具有增强光动力活性的纳米复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术是一种具有增强光动力活性的纳米复合材料及其制备方法。纳米复合材料为上转换纳米晶@SiO2@TiO2/Au，是由上转换纳米晶、外围依次包裹的SiO2和TiO2壳层以及沉积在TiO2壳层表面的Au纳米粒构成的，其中TiO2为以纳米粒构成的多孔TiO2壳层。纳米复合材料的粒径为40～98nm，Au粒的尺寸为3.0～20.2nm。制备方法包括如下步骤：(1)采用控制水解法为SiO2包裹的上转换纳米晶包裹TiO2壳；(2)采用光化学法在TiO2表面负载Au粒。本发明专利技术的制备工艺简单、效率高，产物的形貌均匀，组成和尺寸的可控性好，产生活性氧物种的能力强，光动力活性优异，其在光动力治疗领域应用前景好。

Nano composite material with enhanced photodynamic activity and preparation method thereof

The invention is a nano composite material with enhanced photodynamic activity and a preparation method thereof. The nanocomposites consist of up-conversion nanocrystals @SiO2@TiO2/Au, SiO2 and TiO2 shell coated in turn and Al nanoparticles deposited on the surface of TiO2 shell. Among them, TiO2 is a porous TiO2 shell composed of nanoparticles. The particle size of the nanocomposite is 40 ~ 98nM, and the size of Au particle is 3 ~ 20.2nm. The preparation method comprises the following steps: (1) SiO2-coated upconversion nanocrystals are used to coat the titanium dioxide shell by controlled hydrolysis method; (2) Au particles are loaded on the surface of the titanium dioxide by photochemical method. The invention has the advantages of simple preparation process, high efficiency, uniform product morphology, good controllability of composition and size, strong ability to produce reactive oxygen species, excellent photodynamic activity, and good application prospect in the field of photodynamic therapy.

【技术实现步骤摘要】
具有增强光动力活性的纳米复合材料及其制备方法
本专利技术涉及纳米材料制备
，具体涉及一种具有增强光动力活性的纳米复合材料及其制备方法。
技术介绍
近年来，发病率不断增高的癌症严重威胁人类健康和生命。传统癌症治疗手段存在一些弊端：手术难以应对癌细胞扩散的病情且会造成较严重的机体创伤，放疗和化疗的对肿瘤细胞的治疗选择性差、副作用大。相比之下，光动力治疗是一种非入侵性的癌症治疗方法，借助入射光照射富集于肿瘤组织的光敏药物，光敏药物在一系列光物理和光化学过程中生成包括单线态氧在内的活性氧物种(ROS)，进而杀死肿瘤细胞、实现癌症的治疗。由于光敏药物自身无毒、光动力治疗仅发生在激发光照射和穿透的部位，因此，该治疗方法具有较好的安全性和局域性。然而，传统光敏药物多为借助可见光(400～760nm)激发的有机小分子，激发光的组织穿透深度有限(通常仅数毫米)，故该方法多用于治疗皮肤癌、食管癌等癌细胞处于浅表层的癌症，难以有效用于处于深组织或大尺寸的肿瘤的治疗。由于稀土掺杂的上转换纳米晶具有吸收近红外光、发射紫外光和可见光的能力，利用这一性质可以设计以深组织穿透的近红外光为激发光、具有光敏剂功能的纳米材料。文献(NatureCommunication，2012，18：1580-1585)报道了以介孔SiO2包裹NaYF4:Yb3+/Er3+纳米晶负载有机光敏剂锌酞菁和步华青54构建具有光动力活性的纳米药物，在980nm近红外光照射下，利用NaYF4:Yb3+/Er3+的上转换发光激发光敏剂，产生ROS以杀灭肿瘤细胞、抑制老鼠体内肿瘤生长。专利(CN104342145A；CN104784692A)提供了可用于光动力治疗的有机光敏剂负载的上转换纳米晶的制备方法。然而，由于有机光敏剂的化学稳定性差，易发生光漂白且在体内环境下有从纳米粒上泄漏的风险，此类负载型光敏药物的体内光动力治疗应用上受到限制。相比有机光敏剂，TiO2的化学稳定性好、ROS产生能力强，可以用作无机光敏剂在紫外光下光动力灭活细胞。文献(ACSNano，2015，9：2584-2599；Biomaterials，2015，57：93-106)报道了将TiO2与上转换纳米晶复合制备无机光敏剂上转换纳米晶-TiO2复合粒子的方法，在近红外光照射下利用上转换纳米晶发射的紫外光激发TiO2产生ROS，可以用于抑制小鼠体内的肿瘤生长、延长存活时间。然而，由于上转换纳米晶发光的量子产率普遍较低同时TiO2的光生电子-空穴容易发生复合，导致此类无机光敏剂的能量转化效率在总体上非常低，表现为ROS产生能力较弱、光动力活性有待提升。此外，功能分子的表面修饰是上转换纳米晶-TiO2复合粒子的体内应用的前提，上述文献采用先利用硅烷偶联改性TiO2表面、然后偶联修饰分子的方法，但是硅烷偶联剂的改性会消耗TiO2表面部分羟基、封闭TiO2表面的部分光催化活性位点，造成药物的光动力活性进一步减弱。在这种情况下，为了维持光动力治疗所需的有效剂量，必须增大近红外激发光的功率密度，这将加大患者皮肤被热效应显著的近红外光灼伤的风险。因此，如何有效提高上转换纳米晶-TiO2复合粒子的上转换发光效率、改进药物的ROS产生能力和光动力活性，成为此类纳米材料作为无机光敏剂安全和高效地应用于体内肿瘤细胞灭活的首要前提和关键技术。
技术实现思路
本专利技术提供一种具有增强光动力活性的上转换纳米晶@SiO2@TiO2/Au纳米复合材料及其制备方法，解决现有技术制备的上转换纳米晶-TiO2类纳米材料的上转换发光效率和ROS产生能力较低、光动力活性较弱的问题，产物具有良好的光动力活性。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：本专利技术提供的具有增强光动力活性的纳米复合材料，是一种上转换纳米晶@SiO2@TiO2/Au纳米复合材料，是由上转换纳米晶、外围依次包裹的SiO2和TiO2壳层以及沉积在TiO2壳层表面的Au纳米粒构成的，其中TiO2为以纳米粒构成的多孔TiO2壳层。纳米复合材料的粒径为40～98nm，Au粒的平均尺寸为3.0～20.2nm。该纳米复合材料的特征为：所述的上转换纳米晶为NaYF4:Yb3+/Tm3+、NaYF4:Yb3+/Tm3+@NaGdF4:Yb3+、NaGdF4:Yb3+/Tm3+中的一种，在980nm近红外激发光照射下可以发射紫外光和可见光。本专利技术提出的具有增强光动力活性的纳米复合材料的制备方法包括两个步骤：(1)TiO2壳层的制备：将SiO2包裹的上转换纳米晶分散在20mL体积比为1:1的水/乙醇混合溶剂中，然后依次加入二乙烯三胺、钛酸四丁酯溶液，在70℃下搅拌反应8h，将固体产物用水洗净后分散在80mL水中，在120℃下水热反应4h，得到上转换纳米晶@SiO2@TiO2复合粒子；其中SiO2包裹的上转换纳米晶的用量为1mmol，二乙烯三胺的用量为50mmol，钛酸四丁酯溶液使用乙醇作溶剂配制，浓度为1mol/L，用量为1～5mL。(2)Au粒的负载：将步骤(1)制备的上转换纳米晶@SiO2@TiO2复合粒子分散在20mL水/醇混合溶剂中，使用紫外光照射分散液进行光化学反应30min，加入金前驱物溶液后继续照射反应2～20min，得到上转换纳米晶@SiO2@TiO2/Au纳米复合材料；其中上转换纳米晶@SiO2@TiO2复合粒子为0.1mmol，金前驱物溶液的浓度为0.1mol/L，用量为20～500μL。本专利技术首先使用控制水解法使钛酸四丁酯水解产生TiO2，使其在SiO2包裹的上转换纳米晶外围形成纳米粒并组合多孔TiO2壳，利用水热反应促进TiO2的晶化。此处，SiO2壳层一方面具有连接上转换纳米晶与TiO2的作用，避免因晶格不匹配导致TiO2难以在上转换纳米晶表面复合的问题；另一方面，由于现有合成技术能容易地控制SiO2壳层的厚度，而Au与上转换纳米晶发光的间距对Au增强上转换发光的程度影响显著，使用SiO2壳层可以方便地调节本专利技术产物上转换纳米晶@SiO2@TiO2/Au中Au与上转换纳米晶的间距，为增强上转换纳米晶的发光强度、优化产物的光动力活性提供了便利。随后，在醇/水体系中，紫外光能光解金前驱物、生成Au单质，同时，紫外光照射下TiO2的光生电子也可以还原金前驱物、进而使Au在TiO2的表面原位成核和生长。因此，采用光化学法在上转换纳米晶@SiO2@TiO2表面沉积Au粒具有如下技术优势：其一，可以通过控制光化学反应进程来调控Au粒的尺寸，特别适用于获得小尺寸金纳米粒，有利于优化制备ROS产生能力高的上转换纳米晶@SiO2@TiO2/Au；其二，整个光化学过程无需添加稳定剂或表面活性剂，因此Au粒的表面清洁、无稳定剂或表面活性剂，避免了被产物吸附或结合的稳定剂或表面活性剂在生物体系应用中可能产生毒副作用的负面影响。本专利技术采用的光化学反应分两个阶段，第一阶段利用紫外光照射上转换纳米晶@SiO2@TiO2复合粒子，其作用在于激活TiO2的光催化性能；第二阶段加入金前驱物溶液继续光化学反应的步骤，其作用在于使金前驱物在TiO2光催化和紫外光光解的双重作用下被快速还原、生成的Au单质在TiO2表面原位成核和生长。相比不预先照射上转换纳米晶@SiO2@TiO2复合粒子、仅直接照射含本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有增强光动力活性的纳米复合材料，其特征在于由上转换纳米晶、外围依次包裹的SiO2和TiO2壳层，以及沉积在TiO2壳层表面的Au纳米粒构成为上转换纳米晶@SiO2@TiO2/Au复合材料，其中TiO2为以纳米粒构成的多孔TiO2壳层。

【技术特征摘要】
1.一种具有增强光动力活性的纳米复合材料，其特征在于由上转换纳米晶、外围依次包裹的SiO2和TiO2壳层，以及沉积在TiO2壳层表面的Au纳米粒构成为上转换纳米晶@SiO2@TiO2/Au复合材料，其中TiO2为以纳米粒构成的多孔TiO2壳层。2.根据权利要求1所述的纳米复合材料，其特征在于：所述上转换纳米晶采用NaYF4:Yb3+/Tm3+、NaYF4:Yb3+/Tm3+@NaGdF4:Yb3+、NaGdF4:Yb3+/Tm3+中的一种。3.根据权利要求1所述的纳米复合材料，其特征在于：该纳米复合材料的平均粒径为40～98nm，Au粒的平均尺寸为3.0～20.2nm。4.一种具有增强光动力活性的纳米复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)TiO2壳层的制备：将SiO2包裹的上转换纳米晶分散在20mL体积比为1:1的水/乙醇混合溶剂中，然后依次加入二乙烯三胺、钛酸四丁酯溶液，在70℃下搅拌反应8h，将固体产物用水洗净后分散在80mL水中，在120℃下水热反应4h，得到上转换纳米晶@SiO2@TiO2复合粒子；其中SiO2包裹的上转换纳米晶的用量为1mmol，二乙烯三胺的用量为50mmol，钛酸四丁酯溶液使用乙醇作溶剂配制，浓度为1mol/L，用量为1～5mL；(2)Au粒的负载：将步骤(1)制备的上转换纳米晶@SiO2@TiO2复合粒子分散在20mL水/醇混合溶剂中，使用紫外光照射分散液进行光化学反应30min，加入金前驱物溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员：宫培军，梁天华，刘振锋，董孟杰，童国秀，乔儒，袁军华，王瑶，
申请(专利权)人：浙江师范大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33