一种复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种复合材料，所述复合材料包括纳米粒子和柔性基材，所述纳米粒子包括碳纳米管、石墨烯、金纳米粒子和聚多巴胺纳米粒子中的一种或多种，所述柔性基材包括聚二甲基硅氧烷等热固性塑料和水凝胶中的一种或多种，复合材料中所述纳米粒子的质量百分比为0～60

【技术实现步骤摘要】
一种复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种复合材料，具体是包含纳米粒子和柔性基材的复合材料，本专利技术还涉及了上述复合材料的制备方法以及复合材料在细胞内大分子递送中的应用。

技术介绍

[0002]纳米粒子因其纳米级尺寸而拥有独特的光、电、催化等特性，其中某些纳米粒子(例如Au等金属纳米粒子、四氧化三铁等金属氧化物纳米粒子及聚多巴胺等聚合物纳米粒子)因具有优异的表面等离子共振效应，能够大量地吸收激光能量并转化成热能，因而被广泛应用于肿瘤光热治疗及体内外细胞内光热大分子递送等领域。
[0003]细胞内大分子递送技术可通过引入功能性外源性大分子赋予细胞特定性能，是众多生物医学研究工作得以开展和临床应用的关键。目前常用的大分子递送方法主要包括载体法(包括病毒载体、脂质体或聚合物载体)和物理破膜法。其中，病毒载体法虽然效率高，但其安全性差及只能递送核酸的缺点制约了其进一步的应用。在递送核酸时，大多数病毒会将病毒本身DNA整合到宿主细胞中，从而造成宿主细胞基因突变，严重的甚至会导致改性细胞植入体内后癌变，危害人体健康。因此，病毒载体法转染细胞在实际临床医学中难以广泛应用。而脂质体和聚合物载体法则因传递效率低、细胞毒性强而难以大规模使用。
[0004]相较于载体法递送外源性大分子技术，物理破膜法递送外源性大分子技术由于递送效率高、细胞毒性低、普适性强，且克服了传统病毒载体感染性强、安全性低等缺点，越来越受到人们的关注。根据破膜方式的不同，物理破膜法主要分为机械破膜法、电磁/热破膜法两种，包括细胞挤压破膜(文献1)、显微注射(文献2)、电穿孔法(文献3)、光热破膜法(文献4)等多个方向。其中，机械破膜法主要通过外力对细胞作用，使细胞膜发生可逆破损，从而向细胞内递送外源性大分子。文献1中展示了通过微流控通道挤压细胞，该体系可大规模制备改性细胞，但设备复杂，价格昂贵且外源性大分子递送效率低。文献2公开了一种显微注射装置，该技术递送效率高，但只能对单细胞操作，效率低下，人工和设备成本较高不利于实际临床应用。总而言之，机械破膜法大多需要复杂的仪器或装置，实验门槛较高，实验价格昂贵，对人工要求太高，不满足实际临床治疗时需要尽可能便宜、方便、快捷、高效且安全获取大量改性细胞的需求。
[0005]相较于机械破膜法，电磁/热破膜法只改变外加电、磁、光、热场，而不与细胞直接相互作用，减少了细胞损伤，且相比机械法操作更为简易，近年来越来越受到关注。电穿孔法是目前电磁/热破膜法中最常见的一种，其递送效率高。但是，递送过程中使用的高压电脉冲强度很大，使得细胞活性大大降低，细胞收获后贴壁效果及表达情况的不理想限制了其的推广和应用。而光热破膜大分子递送法主要通过激光照射纳米粒子，利用纳米粒子独特地光热转化能力加热周围组织或细胞，使得细胞膜发生瞬时可逆穿孔，从而改善细胞膜通透性进行胞内大分子递送。相较于其他大分子递送方法，光热大分子递送法不仅操作简单、细胞通量大而且细胞及大分子通用性强，是一种非常有前途地活细胞大分子递送手段。传统的光热大分子递送平台通过纳米颗粒作为光热剂进行细胞内递送，虽然操作简单但也
有明显缺陷：1.由于纳米粒子易于通过内吞进入细胞且多数纳米粒子无法通过正常代谢降解，因此对细胞有一定地细胞毒性；2.降低纳米粒子浓度可以适当减缓细胞毒性，但会造成光热效率降低，最终导致细胞内大分子递送效率降低。
[0006]在纳米颗粒基础上，为了降低纳米粒子细胞毒性、改善细胞内大分子递送效率，文献4公开了一种基材表面修饰有光热效应的金纳米粒子层的细胞内外源性大分子递送平台。该平台通过表面修饰使光热纳米粒子在基材表面富集，相较于纳米颗粒，富集后的金纳米粒子层不仅不易被细胞内吞，改善了光热材料的细胞毒性，而且光热效率得到改善，可以使用低强度激光光源进行大分子递送，在提高递送效率的同时减少对细胞活性的影响。但是由于表面修饰纳米粒子层造成基材表面拓扑结构变化，带来了不可避免地副作用，导致难以从基材上收获改性细胞以用于后续的研究和应用。为了解决表面修饰纳米粒子层带来的副作用，文献5展示了将金纳米粒子光热穿孔与脂质体相结合的方法，成功高效转染难转染细胞。但是，由于材料表面拓扑结构及细胞本身易于吞噬纳米粒子的原因，使得改性细胞细胞难以从基材上收获以用于后续的研究和应用。文献6通过聚多巴胺纳米粒子作为光热基材，表面修饰温敏聚合物PNIPAAM，通过温度变化控制细胞释放。但制备温度对表面修饰温敏聚合物影响较大，导致材料可重复性差，且材料表面修饰操作复杂，耗时长，制得材料保质期短。此外，由于只修饰了一层聚合物刷使得温敏性不足且温度控制细胞释放不易操作，且易损伤细胞等原因，导致真正收获的活性良好的有效细胞效率很低，并没能真正解决光热转染中细胞收获问题，也使得光热穿孔法难以大规模实际应用。文献7利用硅纳米线作为光热基材，通过表面修饰具有糖响应的苯硼酸，使用无毒的天然生物分子，如糖作为刺激，可以在较为温和的条件下触发细胞释放，但是仍然无法高效地收获高活性细胞。
[0007]总而言之，目前基于纳米粒子颗粒和纳米粒子层的光热细胞内大分子递送平台仍然无法满足实际应用需求。因此，设计一种便宜、材料简易、操作方便、快捷、外源性分子和细胞种类通用性强、传递效率高、细胞毒性小、可大通量处理细胞、细胞收获率高且细胞活性好的大分子传输体系还有待研究。
[0008]文献1.Integr.Biol,2014,6,470
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475；
[0009]文献2.CN105420099B；
[0010]文献3.CN105143436B；
[0011]文献4.CN105420278A；
[0012]文献5.ACS Appl.Mater.Interfaces,2017,9,21593-21598；
[0013]文献6.ACS Appl.Mater.Interfaces,2019,11,12357-12366；
[0014]文献7.Adv.Funct.Mater,2019,1906362。

技术实现思路

[0015]专利技术要解决的问题
[0016]为了克服上述技术问题，本专利技术提供了一种便宜、材料简易、操作方便、快捷、外源性分子和细胞种类通用性强、传递效率高、细胞毒性小、可大通量处理细胞、细胞收获率高且细胞活性好的复合材料。
[0017]用于解决问题的方案
[0018]为了解决本专利技术所述的技术问题，本专利技术提供了以下技术方案：
[0019]一种复合材料，所述复合材料包括纳米粒子和柔性基材，所述纳米粒子包括碳纳米管、石墨烯、金纳米粒子和聚多巴胺纳米粒子等光热纳米粒子中的一种或多种，所述柔性基材包括聚二甲基硅氧烷烷等热固性塑料和水凝胶中的一种或多种，复合材料中所述纳米粒子的质量百分比为1～60
‰
。
[0020]优选的，所述纳米粒子为碳纳米管，所述柔性基材为聚二甲基硅氧烷。
[0021]优选的，复合材料中所述纳米粒子的质量百分比为5～30
‰...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合材料，其特征在于，所述复合材料包括纳米粒子和柔性基材，所述纳米粒子包括碳纳米管、石墨烯、金纳米粒子和聚多巴胺纳米粒子中的一种或多种，所述柔性基材包括聚二甲基硅氧烷和水凝胶中的一种或多种，复合材料中所述纳米粒子的质量百分比为1～60
‰
。2.如权利要求1所述的一种复合材料，其特征在于，所述纳米粒子为碳纳米管，所述柔性基材为聚二甲基硅氧烷。3.如权利要求1所述的一种复合材料，其特征在于，复合材料中所述纳米粒子的质量百分比为5～30
‰
。4.如权利要求1-3任一项所述的一种复合材料，其特征在于，复合材料中所述纳米粒子的质量百分比为5～20
‰
，优选为5～10
‰
。5.一种权利要求1-4任一项所述复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：(1)将纳米粒子溶液和柔性基材或柔性基材预聚体充分混合，然后加入到模具中，静置，得到浆料；(2)将所得浆料抽真空后进行固化成膜，然后取出后脱模，任选地对所得材料进行加工成型，得到所述复合材料。6.如权利要求5所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈红，王蕾，唐鹤鸣，
申请(专利权)人：百脉迪生物科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：