一种负载钆和硫化铜的聚乙烯亚胺纳米凝胶及其制备和应用制造技术

本发明专利技术涉及一种负载钆和硫化铜的聚乙烯亚胺纳米凝胶及其制备和应用。该凝胶包括叶酸、DTPA‑Gd复合物、1,3‑丙烷磺酸内酯、硫化铜和聚乙烯亚胺纳米凝胶。该制备方法包括：聚乙烯亚胺纳米凝胶制备，钆、叶酸和两性离子修饰的聚乙烯亚胺纳米凝胶复合物制备，负载钆和硫化铜的聚乙烯亚胺纳米凝胶制备。该凝胶尺寸分布均匀，具有良好的溶液分散性和细胞相容性，同时显著提高了r1弛豫率，具有优良的光热转换效率，在MR成像以及PTT领域具有潜在的应用价值。

Polyethyleneimine nanomaterials loaded with gadolinium and copper sulfide and their preparation and Application

The invention relates to a polyethyleneimine nano gel loaded with gadolinium and copper sulfide, and its preparation and application. The gel consists of folic acid, DTPA Gd complex, 1,3 propane sulfonate, copper sulfide and polyethyleneimine nanomaterials. The preparation methods include preparation of polyethyleneimine nanogels, gadolinium, folic acid and zwitterionic modified polyethyleneimine nanogel composites, and preparation of gimethyleneimine nanogels loaded with gadolinium and copper sulfide. The gel has uniform size distribution, good dispersibility and biocompatibility, and significantly improves the R1 relaxation rate. It has excellent photothermal conversion efficiency and has potential application in MR imaging and PTT.

【技术实现步骤摘要】
一种负载钆和硫化铜的聚乙烯亚胺纳米凝胶及其制备和应用
本专利技术属于纳米诊疗剂及其制备和应用领域，特别涉及一种负载钆和硫化铜的聚乙烯亚胺纳米凝胶及其制备方法和应用。
技术介绍
磁共振(MR)成像技术是七十年代发展起来的一种先进医学成像诊断技术，已广泛用于人体多种疾病的检测和早期诊断。MR成像具有较高的分辨率，较高的空间和断层成像能力，无放射引起的电离损害，同时可获得解剖及生理信息，具有其他医学成像无可比拟的优点。MR成像在疾病监测领域发挥越来越重要的作用。但MR成像的弱点是其敏感性较低，而且不同器官或肿瘤组织的弛豫时间相互重叠使MR成像诊断困难。近年来，通过注射MR成像造影剂的方法可以有效解决MR成像敏感性较低的问题，显著提高成像的对比度和清晰度。因此选择合适的MR造影剂就显得尤为重要。热疗(Hyperthermia)是近年来癌症治疗领域的研究热点之一。热疗的理论基础是肿瘤细胞比正常细胞对高温更敏感。它主要利用一些物理的能量转换，使得肿瘤部位的温度升高，而高温则能造成癌细胞各种质膜的破裂并影响DNA复制等生物学活动，进而杀死癌细胞，以达到治疗的目的。相比贵金属纳米颗粒(金，银，铂)，碳类材料(石墨烯，碳纳米棒)，有机染料物质(吲哚菁绿)及导电高分子材料(聚苯胺，聚吡咯)，硫化铜(CuS)作为一种典型的铜基半导体纳米材料，它具有优异的光热稳定性和较高的消光系数，同时还具备天然的降解性能。因此，CuS作为光热转换材料应用于癌症的光热治疗近年来得到了快速发展。通过诊疗一体化实现肿瘤的精准诊断和高效治疗一直是现代医学关注和追求的重要目标。实现诊疗一体化，有利于在癌症治疗过程中，运用影像诊断的方法精确定位病灶，监测疗效。毫无疑问，实现癌症临床的诊疗一体化，有利于达到癌症治疗最佳效果，并减少毒副作用。纳米技术的发展给癌症的诊疗带来了福音，越来越多的纳米载体，例如胶束、纳米凝胶和树状大分子等，已经被广泛地运用于构建兼具诊断与治疗功能的纳米载体上。其中纳米凝胶(NGs)这类载体在生物医学领域的各个方面，特别是药物传递、肿瘤诊断和组织工程领域，表现出极大的应用潜力。纳米凝胶是由亲水性或两亲性的高分子链通过物理或者化学交联的方式组成的三维网状结构的水凝胶颗粒，它是一种纳米尺度的软体材料。纳米凝胶具有许多优良的特性，如良好的胶体稳定性、生物相容性、高负载能力、易于多功能化、易被细胞吞噬、易进入肿瘤组织等，促进了其在生物医学领域中的应用。同时有文献报道表明，以纳米凝胶作为载体负载MR成像造影元素，可显著提高r1或r2弛豫率(J.Mater.Res.2014,29(15),1626-1634；Biomater.Sci.2016,4(10),1422-1430)。超支化PEI是商业上广泛使用的一种高分子聚合物，超支化PEI由于表面含有丰富的氨基，因此其可以进行各种功能化修饰，实现不同的功效，因此其在生物医学领域能够有良好的应用。检索国内外文献尚没有发现关于聚乙烯亚胺纳米凝胶负载钆和硫化铜纳米颗粒的制备及其用于肿瘤MR成像/光热治疗(photothermaltherapy，PTT)的研究报道。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种负载钆和硫化铜的聚乙烯亚胺纳米凝胶及其制备方法和应用，以克服现有技术中纳米诊疗剂效果不佳的缺陷。本专利技术的一种负载钆和硫化铜的聚乙烯亚胺纳米凝胶，所述凝胶包括：叶酸、DTPA-Gd复合物、1,3-丙烷磺酸内酯1,3-PS、硫化铜和聚乙烯亚胺纳米凝胶，其中叶酸、DTPA-Gd复合物、1,3-丙烷磺酸内酯1,3-PS均通过化学键合修饰在聚乙烯亚胺纳米凝胶的表面，硫化铜原位负载在纳米凝胶内部。所述凝胶PEI、Gd、FA、1,3-PS的摩尔比为1:15～25:2～4:25～35。本专利技术的一种负载钆和硫化铜的聚乙烯亚胺纳米凝胶的制备方法，包括：(1)将聚乙烯亚胺PEI和N,N-亚甲基双丙烯酰胺BIS以摩尔比为1:15～1:25溶解于水中，混合搅拌，将得到的溶液逐滴加入Span80溶液中，再次搅拌，将得到的W/O聚合物乳液超声破碎，得到的乳液中滴加三乙胺，搅拌过夜，离心，将得到的下层用溶剂分散，透析，得到聚乙烯亚胺纳米凝胶PEINGs，其中PEI、Span80和三乙胺的摩尔比为1:250～350:800～900；(2)将DTPA-Gd复合物溶液加入到步骤(1)中PEINGs的溶液中，反应，加入FA-PEG-NHS，继续反应，加入1,3-丙烷磺酸内酯1,3-PS，搅拌，得到钆、叶酸和两性离子修饰的聚乙烯亚胺纳米凝胶复合物FA:Gd@b-PEINGs，其中PEINGs、DTPA-Gd复合物中Gd、FA-PEG-NHS中FA、和1,3-PS的摩尔比为1:15-25:2-4:25-35；(3)将氯化铜溶液加入步骤(2)中FA:Gd@b-PEINGs的溶液中，搅拌，加入硫化钠溶液，继续搅拌，反应，得到负载钆和硫化铜的聚乙烯亚胺纳米凝胶FA:CuS:Gd@b-PEINGs；其中FA:Gd@b-PEINGs、氯化铜和硫化钠的摩尔比为1:15-20:85-95。所述步骤(1)中混合搅拌时间为10～20min；再次搅拌时间为20～40min。所述步骤(1)中超声破碎时间为2～3min。所述步骤(1)中Span80溶液浓度为10-30mg/mL，溶剂为甲苯。所述步骤(1)中搅拌转速为800～1500rpm；离心转速为8000～20000rpm。所述步骤(1)中溶剂为甲醇。所述步骤(1)中透析是采用截留分子量为8-14kDa透析袋。所述步骤(2)中DTPA-Gd复合物的制备方法包括：将金属螯合剂二乙烯基三胺基五乙酸二酐DTPA与六水硝酸钆Gd(NO3)3·6H2O的水溶液混合搅拌10～15h，即得；其中DTPA与Gd(NO3)3·6H2O的摩尔比为1:1.6～2.2。所述步骤(2)中FA-PEG-NHS的制备方法包括：取叶酸FA溶于二甲基亚砜中，加入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐EDC和N-羟基琥珀酰亚胺NHS活化2～4h，加入NH2-PEG-COOH反应2～4d，透析冻干，得到FA-PEG-COOH；其中FA、EDC、NHS和NH2-PEG-COOH的摩尔比为1:0.6～1:0.6～1:2～3；将得到的FA-PEG-COOH溶于超纯水中，加入EDC和NHS活化2～4h，得到FA-PEG-NHS。所述步骤(2)中反应时间为10～15h；继续反应时间为2～4d。所述步骤(2)中搅拌时间为2～4h。所述步骤(3)中搅拌温度为室温，搅拌时间为20～40min。所述步骤(3)中继续搅拌温度为室温，时间为4～6min。所述步骤(3)中反应温度为50～70℃，反应时间为1～2h。本专利技术的一种负载钆和硫化铜的聚乙烯亚胺纳米凝胶的应用。例如，用于肿瘤的MR成像和PTT，体现出增强的体外、体内成像效果和优良的体内治疗效果。本专利技术通过反相微乳液的方法制备合成聚乙烯亚胺(PEI)纳米凝胶，然后凝胶表面修饰DTPA-Gd络合物、叶酸和两性离子1,3-丙烷磺酸内酯(1,3-PS)，最后，将制备的FA:Gd@b-PEINGs作为纳米反应器，原位制备合成硫化铜纳米颗粒，最终得到FA:CuS:Gd@b-PEINGs。本专利技术使用Zeta电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负载钆和硫化铜的聚乙烯亚胺纳米凝胶，其特征在于，所述凝胶包括：叶酸、DTPA‑Gd复合物、1,3‑丙烷磺酸内酯1,3‑PS、硫化铜和聚乙烯亚胺纳米凝胶，其中叶酸、DTPA‑Gd复合物和1,3‑丙烷磺酸内酯1,3‑PS均通过化学键合修饰在聚乙烯亚胺纳米凝胶的表面，硫化铜原位负载在纳米凝胶内部。

【技术特征摘要】
1.一种负载钆和硫化铜的聚乙烯亚胺纳米凝胶，其特征在于，所述凝胶包括：叶酸、DTPA-Gd复合物、1,3-丙烷磺酸内酯1,3-PS、硫化铜和聚乙烯亚胺纳米凝胶，其中叶酸、DTPA-Gd复合物和1,3-丙烷磺酸内酯1,3-PS均通过化学键合修饰在聚乙烯亚胺纳米凝胶的表面，硫化铜原位负载在纳米凝胶内部。2.根据权利要求1所述凝胶，其特征在于，所述凝胶PEI、Gd、FA、1,3-PS的摩尔比为1:15～25:2～4:25～35。3.一种负载钆和硫化铜的聚乙烯亚胺纳米凝胶的制备方法，包括：(1)将聚乙烯亚胺PEI和N,N-亚甲基双丙烯酰胺BIS以摩尔比为1:15～1:25溶解于水中，混合搅拌，将得到的溶液逐滴加入Span80溶液中，再次搅拌，将得到的W/O聚合物乳液超声破碎，滴加三乙胺，搅拌过夜，离心，将得到的下层用溶剂分散，透析，得到聚乙烯亚胺纳米凝胶PEINGs，其中PEI、Span80和三乙胺的摩尔比为1:250～350:800～900；(2)将DTPA-Gd复合物溶液加入到步骤(1)中PEINGs的溶液中，反应，加入FA-PEG-NHS，继续反应，加入1,3-丙烷磺酸内酯1,3-PS，搅拌，得到钆、叶酸和两性离子修饰的聚乙烯亚胺纳米凝胶复合物FA:Gd@b-PEINGs，其中PEINGs、DTPA-Gd复合物中Gd、FA-PEG-NHS中FA和1,3-PS的摩尔比为1:15-25:2-4:25-35；(3)将氯化铜溶液加入步骤(2)中FA:Gd@b-PEINGs的溶液中，搅拌，加入硫化钠溶液，继续搅拌，反应，得到负载钆和硫化铜的聚乙烯亚胺纳米凝胶FA:CuS:Gd@b-PEINGs；其中FA:Gd@b-PEINGs、氯化铜和硫化钠的摩尔比为1:15-20:85-95。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：史向阳，张昌昌，孙文杰，徐放，夏进东，王玥，
申请(专利权)人：东华大学，上海市松江区中心医院，
类型：发明
国别省市：上海,31