生物相容性良好的過渡金屬二硫?qū)倩衔锛{米片層及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于功能材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種生物相容性良好的過渡金屬二硫?qū)倩衔锛{米片層及其制備方法及其作為高效光熱治療劑的生物應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，癌癥的發(fā)病率在我國(guó)呈現(xiàn)顯著增高的趨勢(shì)。作為目前癌癥的主要治療手段，放射性治療和化學(xué)療法的治療效果較差，且伴隨較高的毒副作用，這導(dǎo)致目前癌癥治愈率一直處于較低水平。因此突破現(xiàn)有的思維，開發(fā)全新的藥物及治療手段，提高治療安全性以及癌細(xì)胞治愈率，顯得極為有必要。而熱療方法用于腫瘤治療由于其較高的安全性受到越來越多的關(guān)注。科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，高溫能有效殺死癌細(xì)胞，當(dāng)溫度高于42 °(:時(shí)，熱能可以使癌細(xì)胞受損，進(jìn)一步提高溫度或延長(zhǎng)熱療時(shí)間則可以有效殺死癌細(xì)胞?，F(xiàn)在的熱療手段大多是基于使用昂貴的儀器設(shè)備，例如通過微波、射頻或超聲等手段將人體腫瘤部位的溫度升高從而達(dá)到治療效果。但是這種方式對(duì)于深部腫瘤治療效果較差，而且由于熱傳遞的非專屬性，也易于造成腫瘤周圍正常組織器官的損傷，因此如何提高熱療治療深度并且減少對(duì)周圍正常組織器官的損害是一個(gè)亟待解決的問題。
[0003]隨著現(xiàn)今納米技術(shù)的發(fā)展則為熱療法提供了新的思路，即通過更安全高效的光熱治療方法殺死癌細(xì)胞。將具有近紅外光熱轉(zhuǎn)換效果的納米材料選擇性積累到腫瘤部位，然后對(duì)腫瘤部位進(jìn)行近紅外光照，腫瘤部位的納米材料可以吸收近紅外光并且高效地轉(zhuǎn)化為熱能，從而實(shí)現(xiàn)熱傳遞的專屬性，產(chǎn)生的局部超高溫可以有效殺死癌細(xì)胞、提高熱療深度并且可以減少對(duì)周圍正常組織器官的影響。
[0004]目前光熱治療的研究核心是開發(fā)高效無毒的光熱轉(zhuǎn)化材料。雖然傳統(tǒng)的貴金屬光熱治療劑，例如金納米粒子或金納米線，由于其對(duì)光具有很強(qiáng)的表面等離子共振吸收效應(yīng)，是較好的光熱轉(zhuǎn)化材料，但是其生產(chǎn)成本較高;而普通半導(dǎo)體光熱治療劑如硫化銅等則細(xì)胞毒性較高。因此，高效無毒的納米光熱治療劑是一個(gè)極具研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景的納米材料。
[0005]而近年來研究發(fā)現(xiàn)，石墨烯等二維納米片層材料具有獨(dú)特的物理、化學(xué)、光學(xué)、力學(xué)及電化學(xué)性質(zhì)，并且生物相容性良好，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用潛能。特別是過渡金屬二硫?qū)倩衔?，由于其帶隙可調(diào)的獨(dú)特半導(dǎo)體性質(zhì)，其光學(xué)性質(zhì)在生物醫(yī)用材料生具有廣闊應(yīng)用價(jià)值。最近有報(bào)道過渡金屬二硫?qū)倩衔镆簿哂休^強(qiáng)的近紅外光吸收能力(《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》2013，125，4254 -4258;《先進(jìn)材料》2014，26，3433-3440)，很有可能是極有潛力的光熱試劑，但是和石墨烯、碳納米管等已經(jīng)被廣泛研究的光熱試劑相比，雖然他們發(fā)現(xiàn)二硫化鉬納米片層有較高的近紅外吸收系數(shù)，但是目前這些納米片層的制備方法復(fù)雜，后處理成本較高，以及納米片層在水溶液中的分散性較差，這些都嚴(yán)重限制其未來廣泛的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。因此，進(jìn)一步開拓這些納米材料的綠色無污染加工制備技術(shù)也極為重要。在加工過程中減少有毒有害的有機(jī)溶劑使用，簡(jiǎn)化材料后處理流程，直接制備生物相容性良好的納米材料，有助于進(jìn)一步開拓這些新型納米材料的應(yīng)用前景，并且具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
[0006]在現(xiàn)有的制備過渡金屬二硫?qū)倩衔锛{米片層的方法中，液相剝離法的制備條件相對(duì)簡(jiǎn)單，設(shè)備工藝要求低，利于后期進(jìn)一步加工，因此在近年來發(fā)展迅速并且受到廣泛關(guān)注。2011年《科學(xué)》(Science，2011，331，568)首次提出了液相剝離技術(shù)，他們認(rèn)為一些高沸點(diǎn)溶劑與過渡金屬二硫?qū)倩衔锞哂邢嘟谋砻婺?，因此可以有效剝離過渡金屬二硫?qū)倩衔飶亩频闷浼{米片層，該方法操作簡(jiǎn)便，但是高沸點(diǎn)有機(jī)溶劑可能在工業(yè)生產(chǎn)中帶來污染問題，后處理較為麻煩，因此開發(fā)綠色環(huán)保的水相剝離過渡金屬二硫?qū)倩衔锏募夹g(shù)會(huì)具有更加廣闊的工業(yè)化應(yīng)用前景。迄今這方面的研究報(bào)道還較少，2011年《先進(jìn)材料》(Advanced Materials, 2011, 23，3944-3948)報(bào)道了一種用膽酸鈉表面活性劑水溶液剝離二維片層材料的方法，隨后引起了一些相關(guān)研究，但是目前的大多數(shù)研究?jī)H僅限于關(guān)注過渡金屬二硫?qū)倩衔锏乃鄤冸x，對(duì)于剝離以后的納米片層的進(jìn)一步應(yīng)用研究較少。我們考慮可以采用生物相容性良好的聚合物水溶液直接剝離得到納米片層，可以直接用于生物研究，也可以通過冷凍干燥的方式進(jìn)行分離，后處理也非常簡(jiǎn)便可行。
[0007]本發(fā)明巧妙地利用一種生物相容性良好的聚合物的水溶液來剝離過渡金屬二硫?qū)倩衔?，由于所用的剝離介質(zhì)為生物相容性好的聚合物水溶液，過程中不涉及任何有機(jī)溶劑，因此制備過程簡(jiǎn)便綠色環(huán)保無污染，制備條件相對(duì)簡(jiǎn)單，所得到的納米片層生物相容性良好，水溶液穩(wěn)定性高，光熱治療效果好，未來有望實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，并且應(yīng)用于生物體內(nèi)及臨床腫瘤治療。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種新型生物相容性良好的高效光熱治療劑，通過聚合物水相剝離法制備過渡金屬二硫?qū)倩衔锛{米片層，進(jìn)而研究了其作為高效光熱治療劑的生物應(yīng)用。
[0009]本發(fā)明提出的生物相容性良好的過渡金屬二硫?qū)倩衔锛{米光熱治療劑，是通過綠色的水相剝離得到過渡金屬二硫?qū)倩衔锛{米片層，一步直接制得高效光熱轉(zhuǎn)化材料。具體步驟為:
(1)將0.1?2 g過渡金屬二硫?qū)倩衔锓勰┮约?.1?5 g聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)分散在200?500 mL水中，超聲5?50 h；
(2)超聲后的水溶液靜置或者通過離心收集上清液，即得到PVP修飾的過渡金屬二硫?qū)倩衔锏募{米片層水溶液；
(3)把步驟(2)所制備的納米片層水溶液通過3000?50000rpm離心10?60 min、冷凍干燥10?50 h，即得到生物相容性良好的過渡金屬二硫?qū)倩衔锏募{米片層。
[0010]本發(fā)明中，所述過渡金屬二硫?qū)倩衔餅槎蚧f、二砸化鉬、二硫化鎢、二砸化鎢中的一種，或其中幾種的混合物。
[0011]本發(fā)明方法制備得到的過渡金屬二硫?qū)倩衔锛{米片層，表面有聚合物非共價(jià)鍵修飾，水溶性良好，可以直接作為高效無毒光熱治療劑，應(yīng)用于生物體內(nèi)及臨床腫瘤治療。[0012 ]本發(fā)明方法制備的納米光熱劑，是通過綠色環(huán)保的水相剝離法一步制備過渡金屬二硫?qū)倩衔锛{米片層，其水溶液可以直接應(yīng)用，也可以通過冷凍干燥的方法進(jìn)一步提純。
[0013]本發(fā)明操作過程方便，生產(chǎn)周期短，制備條件簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本較低，易于批量化生產(chǎn);而且普適性強(qiáng)，該光熱轉(zhuǎn)化材料的制備方法簡(jiǎn)單、體外光熱治療效果好、生物相容性好，具有廣闊的工業(yè)化應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0014]圖1.使用PVP水溶液剝離制備得到的二砸化鉬納米片層的水溶液照片。
[0015]圖2.PVP以及PVP非共價(jià)鍵修飾的二砸化鉬納米片層對(duì)正常細(xì)胞的細(xì)胞毒性。
[0016]圖3.未進(jìn)行近紅外光熱治療和進(jìn)行了 10分鐘2.5 Wcnf2 (808 nm)近紅外光熱治療的HeLa癌細(xì)胞的存活率。
【具體實(shí)施方式】
[0017]以下通過實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明通過綠色的水相剝離得到過渡金屬二硫?qū)倩衔锛{米片層，可以作為無毒高效的光熱治療劑，有望應(yīng)用于生物體內(nèi)治療以及臨床實(shí)施。然而，該實(shí)施例僅僅是作為提供說明而不是限定本發(fā)明。