化硅超声混合；
10.2.混合溶液在60℃的烘箱中干燥12h，得到的固体粉末在研钵中充分研磨，然后放入空气氛围的马弗炉中，升温至800℃进行烧结，煅烧5h。
11.3.将cucl2溶解于超纯水制备溶液a，均三苯甲酸完全溶于乙醇制备溶液b。
12.4.将步骤3所得到的物料加入溶液a中，充分搅拌超声反应1h，然后加入溶液b，混合溶液在室温条件下充分搅拌反应1h后倒入聚四氟乙烯内衬中。
13.5.将聚四氟乙烯内衬置于高压釜中，放入空气氛围的马弗炉中升温到120℃，保温12h。
14.6.将步骤5所得的物料通过离心收集，研磨，即可长余辉材料与mof材料相结合的复合型纳米材料
15.所述步骤(1)中易溶于水的硝酸盐按比例混合，介孔二氧化硅作为模板剂。
16.所述步骤(2)中通过空气气氛下高温煅烧形成长余辉结构。
17.所述步骤(5)中通过在马弗炉中高温反应，促进mof材料的形成。
18.本发明所制备的长余辉材料与mof材料相结合的复合型纳米材料有以下优点：
19.(1)本发明提出了一种操作简单，尺寸可控的纳米长余辉材料与mofs材料结合的复合材料的制备方法；
20.(2)制备得到的复合材料形貌完整，通过检测可以观察到纳米颗粒的尺寸，能够应用于生物领域；
21.(3)制备的复合材料可以稳定的在生物体内进行高质量成像；
22.(4)制备得到的复合材料可以特异性地对肿瘤细胞进行抑制，小鼠肿瘤可完全治愈；
23.(5)制备得到的复合材料可以避免毒副作用伤害正常组织、器官。
附图说明
24.图1为复合材料的x射线衍射图(xrd)。
25.图2为复合材料的扫描电镜(sem)。
26.图3为复合材料的细胞毒性(a)和细胞治疗效果(b)。
27.图4为复合材料的小鼠体内成像(a,b)和器官体外成像(c,d)。
28.图5为复合材料的cu
2
器官中分布(a)和肿瘤部位滞留检测(b)(icp-ms)。
29.图6为复合材料的肿瘤小鼠光热成像。
30.图7为样品hszgo治疗肿瘤小鼠的实验数据。
31.图8为样品对正常组织细胞的毒副作用检测实验数据。
32.具体实施方法：
33.本发明涉及的长余辉材料与mof材料相结合的复合型纳米材料的结构式为sio2@zn
1 x
ga
1.9-x-y
o4：cr(y)
34.其中0≤x≤0.2，0.001≤y≤0.015
35.x取值0.1时，不会引起长余辉材料的相变，可以很好的保持晶体结构的稳定性，有效提高复合材料的余辉时间。
36.y取值0.005时，不会引起长余辉材料的相变，可以很好的保持晶体结构的稳定性，复合材料表现出良好的近红外发光，并表现出较好的余辉性能。
37.当制备本发明的复合纳米材料时，采用逐层合成的方法，制备得到具有近红外长余辉发光特性的纳米材料用于生物成像，并且这种纳米材料外层包裹的mof结构可以有效在肿瘤细胞内部被靶向激活，用于肿瘤治疗。
38.以下从具体事例进一步说明本发明。
39.实施例1一种mof与长余辉复合材料的制备方法
40.纳米长余辉材料的制备：
41.按1.1:1.895:0.005的比例取zn(no3)2·
6h2o,ga(no3)3·
h2o和cr(no3)3·
9h20混合溶解在0.5ml水和0.5ml乙醇的混合溶液中，加入100mg纳米介孔二氧化硅粉末，超声振动2h，使混合溶液与二氧化硅充分混合得到胶状混合物。将混合物在60℃烘箱中烘干12h。得到的白色粉末在研钵中充分研磨，转移入刚玉坩埚中放入马弗炉，在800℃下煅烧3h。结束后将粉末研磨保存得到纳米颗粒szgo。
42.纳米颗粒表面负载mofs材料
43.将200mg的cucl2溶解于超纯水制备溶液a，174mg均三苯甲酸完全溶于乙醇制备溶液b。将得到的szgo纳米颗粒放入圆底烧瓶中与溶液a充分搅拌1h。然后溶液b加入到圆底烧瓶中继续充分搅拌1小时，然后转移到聚四氟乙烯内衬中。将内衬置于高压釜中放入马弗炉，120℃保温12h。得到的淡蓝色固体粉末通过离心收集，然后在150℃的马弗炉中干燥12h，得到所需样品命名为hszgo。
44.hszgo的生物成像：
45.将纳米颗粒(12mg/ml,100μl)水溶液用254nm紫外灯照射10min后注射入小鼠体内，通过ivis ii lumina系统对小鼠进行近红外发光成像。然后用650nm led灯在体外进行照射3min，再次捕捉发光图像，以验证纳米粒子在体内的充电成像能力。
46.h22荷瘤小鼠注射hszgo 6h后进行安乐死，然后解剖收集主要器官(心、肝、脾、肺、肾)和肿瘤，254nm紫外灯照射5min后使用ivis ii lumia系统收集发光信号进行成像。
47.hszgo的小鼠肿瘤治疗：
48.从兰州大学实验动物中心获得体重约18克(4～6周)的雌性km小鼠，喂养1周后将h22肿瘤细胞(3.5*105/100ul/site)植入右腋下，建立荷瘤小鼠模型。当肿瘤生长到平均50～100mm3左右时，所有荷瘤小鼠随机分为5组(n＝10/组):(a)生理盐水(100ul)；(b)生理盐水 808nm光照；(c)hszgo(20mg/kg,100ul)；(d)hszgo(20mg/kg,100ul) 808nm光照；(e)s-腺苷蛋氨酸(sam,40mg/kg,100ul) hszgo 激光。e组在治疗前12h注射sam，可以激活肿瘤细胞中过表达的cbs，催化l-半胱氨酸生成h2s。植入h22肿瘤的各组荷瘤小鼠每7天注射样品一次。需要激光照射的治疗组在注射样品26h后采用808nm激光(2w/cm2)照射小鼠肿瘤部位，并与未照射的对照组a、c比较，以评价协同治疗的效果。为了记录肿瘤体积的变化，每日用数显卡尺测量肿瘤大小，计算公式如下:v＝长
×
宽2/2。相对肿瘤体积按v/v0计算(v0为未治疗初始肿瘤体积)。在治疗过程中，每天用实验室天平测量小鼠体重，获得相对体重。最后对所有小鼠实施安乐死，解剖肿瘤，记录肿瘤大小，石蜡包埋后进行h&e和tunel染色，观察瘤内细胞凋亡情况。
49.hszgo毒性评估：
50.解剖各组小鼠主要脏器，用4％甲醛溶液对器官进行固定。将主要器官切片，石蜡包埋，进行h&e和tunel染色，然后使用光学显微镜成像，进行组织学分析，检测样品对正常组织器官的伤害。
51.所得结果可以从附图材料中看出，图1为复合材料的x射线衍射图(xrd)，同时具有长余辉材料与mof材料的各角度衍射峰，且强度较高，表现出良好的结晶性；
52.图2为复合材料的扫描电镜(sem)，纳米颗粒表现出良好的单一分散性，尺寸约为150nm；
53.图3为复合材料的细胞毒性(a)和细胞治疗效果(b)，材料对正常细胞ges-1不具备毒性，对两种肿瘤细胞h22和hepg2具有明显的抑制增殖作用；
54.图4为复合材料的小鼠体内成像(a,b)和器官体外成像(c,d)，材料表现出良好的近红外成像能力，在小鼠体内和体外都能观察到良好的发光信号；
55.图5为复合材料的cu
2
器官中分布(a)和肿瘤部位滞留检测(b)(icp-ms)，材料在肿瘤组织中比在其他器官组织中具有更好的积蓄能力，且可以较长时间的在肿瘤中滞留。
56.图6为复合材料的肿瘤小鼠光热成像，材料表现出优秀的小鼠体内光热性能，在808nm光照下可以在三分钟内快速升温，进行肿瘤治疗；
57.图7为样品hszgo治疗肿瘤小鼠的实验数据，治疗过程中小鼠体重没有异常变化，且对照组小鼠肿瘤体积增长至10倍左右，而经过治疗的小鼠体积则不再增长，甚至直接治愈。；
58.图8为样品对正常组织细胞的毒副作用检测实验数据，数据表明材料进行肿瘤治疗过程中不会对其他器官造成伤害。
59.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的内容和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。