雙重光療用水溶性碳納米復合材料及其制備方法與應用的制作方法
【專利摘要】雙重光療用水溶性碳納米復合材料，是由單壁碳納米角或單層無卷曲石墨烯與水溶性酞菁構成的π-π平面共軛復合物。其制備方法包括：(1)用二次水溶解水溶性酞菁，配制成質(zhì)量濃度為10%～15%，按水溶性酞菁質(zhì)量的45～65%加入單壁碳納米角或單層無卷曲石墨烯，用超聲儀超聲30～180分鐘；(2)將上述制得的分散液離心、抽濾、洗滌、干燥，即得。該復合材料在紅外光源作用下具有光熱與光動力的雙重治療作用，增強對癌細胞的殺傷效率；制備方法簡便，一步超聲法就既解決了單壁碳納米角或單層無卷曲石墨烯的水溶性，又負載上了光動力治療劑，并且使用的是非共價修飾，不破壞碳納米復合材料的表面特性。
【專利說明】雙重光療用水溶性碳納米復合材料及其制備方法與應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及生物醫(yī)用材料【技術領域】，具體是光療劑，更具體是雙重光療用水溶性碳納米復合材料及其制備方法與應用?！颈尘凹夹g】
[0002]光療是一種利用可見光或近紅外光照射的無創(chuàng)治療技術，具有遠程可控、選擇性高及全身性毒性低等獨特優(yōu)點，在惡性腫瘤治療中具有廣泛的應用前景。光熱治療和光動力治療是當前廣泛用于腫瘤治療的兩種不同形式的光療方法。光熱療法是利用光熱試劑吸收特定波長的光，通過非輻射衰減將吸收的能量轉(zhuǎn)化為熱導致局部環(huán)境溫度升高而不可逆地損傷病變細胞。光熱療法可以改善光熱過程中的熱聚集并選擇性地對病灶內(nèi)的細胞進行加熱，從而提高光熱療法的精確性及可控性，可更加有效的實現(xiàn)對病變細胞選擇性殺傷。光動力療法是利用光敏材料在特定波長的光照射下受激，進一步將光子的能量傳遞給水溶液中氧分子產(chǎn)生單線態(tài)氧、超氧自由基、過氧化氫，及羥基自由基等活性氧物種(reactiveoxygen species, R0S)。ROS對病變細胞產(chǎn)生氧壓,從而殺死腫瘤細胞,具有針對病變部位適用的特異選擇性。
[0003]單壁碳納米角(single-walledcarbon nanohorns, SWCNHs)是一類新的碳基納米材料，通常是由直徑為疒5 nm，長3(T50 nm，一端開口，另一端以角錐形封閉的管組成。除了形貌、尺寸與單壁碳納米管不同，單壁碳納米角在制備上不需要采用金屬作為催化劑，沒有金屬殘留，故生物毒性低。單壁碳納米角在近紅外區(qū)有較強吸收，可以吸收光子并通過非輻射衰減轉(zhuǎn)化成熱，形成局部光熱效應，殺死病變細胞，是較理想的光熱治療劑。但與其他碳基納米材料相似，碳納米角不溶于水，也不溶于有機溶劑。將單壁碳納米角應用于生物醫(yī)學領域，需首先解決其水溶性，通常的做法是對其表面進行功能化。
[0004]目前，對碳納米角進行功能化的方法，主要是通過共價鍵偶聯(lián)和非共鍵價π-π平面共軛的方法來實現(xiàn)。共價鍵偶聯(lián)的方法，需要破壞碳納米角原有的C - C鍵，在此基礎上采用共價鍵結(jié)合的方式，接上功能分子，達到增大溶解性和實現(xiàn)功能應用的目的。相比之下，非共價方法不需要破壞原有結(jié)構，利用碳納米角已有的C - C共軛結(jié)構，選擇有平面共軛結(jié)構的分子，通過共軛進行功能化以達到增大水溶性的目的。((I) s.Zhu, G.Xu, Nanoscale, 2010, 2 , 2538 - 2549; (2) G.Pagona, A.S.D.Sandanayaka, Y.Araki, Jing Fan, N.Tagmatarchis, M.Yudasaka, S.1ijima, and 0.1to, J.Phys.Chem.B, 2006，110, 20729-20732)。
[0005]酞菁是結(jié)構與卟啉相似，是繼卟啉后第二代在臨床上應用的光敏劑。由于其優(yōu)異的光物理及光化學性質(zhì)，近年來，酞菁在光動力治療領域的應用受到廣泛關注((I) M.Zhang, T.Murakami, K.Ajima, K.Tsuchida, A.S.D.Sandanayaka, 0.1to, S.1ijima, M.Yudasaka, PNAS, 2008，39, 14773-14778; (2) N.B.R.Vittar, C.G.Prucca, C.Strassert, J.Awruch, V.A.Rivarola, Int.J.Biochem.Cell Biol.,2008，40, 2192-2205)。酞菁在紅光區(qū)(650~770 nm)有強吸收，并且通過中心配位的金屬離子激發(fā)三重態(tài)的壽命延長，單線態(tài)氧產(chǎn)率增高。然而，在水溶液中，酞菁易于自聚集形成二聚體，這大大降低了它的光敏化效率。在使用中，需要合適的載體，以避免酞菁自聚集。目前，臨床上還沒有同時能實現(xiàn)光熱治療和光動力學治療的雙重治療的碳基試劑。MinfangZhang 等的工作:“Fabrication of ZnPc/protein nanohorns for double photodynamicand hyperthermic cancer phototherapy，，( M.Zhang, T.Murakami, K.Ajima, K.Tsuchida, A.S.D.Sandanayaka, 0.1to, S.1i jima, M.Yudasaka, PNAS, 2008, 39,14773-14778;)，是目前已經(jīng)報道的將光熱治療和光動力學治療結(jié)合的研究工作。包括幾步:(1)先氧化碳納米角，破壞了其表面特性和完整性；(2 )通過氧化的孔洞，將酞菁裝入納米角中；(3)在碳納米角表面載上血清白蛋白，增強其水溶性。但制備方法過于繁復，此外，將酞菁裝入碳納米角內(nèi)部，沒有充分發(fā)揮酞菁的光敏性。
[0006]
【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的第一個目的是提供一種雙重光療用水溶性碳納米復合材料。
[0007]本發(fā)明的雙重光療用水溶性碳納米復合材料，是由單壁碳納米角與水溶性酞菁構成的J1-JI平面共軛復合物，或者是由單層無卷曲石墨烯與水溶性酞菁構成的J1-JI平面共軛復合物。
[0008]所述水溶性酞菁選自由銅、鋅、鋁或硅形成的溶于水的酞菁化合物。優(yōu)選由銅、鋅、鋁或硅形成的四氨基或四磺酸基的酞菁化合物。
[0009]本發(fā)明的另一個目的是克服已有技術的缺陷，提供一種簡單、易行的雙重光療用水溶性碳納米復合材料的制備方法。
[0010]該方法包括如下步驟:
(1)用二次水溶解水溶性酞菁，配制成質(zhì)量濃度為10%~15%的水溶液，按水溶性酞菁質(zhì)量的45飛5%加入單壁碳納米角或單層無卷曲石墨烯，用超聲儀超聲30-180分鐘；
(2)將上述制得的分散液離心、抽濾、洗滌、干燥，即得雙重光療用水溶性化合物。
[0011]作為優(yōu)選方案，步驟(1)，加入的單壁碳納米角或單層無卷曲石墨烯的為水溶性酞菁質(zhì)量的50%，超聲儀功率為50~300 W，超聲60~120分鐘。
[0012]在步驟(2)，抽濾時采用孔徑為18(T250 nm微孔濾膜，用二次水洗滌至濾液無色。
[0013]在本發(fā)明中，其構筑單元為以單壁碳納米角(SWNH)或單層無卷曲石墨烯為載體，以水溶性酞菁為增溶劑，組成單元間通過η-η相互作用形成復合型的碳納米復合材料。
[0014]本發(fā)明還提供一種藥物組合物，該藥物組合物包含至少一種藥學上可接受的載體和本發(fā)明所述的雙重光療用水溶性碳納米復合材料。
[0015]本發(fā)明還提供所述的雙重光療用水溶性碳納米復合材料以及前述的藥物組合物在制備治療抗腫瘤藥物的應用。
[0016]這里，腫瘤包括:宮頸癌、人口腔表皮癌、乳腺癌、鼻咽癌、惡性膠質(zhì)瘤和纖維母細胞瘤。
[0017]特別地，本發(fā)明是提供所述的雙重光療用水溶性碳納米復合材料以及前述的藥物組合物在制備紅外光源作用下產(chǎn)生效果的治療抗腫瘤藥物的應用。
[0018]本發(fā)明的雙重光療用水溶性碳納米復合材料作為光熱及光動力治療雙重光療劑，在紅外激光(650 nm~808 nm)照射下，可以殺死癌細胞。
[0019]酞菁含有大的芳香共軛平面，能以π-jr作用牢固吸附在同樣具有π體系的單壁碳納米角或單層無卷曲石墨烯上，得到單壁碳納米角或單層無卷曲石墨烯與酞菁的復合物體系。在此復合體系中，單壁碳納米角或單層無卷曲石墨烯不僅可以作為載體阻止酞菁自聚集，提高酞菁光動力治療效果，其自身也可作為光熱治療劑參與疾病的治療，而酞菁則既可以改善單壁碳納米角或單層無卷曲石墨烯的溶解性，其自身也具有光動力治療效果，形成有效的多功能治療體系。這種不同治療模式相互協(xié)同或結(jié)合的多功能治療體系在疾病治療過程中，特別是癌癥治療中，不僅可以提高治療效率，而且能夠減少不良的全身性毒性及副作用。因此，這樣的光熱與光動力學結(jié)合的多功能治療體系將有可能成為一種切實有效的癌癥等適用于光治療疾病的治療方法。
[0020]本發(fā)明的優(yōu)點是:
(I)所得的碳納米復合材料同時有光熱與光動力的雙重治療作用，增強對癌細胞的殺傷效率。
[0021](2)制備方法簡便，一步超聲法就既解決了單壁碳納米角或單層無卷曲石墨烯的水溶性，又負載上了光動力治療劑，并且使用的是非共價修飾，不破壞碳納米復合材料的表面特性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明制`備的單壁碳納米角-酞菁(SWNHs-TSCuPc)復合物及游離酞菁(TSCuPc)的紫外可見(UV-Vis)吸收光譜圖。
【具體實施方式】
[0023]制備實施例1
水溶性單壁碳納米角-酞菁復合物的制備，按如下步驟:
(I)用二次水溶解四磺酸基銅酞菁，配制成質(zhì)量濃度為10%的水溶液，按四磺酸基銅酞菁與單壁碳納米角質(zhì)量比1:0.5的比例加入單壁碳納米角，用超聲儀超聲60分鐘。
[0024](2)將上述制得的墨色分散液離心，以除去大顆粒聚集物，所得液體用孔徑220nm微孔濾膜過濾，并用二次水清洗，直至濾液無色，以除去游離的酞菁。所得墨色固體重新分散在水中，即制得單壁碳納米角-酞菁復合物，總濃度為1.4 mg/mL，其中，酞菁為0.49mg/mL,單壁碳納米角為0.91 mg/mL。
[0025]所得單壁碳納米角-酞菁復合物可以在水體系中均勻分散并穩(wěn)定存在至少3個月以上。
[0026]制備實施例2
水溶性單壁碳納米角-酞菁復合物的制備，按如下步驟:
(I)用二次水溶解四磺酸基鋁酞菁，配制成質(zhì)量濃度為12%的水溶液，按四磺酸基鋁酞菁與單壁碳納米角質(zhì)量比1:0.5的比例加入單壁碳納米角，用超聲儀超聲60分鐘。
[0027](2)將上述制得的分散液離心，以除去大顆粒聚集物，所得液體用孔徑220 nm微孔濾膜過濾，并用二次水清洗，直至濾液無色，以除去游離的酞菁。干燥即制得單壁碳納米角-酞菁復合物。
[0028]制備實施例3
水溶性單層無卷曲石墨烯-酞菁復合物的制備，按如下步驟:(I)用二次水溶解四磺酸基銅酞菁，配制成質(zhì)量濃度為15%的水溶液，按四磺酸基銅酞菁與單層無卷曲石墨烯質(zhì)量比1:0.5的比例加入單層無卷曲石墨烯，用超聲儀超聲60分鐘。
[0029](2)將上述制得的分散液離心，以除去大顆粒聚集物，所得液體用孔徑200 nm微孔濾膜過濾，并用二次水清洗，直至濾液無色，以除去游離的酞菁。干燥即制得單層無卷曲石墨烯-酞菁復合物。
[0030]制備實施例4
水溶性單壁碳納米角-酞菁復合物的制備，按如下步驟:
(I)用二次水溶解四氨基硅酞菁，配制成質(zhì)量濃度為14%的水溶液，按四氨基硅酞菁與單壁碳納米角質(zhì)量比1:0.5的比例加入單壁碳納米角,用超聲儀超聲160分鐘。
[0031](2)將上述制得的分散液離心，所得液體用孔徑220 nm微孔濾膜過濾，并用二次水清洗，直至濾液無色，以除去游離的酞菁。干燥即制得單壁碳納米角-酞菁復合物。
[0032]測試實施例1 實驗方法如下:
(I)將制備實施例1所得的單壁碳納米角-酞菁復合物復合物溶液用二次水配制酞菁濃度為10 μ g /mL,取I毫升于標本瓶中，在650 nm激光(3 W cm_2)照射下,用熱像儀記錄溶液的顏色變化，也即溶液的溫度變化。
[0033]隨著光照時間的增加，單壁碳納米角-酞菁復合物溶液的溫度也顯著升高，并在6分鐘內(nèi)升高了 33 °C。證實單壁碳納米角-酞菁復合物溶液具有良好的光熱效應。
[0034](2)以5，5-二甲基-1-氧化`吡咯啉溶液(DMPO)為捕獲劑，用電子順磁共振(EPR)技術檢測制備實施例1所得的單壁碳納米角-酞菁復合物溶液在650 nm激光(3 Wcm-2)照射下產(chǎn)生的自由基信號。
[0035]在650 nm激光(3 W cnT2)照射下,檢測到輕自由基信號,證實單壁碳納米角-酞菁復合物具有光動力效應。
[0036]另外，圖1說明單壁碳納米角-酞菁復合物比游離的酞菁在紫外可見(UV-Vis)下具有更大的吸收值。
[0037]應用實施例1
制備實施例1制備的單壁碳納米角-酞菁復合物作為光熱及光動力治療劑，其體外細胞測試方法如下:
分別配置濃度為50，100, 150 μ g/mL的單壁碳納米角-酞菁復合物溶液。人宮頸癌細胞(HeLa細胞)在96孔板(每孔IO4個細胞)中培養(yǎng)24小時后，加入所配制的系列濃度的單壁碳納米角-酞菁復合物溶液，培養(yǎng)24小時,用650 nm激光(3 ff/cm2)照射3~8 min,再培養(yǎng)24小時，用噻唑藍比色法測細胞存活率。
[0038]在650 nm激光(3 W/cm2)照射條件下，對細胞的殺死率可達70%~85%。證實單壁碳納米角-酞菁復合物這種結(jié)合了光熱與光動力的多功能治療體系對人宮頸癌細胞具有良好的殺死率。
[0039]應用實施例2
制備實施例1制備的單壁碳納米角-酞菁復合物作為光熱及光動力治療劑，其體內(nèi)裸鼠測試方法如下:把人口腔表皮癌細胞皮下移植到裸鼠體內(nèi)，培養(yǎng)6~7天。靜脈注射200 yL單壁碳納米角-酞菁復合物溶液到裸鼠體內(nèi)，隨后每天用650 nm激光(3 W/cm2)照射腫瘤部位10分鐘，持續(xù)照射10天。
[0040]激光照射明顯抑制腫瘤細胞的生長，并且腫瘤體積在以肉眼可見的速度減小。持續(xù)照射10天后，腫瘤消失。證實單壁碳納米角-酞菁復合物可有效殺死體內(nèi)人口腔表皮癌腫瘤細胞。
[0041]應用實施例3 應用實施例1、2的方法應用于乳腺癌、鼻咽癌、惡性膠質(zhì)瘤、纖維母細胞瘤，相同條件下實驗的效果也相近。在應用實施例1條件下，對細胞殺死率為70%~90% ;在應用實施例2條件下，腫瘤消失。
[0042]應用實施例4
采用應用實施例1、2、3的方法，采用其他波長大于650 nm的紅外和近紅外的激光(650 nm~808 nm)，在此波長范圍內(nèi)，其他條件一致時，實驗效果也相近。在應用實施例1條件下，對細胞殺死率為60%~90% ;在應用實施例2條件下，腫瘤消失。
[0043]本發(fā)明證實，在制備方法上，所有水溶性酞菁都適用，對所有的水溶性酞菁，制備方法是一樣的。在應用上，若是金屬酞菁，則是在合適的中心金屬(如銅、鋅、鋁、硅等)存在下的酞菁活性氧產(chǎn)率高，適用于光動力治療。以鋅、鋁、硅為中心原子的酞菁都是很好的用于光動力治療的光敏劑。中心金屬元素對活性氧的產(chǎn)生量有一定影響。
【權利要求】
1.雙重光療用水溶性碳納米復合材料，其特征在于:是由單壁碳納米角與水溶性酞菁構成的π-JI平面共軛復合物，或者是由單層無卷曲石墨烯與水溶性酞菁構成的31 -JI平面共軛復合物。
2.根據(jù)權利要求1所述的雙重光療用水溶性碳納米復合材料，其特征在于:所述水溶性酞菁選自由銅、鋅、鋁或硅形成的溶于水的酞菁化合物。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的雙重光療用水溶性碳納米復合材料，其特征在于:所述水溶性酞菁選自由銅、鋅、鋁或硅形成的四氨基或四磺酸基的酞菁化合物。
4.如權利要求1所述的雙重光療用水溶性碳納米復合材料的制備方法，其特征在于:包括如下步驟: (1)用二次水溶解水溶性酞菁，配制成質(zhì)量濃度為10%~15%的水溶液，按水溶性酞菁質(zhì)量的45飛5%加入單壁碳納米角或單層無卷曲石墨烯，用超聲儀超聲30-180分鐘； (2)將上述制得的分散液離心、抽濾、洗滌、干燥，即得雙重光療用水溶性化合物。
5.如權利要求4所述的制備方法，其特征在于:在步驟(1)，加入的單壁碳納米角或單層無卷曲石墨烯的為水溶性酞菁質(zhì)量的50%，超聲儀功率為50-300 W，超聲60-120分鐘。
6.如權利要求4所述的制備方法，其特征在于:在步驟(2)，抽濾時采用孔徑為180-250nm微孔濾膜，用二次水洗滌至濾液無色。
7.—種藥物組合物，包含至少一種藥學上可接受的載體和如權利要求1所述的雙重光療用水溶性碳納米復合材料。
8.如權利要求1所述的雙 重光療用水溶性碳納米復合材料及權利要求7所述的藥物組合物在制備治療抗腫瘤藥物的應用。
9.如權利要求8所述的應用，其特征在于:腫瘤包括:宮頸癌、人口腔表皮癌、乳腺癌、鼻咽癌、惡性膠質(zhì)瘤和纖維母細胞瘤。
10.如權利要求8所述的應用，其特征在于:在制備紅外光源作用下產(chǎn)生效果的治療抗腫瘤藥物的應用。
【文檔編號】A61K41/00GK103877574SQ201410066365
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年2月26日 優(yōu)先權日:2014年2月26日
【發(fā)明者】沈星燦, 胡蘭芳, 蔣邦平 申請人:廣西師范大學