一种纳米复合材料、其制备方法及应用技术

本申请公开了一种氧化钛纳米复合材料，所述氧化钛纳米复合材料，其特征在于，包括氧化钛纳米泡；所述氧化钛纳米泡内核为气体；所述氧化钛纳米泡的平均粒径为10nm～200nm。所述氧化钛纳米复合材料可实现多模态成像，通过声动力/光动力/光热、超声空化对化疗药物的增敏作用来协同治疗恶性肿瘤。

A nanocomposite material, its preparation method and Application

The present application discloses a titanium oxide nanocomposite, which is characterized by a titanium oxide nanocomposite comprising titanium oxide nanobubbles, a gas core of the titanium oxide nanobubbles, and an average diameter of the titanium oxide nanobubbles ranging from 10 to 200 nm. The titanium oxide nanocomposites can realize multimodal imaging, and synergistically treat malignant tumors through the sensitizing effect of sonodynamic/photodynamic/photothermal and ultrasound cavitation on chemotherapeutic drugs.

【技术实现步骤摘要】
一种纳米复合材料、其制备方法及应用
本申请涉及一种纳米复合材料，具体为一种氧化钛纳米复合材料、其制备方法及应用，属于材料领域。
技术介绍
早期诊断、早期治疗在恶性肿瘤诊疗中具有至关重要的作用。传统的医学影像学检查因其灵敏度、分辨率等多方面的制约，无法有效检测早期肿瘤及微小肿瘤。多模态造影剂采用多种成像模式来获取较完整的生物学信息，从而在形态学改变、功能代谢及病理生理变化上，为肿瘤的早期检测和疗效监测提供了新方法。将超声成像(Ultrasoundimaging,USI)与光声成像(photoacousticimaging,PAI)结合应用，既可获得高灵敏组织结构成像，又可获得高对比度的分子层面信息，在分辨率与成像深度上进行了互补，且这两种成像方式的信号探测设备均为超声探头，因此很容易将这两种成像方式结合起来。超声波的广泛的运用于各个领域就是应用了其空化效应(Acousticcavitation,AC)以及其空化伴随着机械效应、热效应、化学效应、生物效应等等。空化效应是指液体中空化核(微小气泡)在声波作用下产生线性和(或)非线性震荡、膨胀、收缩以及内爆等一系列动力学过程，伴随瞬态高温、高压、冲击波、放电和微射流等多种能量释放行为。而超声空化产生的显著的生物学效应，即声孔效应，组织细胞表面出现“可逆性”小孔，导致细胞膜通透性增高，血管内皮之间紧密连接开放，可引起组织通透性的增加，提高增加局部组织药物浓度。氧化钛纳米复合材料作为一种高效的外源性空化核，经静脉注入血液循环后，可以显著提高体内空化核的数量和浓度，明显降低空化阈值，增强空化效应。以纳米粒子为载体的药物输送体系，可利用细胞膜内吞作用在一定程度上逆转肿瘤细胞的多药耐药现象，且能够结合超声空化效应增加肿瘤部位的药物浓度，减轻化疗副作用，对癌症的治疗具有重要意义。光动力治疗(photodynamictherapy，PDT)是一种安全、有效、相对低成本的非侵人性肿瘤治疗方法，其主要原理是利用光激活光敏剂，引发光动力效应，产生活性氧物质，引起病变细胞坏死和凋亡，目前已应用于皮肤、头颈部、食管、胰腺、膀胱等部位。肿瘤的治疗中由于目前临床上所使用的光敏剂激发波长主要在可见光及紫外光区域，造成PDT的使用范围局限于浅层及空腔脏器肿瘤。白二氧化钛(TiO2)纳米材料是一种重要的无机光敏剂，因其生物相容性好、毒副作用低、稳定性高等优势，被广泛地用于纳米生物医学领域，用于恶性肿瘤的光动力治疗研究。白TiO2带隙宽(3.2eV)，只能被波长380nm以下紫外光激发。然而，紫外光是一种突变诱发剂，能损伤传导路径上的正常细胞，并且其组织穿透深度有限，应用受到极大的限制。因此，实际应用中常通过参杂不同的纳米粒子、表面修饰生物染料或无机量子点，将激发光从紫外光红移至近红外-可见光区；或通过上转化的方法来间接利用紫外光。上转换纳米材料(upconversionnanoparticles，UCNPs)具有将近红外光转换为可见光的特性，可在PDT应用中发挥类似转换器的作用，将其吸收的近红外光转换为能够激活所负载光敏剂的适宜波长的光，从而增加PDT的治疗深度。黑TiO2(B-TiO2)是传统白TiO2还原的产物，其带隙能由3.2eV缩短至1.5eV，具有～1200nm的全光谱吸收性能。这种氧空位的B-TiO2能在超声激发下产生强氧化性的光生空穴(h+)和强还原性的光生电子(e-)，继而产生大量的活性自由基(ROS)，杀伤肿瘤细胞。因此，纳米B-TiO2已被广泛应用于肿瘤细胞的声动力治疗(Sonodynamictherapy,SDT)研究领域。此外，由于非辐射重复作用，B-TiO2还可以作为热敏剂应用于肿瘤的光热治疗(PhotothermalTherapy,PTT)，在近红外光的激发下选择性地杀伤肿瘤细胞，而不对周围正常组织造成影响。因此，寻找可同时用于多模态显像及肿瘤治疗的纳米粒子，是肿瘤诊治的重要研究方向。
技术实现思路
根据本申请的一个方面，提供了一种氧化钛纳米复合材料，所述氧化钛纳米复合材料具有超声、光声、MRI成像信号功能，能通过配体-受体作用，识别并被癌细胞摄取，提高病灶与正常组织分界，有望在疾病早期做出诊断。所述氧化钛纳米复合材料能在超声空化仪作用下产生空化效应，有效提高肿瘤部位化疗药物浓度，与化疗药物有协同治疗效果。此外，纳米复合材料的超声波响应活性能够将吸收的超声波高效地转化为ROS，其近红外光相应活性能够将吸收的超声波高效地转化为热能，提高对肿瘤部位的消融效果。所述纳米复合材料可实现多模态成像，通过声动力/光动力/光热、超声空化对化疗药物的增敏作用来协同治疗恶性肿瘤。所述氧化钛纳米复合材料，其特征在于，包括氧化钛纳米泡；所述氧化钛纳米泡内核为气体；所述氧化钛纳米泡的平均粒径为10nm～200nm。可选地，所述氧化钛纳米泡的平均粒径为50nm～150nm；所述气体选自非活性气体、二氧化碳、氧气、空气中的至少一种。可选地，所述非活性气体选自氟碳气体、氟硫气体中的至少一种；可选地，所述非活性气体为全氟丙烷。可选地，所述氧化钛纳米泡为含有介孔的中空结构；所述介孔的孔径为0.3nm～5nm。可选地，所述氧化钛纳米泡选自白氧化钛纳米泡、黑氧化钛纳米泡中的至少一种。可选地，所述氧化钛纳米复合材料包括脂质微泡/氧化钛纳米泡、外层修饰的氧化钛纳米泡、上转换物质/氧化钛纳米泡、脂质微泡/进行外层修饰的氧化钛纳米泡、上转换物质/外层修饰的氧化钛纳米泡。可选地，所述脂质微泡/氧化钛纳米泡中脂质微泡和氧化钛的比例为1：3～1:10；所述外层修饰的氧化钛纳米泡中外层修饰物与氧化钛纳米泡的比例为1：3～1:10；所述上转换物质/氧化钛纳米泡中上转换物质与氧化钛纳米泡的比例为1：3～1:10；所述脂质微泡/外层修饰的氧化钛纳米泡中脂质微泡和外层修饰的氧化钛纳米泡的比例为1：3～1:10；所述上转换物质/外层修饰的氧化钛纳米泡中上转换物质和外层修饰的氧化钛纳米泡的比例为1：3～1:10。上述的比例可以为质量比，也可以为数量比，本领域技术人员，可根据实际需要进行调节纳米泡中各组分的比例。可选地，所述外层修饰的氧化钛纳米泡的外层组分选自表面修饰剂、药物、MRI对比剂、靶向分子中的至少一种；所述上转换物质选自NaYF4:Yb3+/Tm3+、NaYF4:Er3+/Yb3+、NaYF4:Yb3+/Tm3+、NaYF4:Tm3+/Er3+、NaYF4:Yb3+/Tm3+/Er3+中的至少一种；所述脂质微泡选自含有羧基的脂质微泡中的至少一种。可选地，所述外层修饰的氧化钛纳米泡的外层组分选自表面修饰剂、化疗药物、MRI对比剂、肿瘤特异性靶向分子中的至少一种。可选地，所述表面修饰剂选自聚乙二醇、氨基聚乙二醇、羧基聚乙二醇、磷脂聚乙二醇羧基、葡聚糖、羧甲基葡聚糖、羧甲基壳聚糖、羧甲基淀粉、聚丙烯酸、聚苯乙烯-b-聚丙烯酸、聚马来酸、聚乳酸、聚乳酸-羟基乙酸、聚多巴胺、聚乙烯亚胺、聚乙烯胺、脂质体、白蛋白纳米球中的至少一种；所述药物选自顺铂、阿霉素、紫杉醇、吉西他滨中的至少一种；所述MRI对比剂包含超顺磁Fe3O4纳米粒子、Mn3O4纳米粒子、Gd2O3纳米粒子、顺磁性金属离子Gd2+、顺磁性金属离子Gd2+络合物、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化钛纳米复合材料，其特征在于，包括氧化钛纳米泡；所述氧化钛纳米泡内核为气体；所述氧化钛纳米泡的平均粒径为10nm～200nm。

【技术特征摘要】
1.一种氧化钛纳米复合材料，其特征在于，包括氧化钛纳米泡；所述氧化钛纳米泡内核为气体；所述氧化钛纳米泡的平均粒径为10nm～200nm。2.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述氧化钛纳米泡的平均粒径为50nm～150nm；所述气体选自非活性气体、二氧化碳、氧气、空气中的至少一种；优选地，所述非活性气体选自氟碳气体、氟硫气体中的至少一种；进一步优选地，所述非活性气体为全氟丙烷；优选地，所述氧化钛纳米泡为含有介孔的中空结构；所述介孔的孔径为0.3nm～5nm；优选地，所述氧化钛纳米泡选自白氧化钛纳米泡、黑氧化钛纳米泡中的至少一种；优选地，所述氧化钛纳米复合材料包括脂质微泡/氧化钛纳米泡、外层修饰的氧化钛纳米泡、上转换物质/氧化钛纳米泡、脂质微泡/进行外层修饰的氧化钛纳米泡、上转换物质/外层修饰的氧化钛纳米泡；优选地，所述脂质微泡/氧化钛纳米泡中脂质微泡和氧化钛的比例为1:3～1:10；所述外层修饰的氧化钛纳米泡中外层修饰物与氧化钛纳米泡的比例为1:3～1:10；所述上转换物质/氧化钛纳米泡中上转换物质与氧化钛纳米泡的比例为1:3～1:10；所述脂质微泡/外层修饰的氧化钛纳米泡中脂质微泡和外层修饰的氧化钛纳米泡的比例为1:3～1:10；所述上转换物质/外层修饰的氧化钛纳米泡中上转换物质和外层修饰的氧化钛纳米泡的比例为1:3～1:10；优选地，所述外层修饰的氧化钛纳米泡的外层组分选自表面修饰剂、药物、MRI对比剂、靶向分子中的至少一种；所述上转换物质选自NaYF4:Yb3+/Tm3+、NaYF4:Er3+/Yb3+、NaYF4:Yb3+/Tm3+、NaYF4:Tm3+/Er3+、NaYF4:Yb3+/Tm3+/Er3+中的至少一种；所述脂质微泡选自含有羧基的脂质微泡中的至少一种；优选地，所述表面修饰剂选自聚乙二醇、氨基聚乙二醇、羧基聚乙二醇、磷脂聚乙二醇羧基、葡聚糖、羧甲基葡聚糖、羧甲基壳聚糖、羧甲基淀粉、聚丙烯酸、聚苯乙烯-b-聚丙烯酸、聚马来酸、聚乳酸、聚乳酸-羟基乙酸、聚多巴胺、聚乙烯亚胺、聚乙烯胺、脂质体、白蛋白纳米球中的至少一种；所述药物选自顺铂、阿霉素、紫杉醇、吉西他滨中的至少一种；所述MRI对比剂包含超顺磁Fe3O4纳米粒子、Mn3O4纳米粒子、Gd2O3纳米粒子、顺磁性金属离子Gd2+、顺磁性金属离子Gd2+络合物、顺磁性金属离子Mn2+、顺磁性金属离子Mn2+络合物、顺磁性金属离子Fe2+、顺磁性金属离...

【专利技术属性】
技术研发人员：张涛，吴爱国，任文智，蒋振奇，薛婷，马雪华，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33