一种氧化锰基复合纳米材料及其制备方法
阅读说明：本技术 一种氧化锰基复合纳米材料及其制备方法 (Manganese oxide-based composite nano material and preparation method thereof ) 是由 王冉冉 肖荟芳 孙晚茹 朱霜 李新宇 刘新正 黄丹 赵志鑫 于 2021-06-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种氧化锰基复合纳米材料及其制备方法,本发明以氧化锰纳米颗粒为基质,利用油相法,将多种油相纳米颗粒与氧化锰一步复合。该复合纳米材料具有低毒性,高效诊治功能,并且合成简单、制备过程可控,具有商业化潜力。此外,氧化锰纳米材料比表面积大,可装载多种不同药物分子,为多种治疗模式的开发打下了良好的实验基础。(The invention discloses a manganese oxide-based composite nano material and a preparation method thereof. The composite nano material has the advantages of low toxicity, high diagnosis and treatment functions, simple synthesis, controllable preparation process and commercial potential. In addition, the manganese oxide nano material has large specific surface area, can load various different drug molecules, and lays a good experimental foundation for the development of various treatment modes.)
技术领域
本发明属于复合纳米材料
技术领域
，具体涉及到一种氧化锰基复合纳米材料及其制备方法。背景技术
近年来，随着人类平均寿命的增长和环境污染加剧，越来越多的人罹患癌症。由于肿瘤组织的分散性、可转移性和易复发的特点使其成为一种谈之色变的疾病。在最近一次公布的中国恶性肿瘤报告显示，中国每年新增恶性肿瘤病例390多万例。对于肿瘤这种致死率极高、病因复杂的疾病，传统模式化的诊断和治疗显然不能满足需求，因此发展集靶向、多模式治疗及成像于一体的肿瘤治疗试剂对肿瘤治疗至关重要。氧化锰、氧化铁及金纳米材料由于具有较好的生物相容性，优异的类酶活性、磁学、光学以在肿瘤治疗领域得到广泛的研究。然而单一的纳米材料性能有限，集多种纳米材料于一体可以实现优势互补，达到更加优异的治疗效果。目前，通常将以上一种或多种纳米材料复合，工艺较为复杂，一般需要多个步骤。开发简便的实验方法对于提高复合材料的稳定性，降低成本十分重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种氧化锰基复合纳米材料及其制备方法，可以通过一步法实现氧化锰与多种油相纳米颗粒的复合，并且制备出的氧化锰基复合材料作为基础材料，实现了诊疗与诊断多模式肿瘤治疗，提高了肿瘤诊疗试剂的安全性和有效性。
为达上述目的，本发明提供了一种氧化锰基复合纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)合成油相纳米颗粒
称取金属源制备前驱体溶液，将前驱体溶液经过油相法复合，制得油相纳米颗粒；
其中金属源为铁源、钆源、镱源、钠源、金源以及锌源中的至少一种，制备所述前驱体溶液时，采用油酸、油胺和十八烯中的至少一种作为溶剂；采用苄醚、NaYF4:Yb,Er或油酸钠溶剂作为复配溶剂；
(2)制备氧化锰基复合纳米材料
将油相纳米颗粒溶于有机溶剂中，与油酸混合后加入高锰酸钾，反应完成并清洗后，制得氧化锰基复合纳米材料。
进一步地，铁源为乙酰丙酮铁，钆源、镱源和钠源分别为三氟乙酸钆、三氟乙酸镱和三氟乙酸钠，金源为由氯金酸乙腈溶液制备得到的金纳米颗粒，锌源为硫酸锌。
进一步地，由氯金酸乙腈溶液制备得到的金纳米颗粒的过程具体包括以下内容：
S1.常温下将氯金酸乙腈溶液与油胺、油酸混合后，将溶液升温至45-55℃，加入十八烯后继续升温至75-85℃并抽真空，在惰性气体的保护下升温至130-140℃并恒温10-20min，再加入正己烷猝灭反应，最后静置冷却至室温，制得金种溶液；
S2.将金种溶液与正己烷混合后，加入盐酸羟胺溶液，于搅拌条件下逐滴加入氯金酸乙腈溶液、油胺和油酸溶液，反应完成后继续搅拌30min，取上层溶液离心，使用乙醇洗涤产物，制得金纳米颗粒。
进一步地，步骤S1中，氯金酸乙腈溶液与油胺和油酸的体积比为1-2：4:0.4，其中氯金酸乙腈溶液的浓度为50mg/mL，十八烯与氯金酸乙腈溶液的体积比为6:1-2。
进一步地，步骤S2中，金种溶液、正己烷、盐酸羟胺、氯金酸乙腈溶液、油胺和油酸溶液的体积比为0.1-0.3：8：1:0.4-0.5:0.5-0.7:12，金种溶液中金种的浓度为440nM，盐酸羟胺的浓度为14mg/mL。
进一步地，步骤(2)的反应温度为0-60℃，反应时间为0.5-24h。
进一步地，步骤(2)中有机溶剂与油酸的体积比为1:9-9:1，高锰酸钾与油酸的质量比为0.2-2:1，油相与水相的体积比为2:75-100。
进一步地，步骤(2)中有机溶剂为苄醚、油胺、三氯甲烷、苯、十八烯、正己烷或环己烷。
综上所述，本发明具有以下优点：
1、现有的多功能纳米诊疗体系通常都需要多步复杂的制备过程和严苛的反应条件(如高温高压、有潜在毒性的表面活性剂或有机溶剂、超长的反应时间、惰性气体保护)，并且制备过程不易控制，从而限制了它们的临床应用，本发明采用一步法合成氧化锰基复合纳米材料，合成方法简单且制备过程可控。
2、大多数已报道的纳米诊疗剂是不可生物降解的，而且不能通过肾脏有效地排泄，从而容易引起系统性毒性风险。本发明合成的氧化锰基复合纳米材料可在肿瘤环境下降解，通过肾脏有效排出，实现高效生物安全性。
3、MnO2由于其天然的肿瘤微环境响应性，使得以其为基础的诊疗纳米体系能够参与到肿瘤成像(T1核磁成像)、肿瘤治疗、肿瘤免疫这三个当前比较热点的研究领域。本发明通过原位塌陷自组装法合成的氧化锰基复合纳米材料，将多种纳米材料于一体，可实现高效的诊疗功能，弥补了单一治疗方案的不足。
4、以氧化锰为基础材料，复合其他纳米颗粒，实现多模式肿瘤治疗。得到具有“三高”(高效的制备、高效的诊疗性能和高效的生物安全性)特性的通用型诊疗纳米平台。
附图说明
图1为氧化铁透射电子显微镜图；
图2为氧化锰基复合纳米材料透射透射电子显微镜图；
图3为氧化锰基复合纳米材料在pH6.5+H2O2(100μM)中降解不同时间的透射电子显微镜图；
图4为核磁成像功能示意图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
本实施例提供了一种Fe3O4-MnO2复合纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)对乙酰丙酮铁进行称重；
(2)合成油相纳米颗粒
将称重后的乙酰丙酮铁(3mmol)加入到三口瓶中，再加入15mL的苄醚和15mL的油胺，超声使溶液充分混匀；所得溶液充分排氮，在氮气条件下，把反应溶液加热到110℃保持1h。再以20℃/min的升温速度快速加热至300℃，反应再次保持1h。反应结束后，停止加热，冷却至室温。然后离心并用乙醇清洗2次得到氧化铁纳米颗粒。
(3)以氧化铁纳米颗粒为底物，将其溶于三氯甲烷(50mg/mL)中，取出300μL氯仿铁与700μL油酸混合。将其加入50mL的高锰酸钾(2mg/mL)溶液中，搅拌24h，经乙醇清洗2次后，得到氧化锰基复合纳米材料，记为Fe3O4-MnO2。
实施例2
本实施例提供了一种UCNPs-MnO2复合纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)对三氟乙酸钆、三氟乙酸镱、三氟乙酸钠进行称重
(2)合成油相纳米颗粒
将称重后的三氟乙酸钆(0.9mmol)、三氟乙酸镱(0.1mmol)、三氟乙酸钠(1mmol)加入三角瓶中，再加入NaYF4:Yb,Er(1mmol)、20mL油酸、20mL十八烯，搅拌，真空加热至120℃，保持1h后关闭抽真空装置，通入氮气，同时加热至310℃并保持1h，随后停止加热，在保持氮气流通的条件下自然冷却至室温。将样品进行离心分离，经乙醇、环己烷洗涤后得到UCNPs。
(3)制备氧化锰基复合纳米材料
以UCNPs为底物，将其溶于环己烷(50mg/mL)中，取出300μL溶于环己烷中的UCNPs与700μL油酸混合。将其加入50mL的高锰酸钾(2mg/mL)溶液中，搅拌24h，经乙醇清洗2次后，得到氧化锰基复合纳米材料，记为UCNPs-MnO2。
实施例3
本实施例提供了一种AuNR-MnO2复合纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备“金种”
常温下，将1.6mL的氯金酸乙腈溶液(50mg/mL)加入到4mL油胺和0.4mL油酸的混合溶液中，混合溶液，并将混合液逐渐升温。当温度升至50℃时，加入6mL十八烯，继续升温至80℃后打开真空阀，除去多余的空气。在氮气的保护下，继续升温至135℃后恒温不变。反应15min后，加入3mL正己烷猝灭反应，然后静置冷却至室温。用乙醇清洗后重悬于正己烷中待用。
(2)“两相法”合成金纳米颗粒
将200μL上述金种(440nM)与8mL正己烷混合后，加入1mL盐酸羟胺溶液(14mg/mL)。在保持磁力搅拌的同时，逐滴加入由480μL氯金酸乙腈溶液、600μL油胺和12mL正己烷构成的混合溶液。反应后继续搅拌30min，取上层溶液离心，并用乙醇洗涤产物。
(3)制备氧化锰基复合纳米材料
以金纳米颗粒为底物，将其溶于正己烷(50mg/mL)中，取出300μL溶于正己烷中的金纳米颗粒与700μL油酸混合。将其加入50mL的高锰酸钾(2mg/mL)溶液中，搅拌24h，经乙醇清洗2次后，得到氧化锰基复合纳米材料，记为AuNR-MnO2。
实施例4
本实施例提供了一种ZnO-MnO2复合纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)合成油相纳米颗粒
移取2.5mL0.4M ZnSO4溶液置于盛有50mL环己烷的圆底烧瓶中，再向其中加入5mL0.4M的油酸钠水溶液，立即生成白色沉淀，80℃下，冷凝凹流反应1h后，刚刚的白色沉淀消失，油相水相均澄清透明，停止反应，待冷却后，向其中加入12.5mL去离子水，并开始磁力搅拌，边搅拌边滴入12.5mL 0.4M NaOH溶液，滴加结束后，继续搅拌，50℃反应3小时。反应结束后，纳米级ZnO产品均匀分布在三氯甲烷中。
(2)制备氧化锰基复合纳米材料
以氧化锌为底物，将其溶于三氯甲烷(50mg/mL)中，取出300μL溶于三氯甲烷中的氧化锌与700μL油酸混合。将其加入50mL的高锰酸钾(2mg/mL)溶液中，搅拌24h，经乙醇清洗2次后，得到氧化锰基复合纳米材料，记为ZnO-MnO2。
试验例1
分别对实施例1中制备得到的氧化铁纳米颗粒以及Fe3O4-MnO2复合纳米材料进行透射电子显微镜形貌检测，如图1和图2所示，图1中氧化铁均匀分散、粒径约10nm；图2中，可以看出花状氧化锰结构中复合氧化铁颗粒，说明一步法成功合成。
试验例2
降解测试：将Fe3O4-MnO2复合纳米材料放置于pH值为6.5的PBS加上100μMH2O2溶液中进行搅拌，分别于0.5h、1h、12h取出上清，滴入铜网观察样品形貌的变化。其中图3(a)、图3(b)和图3(c)分别对应0.5h、1h、12h，由图3可知材料明显降解，表明其生物安全性高。
试验例3
核磁成像功能测试：体外MRI采用7.0T磁共振成像仪检测不同浓度的样品在pH值为6.5的PBS，pH值为7.4的PBS以及100μM H2O2溶液中处理48小时后的变化。然后根据不同材料浓度的T1、T2值及计算弛豫速率。结果如图4所示，其中还图4(a)和图4(b)分别对应锰和铁。由图4可知，Fe3O4-MnO2复合纳米材料具备核磁成像功能，可实现实时监控肿瘤。
通过本发明提供的制备方法制备得到的氧化锰基复合纳米材料可在肿瘤环境下降解，通过肾脏有效排出，实现高效生物安全性。并且本发明通过一步法实现氧化锰与多种油相纳米颗粒的复合，省去多步复杂的制备过程和严苛的反应条件，合成方法简单且制备过程可控。
虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。