一种四氧化三铁/聚吡咯/葡萄糖氧化酶复合多功能纳米诊疗剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种四氧化三铁/聚吡咯/葡萄糖氧化酶复合多功能纳米诊疗剂及其制备方法和应用，所述多功能纳米诊疗剂包括由羧基聚吡咯和分散在羧基聚吡咯中的四氧化三铁颗粒组成的基体及修饰于所述基体外表面的葡萄糖氧化酶。

A multifunctional nano-diagnostic and therapeutic agent composed of ferric oxide/polypyrrole/glucose oxidase and its preparation method and Application

The invention relates to a multifunctional nano-diagnostic agent composed of ferric oxide/polypyrrole/glucose oxidase and its preparation method and application. The multifunctional nano-diagnostic agent comprises a matrix composed of carboxyl polypyrrole and ferric oxide particles dispersed in carboxyl polypyrrole and a glucose oxidase modified on the outer surface of the matrix.

【技术实现步骤摘要】
一种四氧化三铁/聚吡咯/葡萄糖氧化酶复合多功能纳米诊疗剂及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种四氧化三铁/聚吡咯/葡萄糖氧化酶复合多功能纳米诊疗剂及其制备方法和应用，属于纳米诊疗剂

技术介绍
癌症是临床医学的重大疾病，已经严重威胁人类生命安全，阻碍社会发展。相关报告显示，我国癌症新增病例数高居世界首位，在肝脏、胃、肺、食道等癌症中，我国的新增病例数和死亡病例数均居世界第1位。2015年，我国癌症新发病病例约为429万，年死亡病例约为281万，这意味着平均每天癌症确诊数为11759人，每分钟平均8人会被确诊为癌症。因而，亟需采取积极有效的防治措施遏制癌症的发展势头，并逐步实现对癌症的早发现、早诊断和早治疗，从而最大限度提高患者的生存质量。近年来，光热治疗(PTT)作为一种新兴的癌症治疗方法因其具有疗效明显、毒副作用小等特点，而备受关注。PTT技术的关键在于开发出高效、稳定和安全的光热剂。聚吡咯(PPy)拥有优异的生物相容性，已被应用于药物传递、组织修复以及生物传感器等领域。另外，PPy具有较好的光热转换性能。在前期的研究中，我们提出了一种叶酸偶联的金纳米粒/聚吡咯/四氧化三铁多功能复合纳米诊疗剂的制备方法(中国专利CN201410623958.6)。通过PPy可以吸收大量808nm近红外光，能高效地将光能转变为热能，并将热能集中在肿瘤位点，有效地将肿瘤细胞杀死。同时，由于复合纳米粒子中含有金纳米粒和超顺磁性四氧化三铁(Fe3O4)等成分，将实现核磁共振成像(MRI)和光热成像相结合的高分辨率图像。
技术实现思路
专利技术要解决的问题：然而，相比于波长范围为750-1000nm的近红外一区(NIR-I)，波长范围为1000-1350nm的近红外生物窗口II(NIR-II)由于发射波长更长，具有更大皮肤可承受光暴露能量上限，也可显著降低光在穿透生物组织时光散射及自荧光效应的影响，使探测深度更深、空间分辨率更高。关于PPy的PTT效果研究仍主要集中的NIR-I区，而在NIR-II区的研究则少之甚少。此外，单一治疗手段都有不同程度的副作用和局限性，故多学科和规范化的综合治疗成为癌症治疗的必然趋势。目前癌症的治疗策略中，化疗仍然是最常用的联合治疗手段之一。但是事实上，剧烈的毒副作用与较低的化疗治疗效果已成为癌症病人的主要死亡因素之一。针对上述问题，本专利技术的目的在于拓展PPy在NIR-II区的光热潜能，并基于肿瘤微环境与正常组织不同，设计仅在肿瘤组织部位高选择性和高特异性的催化药物，从而达到减少正常组织伤害并高选择性杀死肿瘤细胞，实现高效精准治疗。解决问题的手段：在此，一方面，本专利技术提供一种复合多功能纳米诊疗剂，所述复合多功能纳米诊疗剂包括由羧基聚吡咯和分散在所述羧基聚吡咯中的四氧化三铁颗粒组成的基体及修饰于所述基体外表面的葡萄糖氧化酶。本专利技术中，四氧化三铁/聚吡咯/葡萄糖氧化酶复合多功能纳米诊疗剂包括羧基聚吡咯、分散在聚吡咯中的四氧化三铁颗粒、及修饰于由羧基聚吡咯和四氧化三铁颗粒组成的基体外表面的葡萄糖氧化酶。上述复合多功能纳米诊疗剂中，PPy可以将NIRI(808nm)和NIRII(1064nm)激光的光能转化热能从而杀死肿瘤。同时，产生的热量还可使模板区域产生热弹性膨胀而产生超声波信号，经接收器处理实现对肿瘤区域的NIRI和NIRII的光声造影。此外，体系中Fe3O4具有T2模式MRI造影能力。因此，四氧化三铁/聚吡咯/葡萄糖氧化酶复合多功能纳米诊疗剂具备MRI和NIRII区光声诊断肿瘤的性能，并可实现对肿瘤的光热-化学动力学的协同治疗。所述四氧化三铁颗粒与所述羧基聚吡咯的质量比可以为1：(2～6)。所述复合多功能纳米诊疗剂中，所述葡萄糖氧化酶的含量可以为5～15wt.％。所述羧基聚吡咯的粒径可以为30～200nm，所述四氧化三铁颗粒的粒径可以为3～15nm。较佳地，所述四氧化三铁颗粒以原位掺杂的形式分散在羧基聚吡咯中。所述葡萄糖氧化酶可以通过酰胺键将葡萄糖氧化酶中的氨基和羧基聚吡咯的酸基链接修饰于所述基体外表面。所述复合多功能纳米诊疗剂在去离子水中的水动力学半径可以为80～200nm，优选80～120，所述复合多功能纳米诊疗剂在生理盐水中的水动力学半径为100～250nm，优选100～150。另一方面，本专利技术提供一种上述复合多功能纳米诊疗剂的制备方法，包括：将3-羧基吡咯单体和吡咯单体混合均匀，然后与含有三价铁离子的聚乙烯醇溶液混合，冰浴搅拌，在0～10℃下避光静置，制得羧基聚吡咯纳米粒子分散液；将所述羧基聚吡咯纳米粒子分散液用去离子水和乙醇稀释，于55～65℃搅拌回流反应10～30分钟后，加入氨水溶液，于55～65℃持续搅拌反应10～30分钟，再次加入氨水溶液，反应10～30分钟，将得到的四氧化三铁/羧基聚吡咯复合纳米粒子分散在去离子水中，形成四氧化三铁/羧基聚吡咯复合纳米粒子分散液，通入保护性气体，1～10℃低温保存；以及将所述四氧化三铁/羧基聚吡咯复合纳米粒子分散液与羧基活化剂混合，室温搅拌活化0.5～2小时后，向反应体系中加入葡萄糖氧化酶溶液，继续反应12～24小时，得到所述复合多功能纳米诊疗剂。所述3-羧基吡咯单体与所述吡咯单体的质量比可以为1：(0.8～1.5)。所述3-羧基吡咯单体与所述三价铁离子的摩尔比可以为1:(1～5)。所述含有三价铁离子的聚乙烯醇溶液中三价铁离子含量可以为2.5～4wt.％。聚乙烯醇溶液的浓度可以为5wt.％～10wt.％。所述聚乙烯醇溶液可以为聚乙烯醇水溶液。所述羧基活化剂可以为质量比为(1～3):(0.5～1)的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺。保护性气体可以为氩气和氮气等。含有三价铁离子的聚乙烯醇溶液可以通过将三价铁盐与聚乙烯醇溶液混合得到。三价铁盐可以为三氯化铁、硫酸铁和硝酸铁等。将所述羧基聚吡咯纳米粒子分散液用去离子水和乙醇稀释时，稀释前后的分散液的体积比可以为1:(5～20)；两次加入的氨水溶液与稀释后的分散液的体积比分别可以为1:(10～30)。氨水溶液的浓度可以为0.5～1wt.％。较佳地，按照四氧化三铁/羧基聚吡咯复合纳米粒子、羧基活化剂和葡萄糖氧化酶的质量比为(5～20):(1.5～4.2):1的比例，向反应体系中加入葡萄糖氧化酶溶液。又一方面，本专利技术还提供一种上述复合多功能纳米诊疗剂在制备成像剂中的应用，上述复合多功能纳米诊疗剂可用于肿瘤的核磁共振成像、NIRII区光声成像等。又一方面，本专利技术还提供上述复合多功能纳米诊疗剂在制备肿瘤的光热和化学动力学协同治疗药物中的应用，上述复合多功能纳米诊疗剂可用于NIRII区光热和化学动力学协同治疗。本专利技术中，一方面通过系统性地调控有机/无机杂化材料体系，开发PPy同时跨越NIR-I区和NIR-II区作为高效光热剂和光声造影剂的潜能，另一方面该纳米诊疗剂通过科学合理地组合生物活性酶和无机纳米酶，连锁且高效地进行生物酶催化反应和芬顿(Fenton)反应。首先，葡萄糖氧化酶(GOD)选择性地催化肿瘤内的葡萄糖生成过氧化氢(H2O2)与葡萄糖酸。H2O2作为下一步Fenton反应的底物，在酸性条件下被体系中的Fe3O4催化生成高毒性的活性氧物种羟基自由基(OH·)，诱导肿本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合多功能纳米诊疗剂，其特征在于，所述复合多功能纳米诊疗剂包括由羧基聚吡咯和分散在所述羧基聚吡咯中的四氧化三铁颗粒组成的基体及修饰于所述基体外表面的葡萄糖氧化酶。

【技术特征摘要】
1.一种复合多功能纳米诊疗剂，其特征在于，所述复合多功能纳米诊疗剂包括由羧基聚吡咯和分散在所述羧基聚吡咯中的四氧化三铁颗粒组成的基体及修饰于所述基体外表面的葡萄糖氧化酶。2.根据权利要求1所述的复合多功能纳米诊疗剂，其特征在于，所述四氧化三铁颗粒与所述羧基聚吡咯的质量比为1：（2～6）；所述复合多功能纳米诊疗剂中，所述葡萄糖氧化酶的含量为5～15wt.%。3.根据权利要求1或2所述的复合多功能纳米诊疗剂，其特征在于，所述羧基聚吡咯的粒径为30～200nm，所述四氧化三铁颗粒的粒径为3～15nm。4.根据权利要求1至3中任一项所述的复合多功能纳米诊疗剂，其特征在于，所述复合多功能纳米诊疗剂在去离子水中的水动力学半径为80～200nm，所述复合多功能纳米诊疗剂在生理盐水中的水动力学半径为100～250nm。5.一种权利要求1至4中任一项所述的复合多功能纳米诊疗剂的制备方法，其特征在于，包括：将3-羧基吡咯单体和吡咯单体混合均匀，然后与含有三价铁离子的聚乙烯醇溶液混合，冰浴搅拌，在0～10℃下避光静置，制得羧基聚吡咯纳米粒子分散液；将所述羧基聚吡咯纳米粒子分散液用去离子水和乙醇稀释，于55～65℃搅拌回流反应10～30分钟后，加入氨水溶液，于55～65℃持续搅拌反应10～30分钟，再次加入...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯炜，王榕艳，陈雨，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