金诱导的聚吡咯/二氧化锰纳米材料及其制备方法与应用
阅读说明：本技术 金诱导的聚吡咯/二氧化锰纳米材料及其制备方法与应用 (Gold-induced polypyrrole/manganese dioxide nano material and preparation method and application thereof ) 是由 梁华震 林华明 黄其文 黎昌国 于 2021-08-10 设计创作，主要内容包括：本发明属于生物医药技术领域,具体涉及金诱导的聚吡咯/二氧化锰纳米材料及其制备方法与应用。首次将含金氧化剂诱导引发氧化聚合制备聚吡咯,制备方法简单且粒径可控；所得材料生物相容性好,并且同时具有很好的放射增敏性、光热效应,并且可以显著改善肿瘤微环境,到达肿瘤部位后可以协同增效达到显著杀死肿瘤细胞的效果,并且对机体损伤程度较小,安全性高,具有较好的药物研发前景。(The invention belongs to the technical field of biological medicines, and particularly relates to a gold-induced polypyrrole/manganese dioxide nano material as well as a preparation method and application thereof. The gold-containing oxidant is induced to initiate oxidative polymerization to prepare polypyrrole for the first time, and the preparation method is simple and controllable in particle size; the obtained material has good biocompatibility, good radiosensitization and photothermal effects, can obviously improve the tumor microenvironment, can achieve the effect of obviously killing tumor cells by synergy after reaching the tumor part, has small damage degree to the organism and high safety, and has good drug research and development prospect.)
技术领域
本发明属于生物医药技术领域。更具体地，涉及金诱导的聚吡咯/二氧化锰纳米材料及其制备方法与应用。
背景技术
癌症是全世界致死率最高的疾病之一，且每年的患病人数呈快速上升的趋势，是严重威胁人类生存的公共健康问题。目前治疗癌症的传统方法主要为手术、放疗、化疗；其中放疗(放射治疗)是临床上广泛使用的一种局部非侵入性肿瘤治疗策略，利用α、β、γ射线束及电子束直接对肿瘤细胞DNA分子造成损伤或者产生自由基诱导细胞凋亡，进而杀死癌细胞。但是，单一的放疗通常需要较高的辐射强度来达到临床期望的治疗效果，对周围正常组织的毒副作用也随之增加，非常影响患者的生存质量；此外，肿瘤微环境为严重乏氧环境，从而大大减弱了氧气依赖的放射治疗效果。
近年来研究人员发现含有高原子序数金属元素(如金、钨、铋等)的纳米材料可以作为放射增敏剂，通过增强射线能量在肿瘤组织的沉积来提高放疗效率。如中国专利申请CN108356279A公开了一种空心金纳米材料的制备方法，所制备的空心金纳米材料能够直接装载药物分子，放射增敏的同时还能结合药物化疗等方法，达到治疗肿瘤的效果。但是，仍然存在肿瘤微环境低氧条件影响放疗效果的问题，造成辐射增强、毒副作用增加的情况。因此，临床上迫切需要一种既具有放疗增敏效果又能供氧的新型药物来解决现有放疗面临的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有肿瘤放射治疗增强辐射会对正常细胞存在不同程度的损伤，利用的放射增敏剂对放疗效果的改善有限的缺陷和不足，提供一种具有显著增强放疗效果，提高抗肿瘤效果的金诱导的聚吡咯/二氧化锰纳米材料。
本发明的目的是提供一种聚吡咯/二氧化锰纳米材料的制备方法。
本发明另一目的是提供所述金诱导的聚吡咯/二氧化锰纳米材料在制备防治肿瘤药物中的应用。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种金诱导的聚吡咯/二氧化锰纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将稳定剂、氧化剂、吡咯单体混合，4～40℃搅拌反应，离心，收集沉淀，得聚吡咯纳米材料；
S2、将步骤S1所得聚吡咯纳米材料制成聚吡咯水溶液，加入高锰酸钾，20～60℃反应完全，离心，收集沉淀，后处理，即得；
其中，所述氧化剂选自三水合四氯金酸、二水合四氯金酸、四氯金酸纳、四氯金酸钾中的一种或多种。
进一步地，步骤S1中，所述稳定剂选自聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠中的一种或多种。
更进一步地，步骤S1中，所述稳定剂的添加量为0.1～10mg/mL。
进一步地，步骤S1中，所述氧化剂制成溶液后再加入，氧化剂溶液浓度为0.01～30mM，添加量为1～10mL，溶剂为水。
更进一步地，步骤S1中，所述吡咯单体与溶液总体积的体积比为1：(10～200)。
优选地，步骤S1中，所述搅拌反应时间为1～60分钟，搅拌转速为200～1500rpm。
进一步地，步骤S2中，所述高锰酸钾与聚吡咯纳米材料在水溶液中的浓度比为1:(0.5～3)。
优选地，步骤S2中，所述反应时间为0.5～2小时，反应时可配合搅拌，搅拌转速为100～1500rpm。
优选地，步骤S1、S2中，所述离心的转速为5000～30000rpm，离心时间为5～30min。
另外的，本发明还提供了一种所述制备方法制备的金诱导的聚吡咯/二氧化锰纳米材料。
进一步地，所述金诱导的聚吡咯/二氧化锰纳米材料粒径为5～200nm。
更进一步地，所述金诱导的聚吡咯/二氧化锰纳米材料具有十二面体、立方体、球形、棒状或不规则多面体结构。
另外的，本发明还提供了所述金诱导的聚吡咯/二氧化锰纳米材料在制备防治肿瘤药物中的应用。
优选地，所述药物在治疗肿瘤时可以结合光热治疗和放射治疗，能达到更好的肿瘤清除、治疗效果。
本发明提供的金诱导的聚吡咯/二氧化锰纳米材料首次用含金氧化剂诱导引发氧化聚合制备聚吡咯，使得制备得到的纳米材料中存在金元素，具有放射增敏的效果，可以显著提高放疗的效果；将二氧化锰包覆在材料外围，在缺氧的肿瘤特异性微环境下可以显著提高肿瘤微环境的氧气浓度，进一步增强氧气依赖放疗方法抗肿瘤的效果，从上述两个方面共同协同降低放疗所需辐射的强度，显著减小放射治疗对机体组织的损害。另外的，本发明提供的金诱导的聚吡咯/二氧化锰纳米材料同时具有光热性能，在近红外II区激光刺激下发挥较强的光热效应烧灼肿瘤。进一步将本发明提供的金诱导的聚吡咯/二氧化锰纳米材料靶向至肿瘤部位后，结合光热疗法和/或放射疗法协同，可以达到更好的肿瘤治疗效果。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种金诱导的聚吡咯/二氧化锰纳米材料，首次将含金氧化剂诱导引发氧化聚合制备聚吡咯，制备方法简单且粒径可控；所得材料生物相容性好，并且同时具有很好的放射增敏性、光热效应，并且可以显著改善肿瘤微环境，到达肿瘤部位后可以协同增效达到显著杀死肿瘤细胞的效果，并且对机体损伤程度较小，安全性高，具有较好的药物研发前景。
附图说明
图1为本发明实施例1所得AuPPy纳米材料的电镜扫描图。
图2为本发明实施例1所得[email protected]2纳米复合材料的电镜扫描图。
图3为本发明实施例1所得[email protected]2纳米复合材料的能量色散X射线光谱图。
图4为本发明实施例1所得AuPPy纳米材料和[email protected]2纳米复合材料的X射线光电子图谱。
图5为本发明实施例1所得AuPPy纳米材料和[email protected]2纳米复合材料的粒径分布图。
图6为本发明实施例1所得AuPPy纳米材料和[email protected]2纳米复合材料的Zeta电位分布图。
图7为本发明实施例1所得[email protected]2纳米复合材料的紫外-可见光谱图。
图8为本发明实施例1所得[email protected]2纳米复合材料的光热性能评估图；其中，A-1064nm激光激发，B-光热稳定性评估图。
图9为本发明实施例1所得[email protected]2纳米复合材料的产氧能力研究统计图。
图10为本发明实施例1所得[email protected]2纳米复合材料的谷胱甘肽消耗能力研究统计图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
实施例1一种金诱导的聚吡咯/二氧化锰纳米材料
所述金诱导的聚吡咯/二氧化锰纳米材料的制备方法包括以下步骤：
S1、金诱导聚合的聚吡咯纳米材料(AuPPy)的制备
于50mL单口圆底烧瓶中加入10mL去离子水，再加入50mg聚乙烯醇，在90℃加热环境下温和搅拌冷凝回流1小时，自然冷却至室温；在500～1200rpm转速搅拌条件下，逐滴加入5mL三水合四氯金酸水溶液(10mM)，继续搅拌1小时；逐滴加入200μL吡咯单体，500～1200rpm搅拌反应15分钟；反应液用低温超速离心机20000rpm/min离心20min，收集沉淀，得金诱导聚合的聚吡咯AuPPy纳米材料；
S2、金诱导聚合的聚吡咯/二氧化锰纳米复合材料([email protected]2)的制备
在200rpm低速搅拌条件下，将25mL的高锰酸钾水溶液(200μg/mL)逐滴滴加到25mL步骤S1所得AuPPy纳米材料制成的AuPPy水溶液(200μg/mL)中，转移到40℃恒温水浴锅中，1000rpm剧烈搅拌反应1小时；反应结束后15000rpm/min离心10min，收集沉淀用去离子水洗涤三次，得金诱导聚合的聚吡咯/二氧化锰纳米复合材料([email protected]2)。
实施例2一种金诱导的聚吡咯/二氧化锰纳米材料
所述金诱导的聚吡咯/二氧化锰纳米材料的制备方法包括以下步骤：
S1、金诱导聚合的聚吡咯纳米材料(AuPPy)的制备
于50mL单口圆底烧瓶中加入10mL去离子水，再加入50mg聚乙烯吡咯烷酮，在90℃加热环境下温和搅拌冷凝回流1小时，自然冷却至室温；在500～1200rpm转速搅拌条件下，逐滴加入5mL二水合四氯金酸水溶液(10mM)，继续搅拌1小时；逐滴加入200μL吡咯单体，500～1200rpm搅拌反应15分钟；反应液用低温超速离心机30000rpm/min离心10min，收集沉淀，得金诱导聚合的聚吡咯AuPPy纳米材料；
S2、金诱导聚合的聚吡咯/二氧化锰纳米复合材料([email protected]2)的制备
在200rpm低速搅拌条件下，将25mL的高锰酸钾水溶液(200μg/mL)逐滴滴加到25mL步骤S1所得AuPPy纳米材料制成的AuPPy水溶液(200μg/mL)中，转移到50℃恒温水浴锅中，1000rpm剧烈搅拌反应1小时；反应结束后20000rpm/min离心10min，收集沉淀用去离子水洗涤三次，得金诱导聚合的聚吡咯/二氧化锰纳米复合材料([email protected]2)。
以下以实施例1制备所得金诱导的聚吡咯/二氧化锰纳米材料为例进行结构特征及性能测试，其他实施例均可达到类似的效果。
试验例1金诱导的聚吡咯/二氧化锰纳米材料理化性质测定
对实施例1步骤S1所得金诱导聚合的聚吡咯AuPPy纳米材料进行电镜扫描分析，结果参见图1。由图可见，实施例1所得金诱导聚合的聚吡咯AuPPy纳米材料表现出均匀的超小金纳米颗粒的负载，AuPPy纳米材料粒径分布均一，尺寸在35～50nm之间。
对实施例1步骤S2所得[email protected]2纳米复合材料进行电镜扫描分析，结果参见图2。由图可见，实施例1所得[email protected]2纳米复合材料表面变粗糙，且其尺寸较AuPPy纳米材料的尺寸有所增大，在40～55nm之间，表明二氧化锰的成功包覆。
对实施例1所得[email protected]2纳米复合材料进行能量色散X射线光谱分析，结果如图3所示。由图可见，[email protected]2纳米复合材料存在Mn、Au、C、N、O元素，表明本发明的[email protected]2纳米复合材料制备成功。
对实施例1所得AuPPy纳米材料、[email protected]2纳米复合材料进行X射线光电子图谱(XPS)分析，结果如图4所示。由图可见，相对于AuPPy纳米材料的XPS图谱，[email protected]2纳米复合材料中新增Mn元素，表明本发明中二氧化锰的成功包覆以及[email protected]2纳米复合材料的成功制备。
对实施例1所得AuPPy纳米材料、[email protected]2纳米复合材料分别进行粒径分布分析，结果如图5所示。由图可见，AuPPy纳米材料的流体动力学粒径为134nm左右，而[email protected]2纳米复合材料的流体动力学粒径有所增加，在186nm左右，表明本发明中二氧化锰的成功包覆。
对实施例1所得AuPPy纳米材料、[email protected]2纳米复合材料分别进行Zeta电位分析，结果如图6所示。由图可见，AuPPy纳米材料的Zeta电位为8.32mV左右，通过二氧化锰包覆后，[email protected]2纳米复合材料的Zeta电位为-33.97mV左右。
实验例[email protected]2纳米复合材料光学性能测定
对实施例1所得[email protected]2纳米复合材料的光学吸收强度进行检测，结果参见图7。由图可见，[email protected]2纳米复合材料在紫外-可见光-近红外区均具有很强的光学吸收，且具有浓度依赖性。
在1064nm波长激光条件下，对不同浓度[email protected]2纳米复合材料的光热性能进行评估，结果如图8所示。
从图8A可看出，[email protected]2纳米复合材料在1064nm激光激发下具有较高的温度升高，具备优异的光热性能。从图8B可看出，[email protected]2纳米复合材料经过五个循环的1064nm激光照射后，仍表现出很强的光稳定性，未出现光热性能变弱的现象。综上，[email protected]2纳米复合材料具备光热治疗烧灼肿瘤的所需温度。
实验例[email protected]2纳米复合材料改善肿瘤微环境性能测定
对实施例1所得[email protected]2纳米复合材料的产氧能力进行测试，测试方法为：将不同浓度[email protected]2纳米复合材料分散在磷酸盐缓冲液(pH 7.4)中，一旦用注射器加入H2O2(10mM)，即用JPSJ-605F便携式溶解氧仪测量溶液不同时间点的氧气浓度。结果参见图9。
由图可见，[email protected]2纳米复合材料具有很强的氧气产生能力，且具有浓度依赖性，可以缓解肿瘤低氧状态，促进放疗。
对实施例1所得[email protected]2纳米复合材料的谷胱甘肽消耗能力进行测试，测试方法为：将不同浓度[email protected]2纳米复合材料分散在磷酸盐缓冲液(pH 7.4)中，然后加入0.1mM GSH，最后利用5,5'-二硫代双(2-硝基苯甲酸)探针检测GSH的消耗。结果参见图10。
由图可见，[email protected]2纳米复合材料具有明显的谷胱甘肽清除能力，可以减轻肿瘤抗氧化能力，进一步促进放疗效果。
综上，[email protected]2纳米复合材料具备提高肿瘤微环境氧气浓度、消耗谷胱甘肽的能力，可以辅助增强放疗效果，具备杀死肿瘤及预防肿瘤复发转移的能力。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。