多功能非晶铁纳米材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种多功能非晶铁纳米材料及其制备方法和应用，所述材料包括非晶铁纳米核和非晶铁纳米核表面的有机物包覆层，所述材料中的非晶铁纳米核的直径为10～300 nm。本发明专利技术提供的非晶铁纳米材料是一种性质奇特的软铁磁性非晶铁纳米颗粒，其可在弱酸条件下迅速解离，并具有磁靶向功能、T1核磁成像介导功能和具有激活肿瘤内源性化学动力学治疗功能，可作为纳米诊疗剂，实现肿瘤高特异性的化学动力学治疗。

Multifunctional amorphous iron nano material and preparation method and application thereof

The invention relates to a multifunctional amorphous iron nano material and its preparation method and application of the materials, including organic nano amorphous iron core and amorphous iron nanoparticles coated with a layer of the material in the amorphous iron nanoparticles with diameter of 10 ~ 300 nm. Amorphous iron nano material provided by the invention is a kind of peculiar properties of soft magnetic amorphous iron nanoparticles, which can dissociate rapidly under weak acid condition, and has a magnetic targeting function, T1 function and magnetic resonance imaging mediated activation of tumor with endogenous chemical kinetic treatment function, can be used as nano treatment agent, achieve chemical kinetics tumor specific treatment.

【技术实现步骤摘要】
多功能非晶铁纳米材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及纳米材料
和生物医学材料领域，具体涉及一种具有磁靶向和T1核磁成像介导功能的可用于肿瘤化学动力学治疗的非晶铁纳米材料及其制备方法和应用。
技术介绍
恶性肿瘤已成为人类生命健康的第一杀手，对其特异性的高效治疗越来越受到人们的高度关注。由于较高的特异性，基于肿瘤微环境的癌症治疗策略，近年来逐步受到研究人员的青睐。肿瘤微环境主要包括：(1)由于活跃的无氧糖酵解产生大量酸性物质而导致的微酸性；(2)过氧化氢酶表达受抑制而导致过氧化氢的大量累积。一种广泛研究的策略是将肿瘤的微酸性或过表达的过氧化氢，作为纳米药物输运系统的刺激开关，以此达到化疗药物瘤内可控释放的目的。但这种彼此间缺乏逻辑关系的单重或多重刺激响应策略，往往会造成药物的过早或错误释放，例如在过氧化氢过表达的肝脏炎症区域或酸性的消化道内，由此造成严重的副作用。此外，另一种策略是将过量堆积的过氧化氢作为供氧剂，以此提高肿瘤光动力学治疗(PDT)效率。这种策略的主要原理是，利用一些催化剂将过氧化氢分解为氧气，通过特定波长的光激活光敏剂(PS)将其转化为单线态氧(1O2)，从而选择性的杀伤快速增殖的细胞。然而，从电化学的观点来看，过氧化氢能量位于单线态氧与氧气之间，这种先经能量下调再经上转化的策略，能量转换效率较低，且过程较为繁琐。其次，由于激发光源组织穿透深度浅，这种策略对深部原位瘤无能为力。因此，设计开发一种具有逻辑关系响应的内源性治疗策略，高效利用肿瘤微环境，将具有重要实际的意义和临床价值。核磁共振成像是一种无创的成像方式，具有分辨率较高，同时可获得解剖及生理信息等功能，广泛应用于诊疗领域中。目前在临床上，T1加权造影剂比T2加权造影剂具有更多的优势，例如很难区分一些黑点的产生是由于T2造影剂的作用还是由血液的钙化，金属的沉积，或者是其他的一些背底信号引起的。目前使用于临床上的T1加权造影剂是Magnevist(Gd-DTPA)，但是美国食品与药物管理局(FDA)最近警示，使用钆基造影剂会引起一些肾脏和肝脏疾病等，锰基造影剂则会导致神经功能紊乱，可见这些现有T1加权造影剂存在着危害。所以发展新的T1造影剂是非常有必要的。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种具有磁靶向和T1核磁成像介导功能的可用于肿瘤化学动力学治疗的非晶铁纳米材料，以实现实现肿瘤的高效诊断及特异性化学动力学治疗。在此，一方面，本专利技术提供一种非晶铁纳米材料，其特征在于，所述材料包括非晶铁纳米核和非晶铁纳米核表面的有机物包覆层，所述非晶铁纳米核的直径为10～300nm。本专利技术提供的非晶铁纳米材料是一种性质奇特的软铁磁性非晶铁纳米颗粒，其可在弱酸条件下迅速解离，并具有磁靶向功能、T1核磁成像介导功能和具有激活肿瘤内源性化学动力学治疗功能，可作为纳米诊疗剂，实现肿瘤高特异性的化学动力学治疗。该治疗策略简述为：首先，软磁的非晶铁纳米颗粒通过磁靶向和滞留效应在瘤内富集，利用肿瘤细胞间质的微酸性而迅速解离释放大量亚铁离子；其次，亚铁离子歧化瘤内累积的过氧化氢而产生大量羟自由基；最后，羟自由基引起肿瘤细胞的蛋白变性、DNA断裂、磷脂膜损伤和线粒体破坏等一系列氧化损伤，最终引起癌细胞的凋亡。与传统策略相比，该策略具有四大显著优势：(1)基于先酸解离再过氧化氢歧化的逻辑响应关系，显著提高了治疗的特异性，有效避免副作用；(2)可在瘤内原位产生羟自由基，无需外界提供额外能量，有效避免能量穿透深度的限制以及外界能量输入所引起的副作用；(3)羟自由基在活性氧族中反应活性最高，相比于传统II型PDT所产生的单线态1O2，其具有更高效的癌细胞杀伤能力；(4)非晶铁纳米颗粒在瘤内的最终产物为生物安全的铁离子，不存在传统药物载体长期滞留的潜在毒性。这种非晶铁纳米颗粒诱导的特异性高效抗癌策略，具有重要的医学临床应用前景。较佳地，包覆有机物为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚醚酰亚胺中的至少一种，包覆有机物的主要作用为增强非晶铁纳米粒子在体内的生物相容性。对于纳米诊疗剂而言，粒径尺寸将会对其性能造成影响。较大的粒径尺寸使得诊疗剂在血液中的循环性较差，严重时甚至可能堵塞血管。而粒径尺寸过小时，材料表面的高活性使得材料本身的稳定性很差，非常容易与空气的环境发生反应甚至自身分解，限制其实际应用。因此，本专利技术的非晶铁纳米颗粒的粒径为10～300nm。通过形成为这样较小的粒径，有利于利用EPR效应提高其在肿瘤内的被动富集量，同时也有利于体内的血液循环时间，增加磁靶向效率。更优选地，出于逃避网状内皮系统(肝脏等)的考虑，本专利技术的非晶铁纳米颗粒的粒径为20～150nm。一方面，本专利技术还提供一种非晶金属纳米材料的制备方法，包括以下步骤：a)将金属源和起泡剂在溶剂中混合均匀形成前驱体溶液；b)在惰性气体环境中，搅拌前驱体溶液；c)将惰性气体通入所述前驱体溶液中，鼓泡使前驱溶液气泡化；d)在所述惰性气体环境中加入还原剂；e)分离清洗制得所述非晶金属纳米材料。本专利技术采用一种新型的沸泡制备方法合成非晶金属纳米材料，该方法以简单的工艺、低廉的成本即可获得非晶金属纳米材料，具有广阔的应用前景。较佳地，所述金属源的金属外围电子排布为ds构型。优选地，所述金属源中的金属选自钒、铬、锰、钼、钨、铌、钽、铜、铁、镍、钴中的至少一种。较佳地，铁源为二价和/或三价铁盐，优选为氯化铁、硫酸亚铁、硝酸铁或柠檬酸铁铵中的至少一种。较佳地，所述所述金属源中的金属元素在所述前躯体溶液中的摩尔浓度可为0.005～0.05mol/ml。较佳地，所述溶剂为水、乙醇、丙醇中的至少一种。较佳地，a)中前驱体溶液加入包覆有机物，优选的，包覆有机物为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚醚酰亚胺中的至少一种。当a)中前驱体溶液加入包覆有机物，且所述金属源中的金属为铁时，可在还原Fe离子为纳米铁形成非晶纳米铁颗粒的同时在其表面包覆有机物，即可制得上述非晶铁纳米材料。所得非晶铁纳米材料在水中分散良好，颗粒粒径均一。较佳地，所述的起泡剂优选为PluronicF127、P123和SBS中的至少一种。较佳地，所述起泡剂与包覆有机物的摩尔比为(1～50)：1，优选(10～20)：1。较佳地，所述起泡剂和包覆有机物之和与金属源中的金属元素的摩尔比为(0.02～2)：1，优选(0.5～2)：1。较佳地，所述b)中搅拌时可以加热，加热搅拌温度优选为20～98℃，优选为50～95℃。较佳地，所述还原剂可为水合肼、硼氢化钠和次磷酸钠中的至少一种。较佳地，所述还原剂与金属源中的金属元素的摩尔比为(1～10)：1。再一方面，本专利技术还提供上述非晶铁纳米材料在制备核磁共振显影剂上的应用。又一方面，本专利技术还提供上述非晶铁纳米材料在制备癌症治疗药物上的应用。又一方面，本专利技术还提供上述非晶铁纳米材料在制备兼作核磁共振显影剂和癌症治疗药物的材料上的应用。附图说明图1为本专利技术实施例1所制得的非晶铁纳米颗粒分散于水中的透射电镜(TEM)图片；图2为本专利技术实施例1所制得的非晶铁纳米颗粒的电子衍射(SAED)图片；图3为本专利技术实施例1所制得的非晶铁纳米颗粒的XRD图谱；图4为本专利技术实施例1所制得的非晶铁纳米颗粒的傅里叶红外光谱(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非晶铁纳米材料，其特征在于，所述材料包括非晶铁纳米核和非晶铁纳米核表面的有机物包覆层，所述材料中的非晶铁纳米核的直径为10～300 nm。

【技术特征摘要】
1.一种非晶铁纳米材料，其特征在于，所述材料包括非晶铁纳米核和非晶铁纳米核表面的有机物包覆层，所述材料中的非晶铁纳米核的直径为10～300nm。2.一种如权利要求1所述的非晶铁纳米材料，其特征在于，所述非晶铁纳米核表面的有机物包覆层由聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚醚酰亚胺中的至少一种组成。3.一种非晶金属纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a)将金属源和起泡剂在溶剂中混合均匀形成前驱体溶液；b)在惰性气体环境中，搅拌前驱体溶液；c)将惰性气体通入所述前驱体溶液中，鼓泡使前驱溶液气泡化；d)在所述惰性气体环境中加入还原剂；e)分离清洗制得所述非晶金属纳米材料。4.一种如权利要求3所述的非晶金属纳米材料的制备方法，其特征在于，所述金属源的金属外围电子排布为ds构型。5.一种如权利要求4所述的非晶金属纳米材料的制备方法，其特征在于，所述金属源中的金属选自钒、铬、锰、钼、钨、铌、钽、铜、铁、镍、钴中的至少一种。6.一种如权利要求5所述的非晶金属纳米材料的制备方法，其特征在于，铁源为二价和/或三价铁盐，优选为氯化铁、硫酸亚铁、硝酸铁或柠檬酸铁铵中的至少一种。7.一种如权利要求3所述的非晶金属纳米材料的制备方法，其特征在于，所述金属源中的金属元素在所述前躯体溶液中的摩尔浓度为0.005～0.05mol/ml。8.一种如权利要求3所述的非晶金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：张辰，魏晨阳，步文博，施剑林，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31