本发明专利技术公开了一种蛋白质包覆金属硫化物纳米粒子的制备方法及其应用，在碱性溶液中，蛋白质在金属离子催化作用下与金属离子反应，生成蛋白质包覆金属硫化物纳米粒子；该制备方法简单、条件温和，成本低。制备的蛋白质包覆金属硫化物纳米粒子水溶性好、生物相容性好，且具有体外渗透性和抗肿瘤活性等优点。在肿瘤光热治疗或光动力治疗等方面具有广泛的应用前景。
Preparation method of protein coating metal sulfide nano particle and application thereof
The invention discloses a protein coated metal sulfide nanoparticles preparation method and its application in alkaline solution, the protein reaction with metal ions in the catalytic action of metal ion, generating protein coated metal sulfide nanoparticles; the preparation method is simple, mild condition, low cost. The prepared protein coated metal sulfide nanoparticles have the advantages of good water solubility, good biocompatibility, high permeability and antitumor activity in vitro. It has a wide range of applications in tumor photothermal therapy or photodynamic therapy.
【技术实现步骤摘要】
一种蛋白质包覆金属硫化物纳米粒子的制备方法及其应用
本专利技术涉及一种金属硫化物纳米粒子的制备方法，具体涉及一种在碱触发下金属离子和蛋白质直接转换为具有水溶性及生物相容性的蛋白质包覆金属硫化物纳米粒子的方法，属于生物医药材料制备领域。
技术介绍
近几十年来，由于金属硫化物半导体纳米材料在光学、电子和磁场中的独特性质，其在疾病的诊断和治疗中的作用日益引起科研工作者的极大兴趣。尤其是金属硫化物纳米粒子受到特别的关注，它们在生物体内更容易被识别和清除。因此，金属硫化物纳米粒子具有更好的生物安全性。金属硫化物如Ag2S、CdS、ZnS、PbS已被广泛用于光学成像和生物标记中。Bi2S3、CuS、MoS2、FeS2、WS2已被证实能够用于肿瘤的成像、多模式光热或光动力治疗。然而，目前的合成方法如溶剂热法、微波和超声化学法通常要求苛刻的环境，在某些情况下也涉及到有机溶剂。值得强调的是，为了实现水溶性、更好的生物相容性，必需对其进行复杂的后修饰。化学改性使制备复杂化并使其难以进行可扩展合成。在大多数情况下，必须破坏金属硫化物的性能。因此，迫切需要一种简单、稳定和普遍的合成方法用于直接、可扩展的合成金属硫化物纳米粒子。最近，Tong等人用L-半胱氨酸(L-cysteine)为硫源，乙醇胺为表面修饰剂，在368K下合成了不同的晶体相和形态的ZnS纳米结构(TongH,ZhuYJ,YangLX,LiL,ZhangL,ChangJ,AnLQ，WangSW.Self-assembledZnSnanostructuredspheres:controllablecrystalphaseandmorphology[J].J.Phys.Chem.C,2007,111:3893-3900)。Cui等人用谷胱甘肽在低温低压下合成了能够很好穿入生物体内的水溶性的优质纳米粒子Ag2Se(CuiR,GuYP,ZhangZL.ControllablesynthesisofPbSenanocubesinaqueousphaseusingaquasi-bio-system[J].J.Mater.Chem.,2012,22:3713-3716)。Jiang等人报道了以巯基丙酸(MPA)配位一步合成水溶性Ag2S纳米粒子，它的荧光光谱可以从可见光调到近红外区(510～1221nm)，是在细胞成像应用中很有潜能的材料(JiangP,ZhuCN,ZhangZL,TianZQ,PangDW.Water-solubleAg2Squantumdotsfornear-infraredfluorescenceimaginginvivo[J].Biomaterials,2012,33:5130-5135)。Yang等人用BSA作为配位体，一步合成具有很好生物性能的Ag2S纳米粒子(YangH-Y,ZhaoY-W,ZhangZ-Y,XiongH-M,YuS-N.One-potsynthesisofwater-dispersibleAg2Squantumdotswithbrightfluorescentemissioninthesecondnear-infraredwindow[J].Nanotechnology,2013,245:055706)。受生物矿化的启发，仿生合成已广泛应用于可控合成功能纳米材料中。在合成金属硫化物纳米粒子的典型实验中，在特殊条件下将生物分子如蛋白质与金属离子和硫源(通常为Na2S)混合。然后，蛋白质作为模板直接用于金属硫化物的成核和增长。由此获得的金属硫化物纳米粒子具有优异的水稳定性和生物相容性。
技术实现思路
为解决现有金属硫化物在合成过程中条件苛刻、操作可行性差、水溶性及生物形容性差等问题，本专利技术的目的是在于提供一种反应条件温和，操作简单，成本低的制备蛋白质包覆金属硫化物纳米粒子的方法，该方法制备的蛋白质包覆金属硫化物纳米粒子水溶性、生物形容性好以及光热效率高，有利于广泛应用。本专利技术的另一个目的是在于提供所述蛋白质包覆金属硫化物纳米粒子的应用，充分利用其水溶性、生物形容性好以及光热效率高等优点，广泛应用于肿瘤的光动力治疗和光热治疗等方面。为了实现上述技术目的，本专利技术提供了一种蛋白质包覆金属硫化物纳米粒子的制备方法，该方法是在碱性溶液体系中，蛋白质在金属离子催化作用下与金属离子反应，生成蛋白质包覆金属硫化物纳米粒子。本专利技术的技术方案，充分利用蛋白质富含硫，且蛋白质属于生物分子，具有生物相容性好的特点。巧妙地采用碱作为激发剂，金属离子作为催化剂，促使蛋白质中以二硫键形式存在的硫发生S—S键断裂，分解成活性硫阴离子，这些活性硫阴离子优先结合金属阳离子，转化为稳定的金属硫化物，从而将金属离子通过金属—硫键稳定结合在蛋白质上，生成以金属硫化物为核，蛋白质为壳层的纳米粒子结构。而亲水性的蛋白质赋予纳米粒子较好的水溶性以及生物相容性等特性，蛋白质包覆金属硫化物纳米粒子表现出很高的光热效率。优选的方案，所述碱性溶液体系中碱浓度为0.1～3.0mol·L-1。较优选的方案，所述碱性溶液体系中包括NaOH、KOH、NH3·H2O中至少一种碱性成分。优选的方案，所述碱性溶液体系中金属离子的浓度为10～60mmol·L-1。较优选的方案，所述金属离子为Ag+、Bi3+、Cd2+、Cu2+、Co2+、Pb2+、Zn2+中的至少一种。优选的方案，所述碱性溶液体系中蛋白质的浓度为10～500mg/mL。较优选的方案，所述蛋白质包括BSA、蛋清、金属硫蛋白中至少一种。优选的蛋白包含丰富的双硫键，有利于纳米粒子的生成。优选的方案，所述反应的时间为5～60min。优选的方案，所述蛋白质包覆金属硫化物纳米粒子平均尺寸在3.0～7.0nm范围内。本专利技术还提供了蛋白质包覆金属硫化物纳米粒子的应用，可作为肿瘤光热治疗试剂应用，或作为光动力治疗试剂应用。本专利技术通过在碱性条件下使金属离子和蛋白质直接转化为蛋白质包覆金属硫化物纳米粒子。以BSA-Cu2+为例进行详细说明：BSA包覆CuS纳米粒子显示出优异的水溶性、良好的生物相容性以及高的光热效率，可作为优良的肿瘤光热治疗试剂。本专利技术通过大量实现发现，在碱性条件下，蛋白质与金属离子转化为蛋白质包覆金属硫化物纳米粒子的情况将根据不同的金属离子而变化。如CuS具有比PbS更小的Ksp，但是在相同条件下CuS的转化过程更困难，是因为蛋白质-Cu比蛋白质-Pb更稳定，导致蛋白质-Pb的转化更有利。本专利技术的BSA包覆CuS纳米粒子是生物相容的，可能作为肿瘤的光热治疗试剂。本专利技术对BSA包覆CuS纳米粒子进行了体外光热效率的评估，发现BSA包覆CuS纳米粒子的质量浓度与温度增量相关。实验表明：经过5min激光刺激(0.8W·cm-2)后，BSA包覆CuS纳米粒子溶液的温度可以从25℃达到40～70℃；相同条件下，5min激光刺激(0.8W·cm-2)纯水后，水的温度增量可以忽略。同时还发现：通过交替激光刺激(0.8W·cm-2，5min，808nm)和自然冷却进一步测试BSA包覆CuS纳米粒子的光热稳定性，经历3～7个循环之后，BSA包覆CuS纳米粒子的光热效率衰减程度可以忽略。本专利技术BSA包覆CuS纳米粒子的激光刺激与商业IGG相比，商业IGG本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种蛋白质包覆金属硫化物纳米粒子的制备方法，其特征在于：在碱性溶液体系中，蛋白质在金属离子催化作用下与金属离子反应，生成蛋白质包覆金属硫化物纳米粒子。
【技术特征摘要】
1.一种蛋白质包覆金属硫化物纳米粒子的制备方法，其特征在于：在碱性溶液体系中，蛋白质在金属离子催化作用下与金属离子反应，生成蛋白质包覆金属硫化物纳米粒子。2.根据权利要求1所述的蛋白质包覆金属硫化物纳米粒子的制备方法，其特征在于：所述碱性溶液体系中碱浓度为0.1～3.0mol·L-1。3.根据权利要求1或2所述的蛋白质包覆金属硫化物纳米粒子的制备方法，其特征在于：所述碱性溶液体系中包括NaOH、KOH、NH3·H2O中至少一种碱性成分。4.根据权利要求1所述的蛋白质包覆金属硫化物纳米粒子的制备方法，其特征在于：所述碱性溶液体系中金属离子的浓度为10～60mmol·L-1。5.根据权利要求1或4所述的蛋白质包覆金属硫化物纳米粒子的制备方法，其特征在于：所述金属离子为Ag+、Bi3+、Cd2+、Cu2+、Co...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘又年，宋亚伟，盛剑平，王立强，邓留，阳明辉，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43
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