载抗肿瘤药物纳米机器人及其制备方法

文档序号:520129 发布日期:2021-06-01 浏览:5次 >En<

阅读说明:本技术 载抗肿瘤药物纳米机器人及其制备方法 (Anti-tumor drug-loaded nano robot and preparation method thereof ) 是由 不公告发明人 于 2020-11-10 设计创作,主要内容包括:本发明属于纳米材料领域,尤其涉及一种载抗肿瘤药物纳米机器人及其制备方法。本发明提供的制备方法包括以下步骤:将顺磁性金属靶材置于溅射室内,向溅射室内通入氩气和氧气,启动溅射室电源;磁控溅射结束后,向溅射室内通入乙炔气体;通乙炔气体结束后,向溅射室内通入保护气体,并对溅射室进行快速降温,得到内包顺磁性金属富勒烯颗粒;将内包顺磁性金属富勒烯颗粒、硬脂酸、抗肿瘤药物、挥发性有机溶剂和水混合,然后对混合液进行急速冷却,并搅拌挥去挥发性有机溶剂,离心分离,得到载抗肿瘤药物纳米机器人。本发明提供的制备方法生产工艺稳定,采用该方法制备得到的载抗肿瘤药物纳米机器人具有良好的尺寸均匀性、顺磁性和抗肿瘤功能。(The invention belongs to the field of nano materials, and particularly relates to an anti-tumor drug-loaded nano robot and a preparation method thereof. The preparation method provided by the invention comprises the following steps: placing a paramagnetic metal target material in a sputtering chamber, introducing argon and oxygen into the sputtering chamber, and starting a power supply of the sputtering chamber; after the magnetron sputtering is finished, introducing acetylene gas into the sputtering chamber; after the acetylene gas is introduced, introducing protective gas into the sputtering chamber, and rapidly cooling the sputtering chamber to obtain the fullerene particles internally coated with the paramagnetic metal; mixing the fullerene particles internally coated with paramagnetic metal, stearic acid, the anti-tumor drug, the volatile organic solvent and water, rapidly cooling the mixed solution, stirring to volatilize the volatile organic solvent, and performing centrifugal separation to obtain the anti-tumor drug-loaded nano robot. The preparation method provided by the invention has a stable production process, and the anti-tumor drug-loaded nano robot prepared by the method has good size uniformity, paramagnetism and anti-tumor functions.)

载抗肿瘤药物纳米机器人及其制备方法

本申请要求于2019年11月14日提交中国专利局、申请号为201911113674.1、发明名称为“载抗肿瘤药物纳米机器人及其制备方法”的中国专利申请的优先权,其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本发明属于纳米材料领域,尤其涉及一种载抗肿瘤药物纳米机器人及其制备方法。

背景技术

肿瘤组织实际上是由肿瘤细胞和肿瘤血管形成的一个完整生态系统,不仅包含肿瘤细胞,内部还有丰富的肿瘤血管。现代生物医学研究已经证明,肿瘤血管与正常血管在结构上存在巨大差异。一般来说,正常血管需要一年时间才能够长成,是由内膜、中膜和外膜构成的三层密实结构,而肿瘤血管只用4天即可形成,结构上为由内皮细胞构成的单层薄膜。而由于构成肿瘤血管的内皮细胞间隙较大、结构不完整,导致肿瘤血管通常包含有大量纳米尺度的小孔,使小分子和一些纳米颗粒能够透孔而出。

当纳米颗粒的尺度在合适的尺度下(例如50~200nm),要经过几分钟甚至几十分钟才能通过肿瘤血管的间隙,在这一过程中纳米颗粒被肿瘤血管的内皮细胞所紧密包围,因此可以通过合适的设计由此特异性地破坏肿瘤血管。化学所研究人员首先利用磁性金属富勒烯,设计了尺度在150纳米左右的水溶性纳米颗粒,这种纳米颗粒能够通过吸收射频提高内能,在几分钟至几十分钟后由于内能升高发生相变,并伴随着体积剧烈膨胀50%左右。然后将磁性金属富勒烯纳米颗粒静脉注入小鼠体内,数分钟后这些纳米颗粒抵达肿瘤位置并长时间卡在血管壁上。这时再对小鼠施加射频“引爆”这些纳米颗粒。研究结果发现,这些镶嵌在肿瘤血管壁上的磁性金属富勒烯纳米颗粒“爆炸”有效地破坏了肿瘤血管,而后迅速阻断对肿瘤的营养供应,几个小时内就可完全“饿死”肿瘤细胞。

目前,已被报道的制备磁性金属富勒烯的方法大多还都停留在实验阶段,存在着制备工艺稳定性差、肿瘤治疗效果欠佳、制品尺寸不易调节、制品尺寸均匀性差等问题,严重影响了其在肿瘤治疗领域的应用。

发明内容

有鉴于此,本发明的目的在于提供一种载抗肿瘤药物纳米机器人及其制备方法,本发明提供的制备方法生产工艺稳定,可根据临床需求自由调整所要制备的纳米机器人的尺寸,采用该方法制备得到的载抗肿瘤药物纳米机器人具有良好的尺寸均匀性、顺磁性和抗肿瘤功能,在肿瘤治疗领域具有广阔的应用前景。

本发明提供了一种载抗肿瘤药物纳米机器人的制备方法,包括以下步骤:

a)将顺磁性金属靶材置于溅射室内,向溅射室内通入氩气和氧气,启动溅射室电源进行磁控溅射;磁控溅射的过程中,所述溅射室的腔体温度为800~1200℃;

b)磁控溅射结束后,维持溅射室的腔体温度为800~1200℃,向溅射室内通入乙炔气体;

c)通乙炔气体结束后,向溅射室内通入保护气体,并在5~15min内将溅射室的腔体温度降至100~300℃,得到内包顺磁性金属富勒烯颗粒;

d)将所述内包顺磁性金属富勒烯颗粒、硬脂酸、抗肿瘤药物、挥发性有机溶剂和水混合,得到混合液;

e)对所述混合液进行急速冷却,并搅拌挥去挥发性有机溶剂,得到混悬液;

f)对所述混悬液进行离心分离,弃上清液,得到载抗肿瘤药物纳米机器人。

优选的,步骤a)中,所述顺磁性金属靶材包括氧化铁、氧化钛和氧化锆中的一种或多种。

优选的,步骤a)中,磁控溅射的过程中,所述溅射室的真空度为10~30Pa;所述氩气的进气流量为40~50sccm;所述氧气的进气流量为10~15sccm。

优选的,步骤b)中,所述溅射室的真空度为10~30Pa;所述乙炔气体的进气流量为80~120sccm。

优选的,步骤c)中,所述内包顺磁性金属富勒烯颗粒的粒径为1~100nm。

优选的,步骤d)中,所述抗肿瘤药物包括紫杉醇、地塞米松和水蛙素中的一种或多种。

优选的,步骤d)中,所述混合液中还含有叶酸。

优选的,步骤e)具体包括:

将所述混合液滴入液冷介质中,并搅拌挥去挥发性有机溶剂,得到混悬液。

优选的,所述滴入的速度为1~5mL/min;所述液冷介质的温度为-10~5℃;所述搅拌的速度为100~300r/min;所述搅拌的时间为15~30min。

本发明提供了一种按照上述技术方案所述制备方法制得的载抗肿瘤药物纳米机器人。

与现有技术相比,本发明提供了一种载抗肿瘤药物纳米机器人及其制备方法。本发明提供的制备方法包括以下步骤:a)将顺磁性金属靶材置于溅射室内,向溅射室内通入氩气和氧气,启动溅射室电源进行磁控溅射;磁控溅射的过程中,所述溅射室的腔体温度为800~1200℃;b)磁控溅射结束后,维持溅射室的腔体温度为800~1200℃,向溅射室内通入乙炔气体;c)通乙炔气体结束后,向溅射室内通入保护气体,并在5~15min内将溅射室的腔体温度降至100~300℃,得到内包顺磁性金属富勒烯颗粒;d)将所述内包顺磁性金属富勒烯颗粒、硬脂酸、抗肿瘤药物、挥发性有机溶剂和水混合,得到混合液;e)对所述混合液进行急速冷却,并搅拌挥去挥发性有机溶剂,得到混悬液;f)对所述混悬液进行离心分离,弃上清液,得到载抗肿瘤药物纳米机器人。本发明首先利用磁控溅射设备在特定工艺条件下制备获得了具有良好顺磁性和粒径均匀性的小尺寸内包顺磁性金属富勒烯颗粒,然后将所述内包顺磁性金属富勒烯颗粒、抗肿瘤药物、硬脂酸和溶剂混合制成混合液,之后对所述混合液进行急速降温,在急速降温的过程中硬脂酸由液态转化为固态并对混合液中的金属富勒烯颗粒和抗肿瘤药物进行粘附,形成无数个由硬脂酸、金属富勒烯颗粒和抗肿瘤药物粘连构成的微球,最后采用离心分离的方式将这些微球分离出来,即为本发明制备的载抗肿瘤药物纳米机器人。本发明提供的制备方法通过在纳米机器人中添加具有良好顺磁性的内包顺磁性金属富勒烯,可使纳米机器人表现出良好的顺磁性;同时通过在纳米机器人中附载抗肿瘤药物,可使纳米机器人表现出更为优异的肿瘤治疗效果;而且,该制备方法还可以通过改变急速冷却的工艺条件参数实现对制备得到的纳米机器人尺寸大小的调控。采用本发明提供的方法制备的载抗肿瘤药物纳米机器人具有良好的尺寸均匀性、顺磁性和抗肿瘤功能,尺寸大小可控,其在射频辅助下可高效靶向阻断肿瘤血管,杀死肿瘤细胞;同时可在杀死肿瘤细胞后,3~5个星期内被人体完全降解或吸收,无任何副作用。本发明提供的制备方法生产工艺稳定、可控,适于工业化,在肿瘤治疗领域具有广阔的应用前景。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种载抗肿瘤药物纳米机器人的制备方法,包括以下步骤:

a)将顺磁性金属靶材置于溅射室内,向溅射室内通入氩气和氧气,启动溅射室电源进行磁控溅射;磁控溅射的过程中,所述溅射室的腔体温度为800~1200℃;

b)磁控溅射结束后,维持溅射室的腔体温度为800~1200℃,向溅射室内通入乙炔气体;

c)通乙炔气体结束后,向溅射室内通入保护气体,并在5~15min内将溅射室的腔体温度降至100~300℃,得到内包顺磁性金属富勒烯颗粒;

d)将所述内包顺磁性金属富勒烯颗粒、硬脂酸、抗肿瘤药物、挥发性有机溶剂和水混合,得到混合液;

e)对所述混合液进行急速冷却,并搅拌挥去挥发性有机溶剂,得到混悬液;

f)对所述混悬液进行离心分离,弃上清液,得到载抗肿瘤药物纳米机器人。

在本发明提供的制备方法中,首先将顺磁性金属靶材置于溅射室内。其中,所述顺磁性金属靶材优选包括氧化铁、氧化钛和氧化锆中的一种或多种。之后,向溅射室内通入氩气和氧气,启动溅射室电源进行磁控溅射。其中,所述氩气的进气流量优选为40~50sccm,具体可为40sccm、41sccm、42sccm、43sccm、44sccm、45sccm、46sccm、47sccm、48sccm、49sccm或50sccm;所述氩气的通气时间与进行磁控溅射的时间一致;所述氧气的进气流量优选为10~15sccm,具体可为10sccm、11sccm、12sccm、13sccm、14sccm或15sccm;所述氧气的通气时间优选为3~5min,具体可为3min、3.5min、4min、4.5min或5min;所述电源优选为直流(DC)电源;所述电源的电压优选为330~420V,具体可为330V、340V、350V、360V、370V、380V、390V、400V、410V或420V;所述电源的功率优选为2400~3600W,具体可为2400W、2500W、2600W、2700W、2800W、2900W、3000W、3100W、3200W、3300W、3400W、3500W或3600W;磁控溅射的过程中,所述溅射室的真空度优选控制在10~30Pa,具体可为10Pa、12Pa、15Pa、20Pa、25Pa或30Pa;磁控溅射的过程中,所述溅射室的腔体温度优选控制在800~1200℃,具体可为800℃、850℃、900℃、950℃、980℃、1000℃、1050℃、1100℃、1150℃或1200℃;所述磁控溅射的时间优选为3~8min,具体可为3min、3.5min、4min、4.5min、5min、5.5min、6min、6.5min、7min、7.5min或8min。

在本发明提供的制备方法中,磁控溅射结束后,向溅射室内通入乙炔气体。其中,通乙炔气体的过程中,所述溅射室的腔体温度维持在800~1200℃,具体可为800℃、850℃、900℃、950℃、980℃、1000℃、1050℃、1100℃、1150℃或1200℃;所述溅射室的真空度优选控制在10~30Pa,具体可为10Pa、12Pa、15Pa、20Pa、25Pa或30Pa;所述乙炔气体的进气流量优选为80~120sccm,具体可为80sccm、85sccm、90sccm、95sccm、100sccm、105sccm、110sccm、115sccm或120sccm;所述乙炔气体的通气时间优选为5~15min,具体可为5min、6min、7min、8min、9min、10min、10.5min、11min、11.5min、12min、12.5min、13min、13.5min、14min、14.5min或15min。

在本发明提供的制备方法中,通乙炔气体结束后,向溅射室内通入保护气体,并对溅射室进行急速降温。其中,所述溅射室的真空度优选控制在10~30Pa,具体可为10Pa、12Pa、15Pa、20Pa、25Pa或30Pa;所述保护气体优选为氩气和/或氮气;所述保护气体的进气流量优选为700~1000sccm,具体可为700sccm、750sccm、800sccm、850sccm、900sccm、950sccm或1000sccm。在本发明中,所述急速降温的过程优选为在5~15min内将溅射室的腔体温度降至100~300℃,所述急速降温的耗时更优选为8~10min,具体可为8min、8.5min、9min、9.5min或10min;所述急速降温后的腔体温度更优选为150~250℃,具体可为150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃或250℃。急速降温结束后,得到内包顺磁性金属富勒烯颗粒,所述内包顺磁性金属富勒烯颗粒包括顺磁性金属粒子和包覆所述顺磁性金属粒子的具有富勒烯形貌的碳球;所述顺磁性金属粒子优选包括Fe、Zr和Ti中的一种或多种;所述内包顺磁性金属富勒烯颗粒的粒径优选为1~100nm,更优选为10~30nm,具体可为10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm、55nm、55nm、60nm、65nm、70nm、75nm、80nm、85nm、90nm、95nm或100nm。

在本发明提供的一个实施例中,所述内包顺磁性金属富勒烯颗粒在设置有进片室、溅射室和出片室的磁控溅射装置中进行制备,并使用工件夹具承载制备好的内包顺磁性金属富勒烯颗粒,具体过程如下:

首先对工件夹具进行清洗,之后将其安装在磁控溅射装置的运动轨道上,工件夹具沿轨道进入进片室,关闭进片室真空阀门,对进片室抽真空,待真空度达到要求后,打开溅射室的真空阀门,工件夹具沿轨道进入溅射室;在溅射室中进行内包顺磁性金属富勒烯颗粒的制备,具体过程在上文中已经介绍,在此不再赘述;急速降温生成的内包顺磁性金属富勒烯颗粒吸附在工件夹具四周;工作夹具沿运行轨道行至出片室,在保护气体气氛下自然冷却至室温;开启出片室的真空阀门,工作夹具沿轨道离开出片室,然后对工作夹具上的内包顺磁性金属富勒烯颗粒进行收集。

在本发明中,以顺磁性金属为Fe为例,所述内包顺磁性金属富勒烯颗粒制备过程中涉及的物理、化学过程如下:启动溅射室电源后,电离产生的氩正离子轰击铁靶,使Fe粒子从靶材上溅射出来,溅射出的Fe粒子处在氧气气氛中,由于氧原子是电负性较大的原子,可以使铁的2P1和2P3特征峰向结合能较高的方向移动,使Fe粒子以铁氧化物的形式存在;之后通入到溅射室内的乙炔气体环绕包覆Fe粒子,并在高温下发生反应,生成碳管雏形;最后通过急速降温,使碳管雏形分裂形成包覆Fe粒子的碳球,并生成富勒烯形貌,即为本发明制备的内包顺磁性金属富勒烯颗粒([email protected]富勒烯)。

在本发明提供的制备方法中,得到内包顺磁性金属富勒烯颗粒后,将所述内包顺磁性金属富勒烯颗粒、硬脂酸、抗肿瘤药物、挥发性有机溶剂和水混合,得到混合液。其中,所述挥发性有机溶剂包括但不限于丙酮;所述抗肿瘤药物包括紫杉醇(PTX)、地塞米松(DXM)和水蛙素中的一种或多种;所述混合液中优选还含有叶酸。在本发明中,硬脂酸在60℃以上的制备温度时为液态,在体内可降解,生物相容性好,对人体无毒性,而且硬脂酸在降温凝固并粘附抗肿瘤药物后,可使药物具有缓释,控释和靶向作用。在本发明中,叶酸可特异性地与细胞表面的叶酸受体作用形成复合物,其两者结合力非常强,对肿瘤有高度选择性,可作为肿瘤靶向药物的修饰化合物。

在本发明提供的一个实施例中,所述混合液优选按照以下步骤进行制备:

i)将内包顺磁性金属富勒烯颗粒、抗肿瘤药物和挥发性有机溶剂混合,得到有机溶剂混合体系,称作混合体系A;

将硬脂酸和水混合,得到硬脂酸与水的混合体系,称作混合体系B;

ii)将所述混合体系A和混合体系B混合,即可得到所述混合液。

在本发明上述实施例提供的混合液制备步骤中,制备混合体系A时,所述内包顺磁性金属富勒烯颗粒和抗肿瘤药物的质量比优选为(0.5~5):3,具体可为0.5:3、1:3、1.5:3、2:3、2.5:3、3:3、3.5:3、4:3、4.5:3或5:3;所述抗肿瘤药物和挥发性有机溶剂的质量比优选为(0.5~5):5,具体可为0.5:5、1:5、1.5:5、2:5、2.5:5、3:5、3.5:5、4:5、4.5:5或5:5。

在本发明上述实施例提供的混合液制备步骤中,制备混合体系A时,优选先将抗肿瘤药物和挥发性有机溶剂混合得到药物溶液,然后再将所述药物溶液与内包顺磁性金属富勒烯颗粒混合,得到混合体系A。其中,第二步混合优选在超声和搅拌条件下进行,所述搅拌的转速优选为200~300r/min,具体可为200r/min、250r/min或300r/min。

在本发明上述实施例提供的混合液制备步骤中,制备混合体系B时,所述硬脂酸和水的质量比优选为(2~6):6,具体可为2:6、2.5:6、3:6、3.5:6、4:6、4.5:6、5:6、5.5:6或6:6;所述混合的温度优选控制在可使硬脂酸保持为液体状态的温度,具体可控制在60℃左右;所述混合的方式优选为搅拌混合,所述搅拌混合的搅拌速度优选为500~800r/min,具体可为500r/min、550r/min、600r/min、650r/min、700r/min、750r/min或800r/min,所述搅拌混合的时间优选为60~120min,具体可为60min、70min、80min、90min、100min、110min或120min。

在本发明上述实施例提供的混合液制备步骤中,步骤ii)中,所述混合体系A和混合体系B的体积比优选为(4~8):3,具体可为4:3、5:3、6:3、7:3或8:3;所述混合的温度优选控制在55~60℃;所述混合的方式优选为搅拌混合,所述搅拌混合的搅拌速度优选为400~500r/min,具体可为400r/min、450r/min或500r/min,所述搅拌混合的时间优选为20~30min,具体可为20min、25min或30min。在本发明中,若所述混合液中还含有叶酸,则在将混合体系A和混合体系B混合均匀后,向其中加入叶酸继续混合。其中,所述叶酸的添加量优选为混合体系A和混合体系B混合总质量的5~15wt%,具体可为10wt%;所述继续混合的温度优选为35~45℃。

在本发明提供的制备方法中,得到混合液后,对所述混合液进行急速冷却,并搅拌挥去挥发性有机溶剂,得到混悬液,该过程具体包括:

将所述混合液滴入液冷介质中,并搅拌挥去挥发性有机溶剂,得到混悬液。

在本发明提供的上述制备所述混悬液的过程中,所述滴入的速度优选为1~5mL/min,具体可为1L/min、1.5L/min、2L/min、2.5L/min、3L/min、3.5L/min、4L/min、4.5L/min或5L/min;所述液冷介质是指在低温下依然可以保持流动态的液体;所述搅拌过程中体系的温度优选控制在-10~5℃,具体可为-10℃、-9℃、-8℃、-7℃、-6℃、-5℃、-4℃、-3℃、-2℃、-1℃、0℃、1℃、2℃、3℃、4℃或5℃;所述搅拌的速度优选为100~300r/min,具体可为100r/min、120r/min、150r/min、180r/min、200r/min、230r/min、250r/min、270r/min或300r/min;所述搅拌的时间优选为15~30min,具体可为15min、16min、17min、18min、19min、20min、21min、22min、23min、24min、25min、26min、27min、28min、29min或30min。

在本发明提供的制备方法中,得到混悬液后,对所述混悬液进行离心分离。其中,所述离心分离的转速优选为8000~10000r/min,具体可为8000r/min、8500r/min、9000r/min、9500r/min或10000r/min;所述离心分离的时间优选为15~30min,具体可为15min、18min、20min、23min、25min、27min或30min。离心分离结束后,弃上清液,得到载抗肿瘤药物纳米机器人。在本发明中,通过离心分离可以使制备的载抗肿瘤药物纳米机器人的表面更佳光滑,同时致密性更好。

本发明首先利用磁控溅射设备在特定工艺条件下制备获得了具有良好顺磁性和粒径均匀性的小尺寸内包顺磁性金属富勒烯颗粒,然后将所述内包顺磁性金属富勒烯颗粒、抗肿瘤药物、硬脂酸和溶剂混合制成混合液,之后对所述混合液进行急速降温,在急速降温的过程中硬脂酸由液态转化为固态并对混合液中的金属富勒烯颗粒和抗肿瘤药物进行粘附,形成无数个由硬脂酸、金属富勒烯颗粒和抗肿瘤药物粘连构成的微球,最后采用离心分离的方式将这些微球分离出来,即为本发明制备的载抗肿瘤药物纳米机器人。本发明提供的制备方法通过在纳米机器人中添加具有良好顺磁性的内包顺磁性金属富勒烯,可使纳米机器人表现出良好的顺磁性;同时通过在纳米机器人中附载抗肿瘤药物,可使纳米机器人表现出更为优异的肿瘤治疗效果;而且,该制备方法还可以通过改变急速冷却的工艺条件参数实现对制备得到的纳米机器人尺寸大小的调控。采用本发明提供的方法制备的载抗肿瘤药物纳米机器人具有良好的尺寸均匀性、顺磁性和抗肿瘤功能,尺寸大小可控,其在射频辅助下可高效靶向阻断肿瘤血管,杀死肿瘤细胞;同时可在杀死肿瘤细胞后,3~5个星期内被人体完全降解或吸收,无任何副作用。本发明提供的制备方法生产工艺稳定、可控,适于工业化,在肿瘤治疗领域具有广阔的应用前景。

本发明还提供了一种采用上述技术方案所述方法制备的载抗肿瘤药物纳米机器人。本发明提供的载抗肿瘤药物纳米机器人具有良好的尺寸均匀性、顺磁性和抗肿瘤功能,尺寸大小可控,其在射频辅助下可高效靶向阻断肿瘤血管,杀死肿瘤细胞;同时可在杀死肿瘤细胞后,3~5个星期内被人体完全降解或吸收,无任何副作用,因此,本发明提供的载抗肿瘤药物纳米机器人在肿瘤治疗领域具有广阔的应用前景。另外,由于金属富勒烯具有优异的自由基清除效果,对多种细胞均具有抗氧化损伤修复的功能,因此本发明提供的载抗肿瘤药物纳米机器人还可作为药物对诸多疾病具有良好的治疗效果。

为更清楚起见,下面通过以下实施例进行详细说明。

实施例1

制备粒径为20nm的[email protected]富勒烯颗粒,具体步骤包括:

1)清洗:先将玻璃材质的工件夹具进行酒精擦拭、然后放入超声波清洗机中,去离子水超洗、酒精超洗,最后将工件夹具放在酒精蒸汽中进行干燥,当工件夹具由蒸汽中取出来时,因为凝结的蒸汽由表面蒸发掉,所以工件夹具很快就可以干燥;

2)贴保护膜:将清洗干净的工件夹具贴好聚乙烯膜,保护工件夹具洁净度,并保护工件夹具不受破坏;

3)将贴好膜的工件夹具安装在磁控溅射装置的运行轨道上,在进入进片室之前撕掉保护膜;

4)工作夹具运行至磁控溅射装置的进片室,之后关闭真空门阀,真空泵开启,使真空度保持在12Pa;

5)开启磁控溅射装置溅射室的真空门阀,工件夹具通过轨道进入溅射室固定位置;

6)向溅射室内通入氩气和氧气,启动溅射室的DC电源(360V、3100W),轰击铁靶(氧化铁)进行磁控溅射,持续3min;其中,氩气流量40sccm,通气时间与进行磁控溅射的时间一致;氧气流量10sccm,通气时间3min;磁控溅射期间,溅射室的腔体温度维持在1000℃;

7)磁控溅射结束后,维持溅射室的腔体温度为1000℃,向溅射室内通入乙炔气体,乙炔气体流量80sccm,通入时间为8min;

8)通乙炔气体结束后,通入保护气体氩气,通入量900sccm,同时开启冷却装置,使溅射室的腔体温度在10min内将至200℃,得到吸附在工作夹具四周的碳球颗粒,即为本实施例制备的内包顺磁性金属富勒烯颗粒;

9)之后,工作夹具沿运行轨道行至磁控溅射装置的出片室,向出片室内通入保护气体氩气,通入量300sccm,自然冷却至25℃;

10)开启出片室的真空阀门,工作夹具沿轨道离开出片室,然后对工作夹具上的内包顺磁性金属富勒烯颗粒进行收集,得到内包顺磁性金属富勒烯颗粒。

测定本实施例制备的内包顺磁性金属富勒烯颗粒的粒径、粒径均匀性、纯度、石墨化程度、饱和磁化强度、剩余磁化强度和矫顽力。

其中,粒径和粒径均匀性通过使用JEM-2010型高分辨透射电子显微镜对制备的内包顺磁性金属富勒烯颗粒进行形貌和结晶形态分析后获得,所述粒径均匀性的计算公式为:(D-D)/(D+D)×100%,D表示从制备的颗粒中测得的最大直径值,D表示表示从制备的颗粒中测得的最小直径;

纯度和石墨化程度通过使用FES165傅立叶红外光谱仪(FT-IR)和cary-300VARIAN紫外可见光谱分析仪对制备的内包顺磁性金属富勒烯颗粒进行水溶性分析后获得;

磁化强度和矫顽力通过使用Lakeshore 7410振动样品磁强计对制备的内包顺磁性金属富勒烯颗粒进行磁性能分析后获得。

测定结果为:粒径20nm,粒径均匀性<6.2%,纯度>99.9%,石墨化程度>93%,饱和磁化强度19.589emu/g,剩余磁化强度4.4632emu/g,矫顽力561.36G。

实施例2

制备粒径为25nm的[email protected]富勒烯颗粒,具体步骤包括:

1)清洗:先将玻璃材质的工件夹具进行酒精擦拭、然后放入超声波清洗机中,去离子水超洗、酒精超洗,最后将工件夹具放在酒精蒸汽中进行干燥,当工件夹具由蒸汽中取出来时,因为凝结的蒸汽由表面蒸发掉,所以工件夹具很快就可以干燥;

2)贴保护膜:将清洗干净的工件夹具贴好聚乙烯膜,保护工件夹具洁净度,并保护工件夹具不受破坏;

3)将贴好膜的工件夹具安装在磁控溅射装置的运行轨道上,在进入进片室之前撕掉保护膜;

4)工作夹具运行至磁控溅射装置的进片室,之后关闭真空门阀,真空泵开启,使真空度保持在15Pa;

5)开启磁控溅射装置溅射室的真空门阀,工件夹具通过轨道进入溅射室固定位置;

6)向溅射室内通入氩气和氧气,启动溅射室的DC电源(400V、3200W),轰击铁靶(氧化铁)进行磁控溅射,持续6min;其中,氩气流量48sccm,通气时间与进行磁控溅射的时间一致;氧气流量12sccm,通气时间4min;磁控溅射期间,溅射室的腔体温度维持在950℃;

7)磁控溅射结束后,维持溅射室的腔体温度为950℃,向溅射室内通入乙炔气体,乙炔气体流量110sccm,通入时间为10min;

8)通乙炔气体结束后,通入保护气体氩气,通入量800sccm,同时开启冷却装置,使溅射室的腔体温度在10min内将至200℃,得到吸附在工作夹具四周的碳球颗粒,即为本实施例制备的内包顺磁性金属富勒烯颗粒;

9)之后,工作夹具沿运行轨道行至磁控溅射装置的出片室,向出片室内通入保护气体氩气,通入量300sccm,自然冷却至25℃;

10)开启出片室的真空阀门,工作夹具沿轨道离开出片室,然后对工作夹具上的内包顺磁性金属富勒烯颗粒进行收集,得到内包顺磁性金属富勒烯颗粒。

测定本实施例制备的内包顺磁性金属富勒烯颗粒的粒径、粒径均匀性、纯度、石墨化程度、饱和磁化强度、剩余磁化强度和矫顽力。

其中,粒径和粒径均匀性通过使用JEM-2010型高分辨透射电子显微镜对制备的内包顺磁性金属富勒烯颗粒进行形貌和结晶形态分析后获得,所述粒径均匀性的计算公式为:(D-D)/(D+D)×100%,D表示从制备的颗粒中测得的最大直径值,D表示表示从制备的颗粒中测得的最小直径;

纯度和石墨化程度通过使用FES165傅立叶红外光谱仪(FT-IR)和cary-300VARIAN紫外可见光谱分析仪对制备的内包顺磁性金属富勒烯颗粒进行水溶性分析后获得;

磁化强度和矫顽力通过使用Lakeshore 7410振动样品磁强计对制备的内包顺磁性金属富勒烯颗粒进行磁性能分析后获得。

测定结果为:粒径25nm,粒径均匀性<5.9%,纯度>99.9%,石墨化程度>95%,饱和磁化强度19.629emu/g,剩余磁化强度4.4872emu/g,矫顽力566.56G。

实施例3

制备粒径为30nm的[email protected]富勒烯颗粒,具体步骤包括:

1)清洗:先将玻璃材质的工件夹具进行酒精擦拭、然后放入超声波清洗机中,去离子水超洗、酒精超洗,最后将工件夹具放在酒精蒸汽中进行干燥,当工件夹具由蒸汽中取出来时,因为凝结的蒸汽由表面蒸发掉,所以工件夹具很快就可以干燥;

2)贴保护膜:将清洗干净的工件夹具贴好聚乙烯膜,保护工件夹具洁净度,并保护工件夹具不受破坏;

3)将贴好膜的工件夹具安装在磁控溅射装置的运行轨道上,在进入进片室之前撕掉保护膜;

4)工作夹具运行至磁控溅射装置的进片室,之后关闭真空门阀,真空泵开启,使真空度保持在15Pa;

5)开启磁控溅射装置溅射室的真空门阀,工件夹具通过轨道进入溅射室固定位置;

6)向溅射室内通入氩气和氧气,启动溅射室的DC电源(420V、3600W),轰击铁靶(氧化铁)进行磁控溅射,持续8min;其中,氩气流量50sccm,通气时间与进行磁控溅射的时间一致;氧气流量15sccm,通气时间5min;磁控溅射期间,溅射室的腔体温度维持在980℃;

7)磁控溅射结束后,维持溅射室的腔体温度为980℃,向溅射室内通入乙炔气体,乙炔气体流量120sccm,通入时间为15min;

8)通乙炔气体结束后,通入保护气体氩气,通入量800sccm,同时开启冷却装置,使溅射室的腔体温度在10min内将至200℃,得到吸附在工作夹具四周的碳球颗粒,即为本实施例制备的内包顺磁性金属富勒烯颗粒;

9)之后,工作夹具沿运行轨道行至磁控溅射装置的出片室,向出片室内通入保护气体氩气,通入量300sccm,自然冷却至25℃;

10)开启出片室的真空阀门,工作夹具沿轨道离开出片室,然后对工作夹具上的内包顺磁性金属富勒烯颗粒进行收集,得到内包顺磁性金属富勒烯颗粒。

测定本实施例制备的内包顺磁性金属富勒烯颗粒的粒径、粒径均匀性、纯度、石墨化程度、饱和磁化强度、剩余磁化强度和矫顽力。

其中,粒径和粒径均匀性通过使用JEM-2010型高分辨透射电子显微镜对制备的内包顺磁性金属富勒烯颗粒进行形貌和结晶形态分析后获得,所述粒径均匀性的计算公式为:(D-D)/(D+D)×100%,D表示从制备的颗粒中测得的最大直径值,D表示表示从制备的颗粒中测得的最小直径;

纯度和石墨化程度通过使用FES165傅立叶红外光谱仪(FT-IR)和cary-300VARIAN紫外可见光谱分析仪对制备的内包顺磁性金属富勒烯颗粒进行水溶性分析后获得;

磁化强度和矫顽力通过使用Lakeshore 7410振动样品磁强计对制备的内包顺磁性金属富勒烯颗粒进行磁性能分析后获得。

测定结果为:粒径30nm,粒径均匀性<5.2%,纯度>99.9%,石墨化程度>96%,饱和磁化强度19.821emu/g,剩余磁化强度4.4956emu/g,矫顽力568.69G。

实施例4

制备载抗肿瘤药物纳米机器人,具体步骤包括:

1)将紫杉醇溶于丙酮中,搅拌10~15min至完全溶解,然后再加入实施例

1~3制备的[email protected]富勒烯颗粒(紫杉醇、丙酮和[email protected]富勒烯颗粒的质量比为

3:5:2),边搅拌边超声,搅拌速度200r/min,得到混合体系A。

2)准备一定量的纯净水,加温至60~70℃,然后向其中加入硬脂酸(纯净水和硬脂酸的质量比为6:4),进行搅拌,搅拌时间60min,搅拌速度500r/min,搅拌过程中温度维持在58~61℃,得到混合体系B。

3)按照混合体系A和混合体系B体积比6:3,将混合体系A缓缓倒入混合体系B中,继续以400r/min的速度搅拌,搅拌温度控制在55~60℃,搅拌时间20min,然后加入占混合体系总质量10wt%的叶酸,继续搅拌,搅拌温度控制在35~45℃。

4)将步骤3)制备的混合液滴入液冷介质(掺加有防冻剂的冰水)中,继续搅拌挥去有机溶剂,搅拌时间30min,即得混悬液。

5)将步骤4)制备的混悬液置于离心管中,9000r/min,离心15min,得到载抗肿瘤药物纳米机器人。

采用透射电子显微镜(JEM-100SX透射电镜,日本JEOL公司)对制备的载抗肿瘤药物纳米机器人进行观察,结果显示:本实施例制备的载抗肿瘤药物纳米机器人大部分呈现圆整、均匀的球形微粒,无粘连。

在本实施例中,通过采用不同粒径的[email protected]富勒烯颗粒以及改变步骤4)的条件参数,可以获得不同粒径的载抗肿瘤药物纳米机器人,如表1所示:

表1不同工艺参数下制备的载抗肿瘤药物纳米机器人的粒径

序号 [email protected]富勒烯颗粒 滴入速度 搅拌温度 搅拌速度 纳米机器人粒径
1 20nm 1mL/min -10℃ 300r/min 50~100nm
2 25nm 3mL/min -2℃ 200r/min 100~200nm
3 30nm 5mL/min 5℃ 100r/min 200~300nm

通过表1可以看出,[email protected]富勒烯颗粒越小,滴入速度越慢,温度越低,搅拌速度越快,载药纳米机器人的颗粒越小,反之越大。

对比例1

富勒烯的制备,包括以下步骤:

采用热蒸发法,以天然石墨为原料,在极高温度下,非氧化气氛中,使蒸发后的碳原子合成富勒烯。

测定本对比例制备的富勒烯的饱和磁化强度、剩余磁化强度和矫顽力,结果为:饱和磁化强度40×10-3emu/g,剩余磁化强度8.5862×10-3emu/g,矫顽力162.8G。

效果评价

1)肿瘤治疗

1.1)射频加热技术和加热原理介绍:

1.1.1)射频加热技术:将加热的组织置于一对电容极板间(电极与肌体不接触),在电极间加上射频电压(电容场法),进行热疗时位于电容极板间的组织体吸收了电场能并将此转化为热能,从而使组织温度升高。一般都采用射频频段13.56MHz,功率0~800W。

1.1.2)加热原理:载抗肿瘤药物纳米机器人在交变磁场作用下吸收电磁波能量,发生振动运动,纳米机器人中含有的顺磁性金属富勒烯粒子因磁滞损耗而发热,由于热传递顺磁性金属富勒烯粒子积聚的肿瘤组织也会发热。肿瘤组织中血管扭曲扩张、血液阻力大、血管感受器不健全,对温度敏感性差,在高温作用下散热因难,热量易聚集,升温快,形成巨大的储热库,可与正常组织有5~10℃的温差,同时纳米机器人中含有的顺磁性金属富勒烯粒子体积剧烈膨胀30~60%左右。如果使肿瘤组织温度达到43℃或肿瘤血管爆裂,则肿瘤细胞过热或切断营养而凋亡。

1.2)肿瘤治疗操作:

将1mg实施例4制备的粒径为50~100nm的载抗肿瘤药物纳米机器人稀释到生理盐水中,静脉注入小鼠体内,30~60min后这些纳米机器人抵达肿瘤位置并长时间卡在血管壁上(由于构成肿瘤血管的内皮细胞间隙较大、结构不完整,导致肿瘤血管通常包含有大量纳米尺度的小孔,使小分子和一些纳米颗粒能够透孔而入,当载抗肿瘤药物纳米机器人通过肿瘤血管的间隙时,会被肿瘤血管的内皮细胞所紧密包围)。通过CT扫描确认多余的载抗肿瘤药物纳米机器人流走后,这时再对小鼠施加射频“引爆”这些载抗肿瘤药物纳米机器人。在几分钟至几十分钟后由于内能升高发生相变,并伴随着体积剧烈膨胀30~60%左右,这些镶嵌在肿瘤血管壁上的载抗肿瘤药物纳米机器人“爆炸”有效地破坏了肿瘤血管,而后迅速阻断对肿瘤的营养供应,几个小时内就可完全“饿死”肿瘤细胞。

1.3)生物相溶性与降解情况评价:

分别以实施例1~4和对比例1最终制备的产品作为测试样品,执行步骤1.2)的肿瘤治疗操作,然后通过CT影像识别各测试样品在体内的生物相溶性与降解情况,结果如表2所示:

表2不同测试样品的生物相溶性与降解情况

通过表2数据可以看出,载抗肿瘤药物纳米机器人杀死肿瘤细胞后,3~5个星期内被人体完全降解或吸收,无任何副作用。

2)其他效果

金属富勒烯具有优异的自由基清除效果,对多种细胞均具有抗氧化损伤修复的功能,因此本发明提供的富勒烯纳米机器人可作为药物对诸多疾病具有良好的治疗效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

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