一种纳米复合材料的合成方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种纳米复合材料的合成方法和应用。该复合材料由简单易操作的两步法制得，具体为以三价铁离子为中心，卟啉为有机配体自组装制备得到有机金属框架结构的纳米粒子，利用蛋白质/磺胺复合物通过化学键作用修饰到所制备的有机金属框架结构的纳米粒子上而制备出蛋白质/磺胺‑有机金属框架结构的纳米复合材料。本发明专利技术制备出的蛋白质/磺胺‑有机金属框架结构的纳米复合材料同时具有光热/光动效应，对肿瘤细胞有明显的杀死效力，在癌症和肿瘤的治疗方面具有极大的潜在应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米复合材料的合成方法和应用
本专利技术涉及材料科学与生物医药
，具体为一种纳米复合材料的合成方法和应用。
技术介绍
目前，恶性肿瘤严重威胁着人类的健康，是死亡率较大的疾病之一。临床上，肿瘤治疗的手段主要是手术治疗、药物治疗及放射治疗。但是，感染、机体的耐药性及对正常组织的杀伤力等问题限制了其发展。光线治疗，是肿瘤治疗的一种新发现，包括光线治疗和光动治疗，它是利用特定波长的光照将能量传递给敏化剂而使周围环境温度上升或者触动产生大量的单基态的氧，消融肿瘤细胞使其迅速死亡。光线疗法可以对肿瘤部位选择性治疗，可避免对正常组织的伤害作用，几乎对所有的肿瘤细胞都有杀伤，可治疗复杂地非特异性肿瘤。协同光热与光动治疗效应可以达到更强的肿瘤细胞杀伤力。因此，开发新颖高效的光热/光动材料对肿瘤治疗有深远的意义。金属有机框架结构纳米粒子(NanoscaleMetal-OrganicFrameworks，NMOFs)是金属离子或者其金属氧化物为中心与有机物为配体络合作用而形成的一种新颖的材料，由于其金属和有机配体的可变化性，可以将纳米材料功能化而扩展其应用。本研究利用对生物体毒性作用较少的三价铁离子为金属中心，卟啉类分子为有机配体制备出的新颖NMOFs，可以作为潜在的光动/光热材料治疗肿瘤。同时，光动治疗需要大量的氧气参与，但是恶性肿瘤生命力旺盛，消耗了大量的氧气，使得光动治疗效应不是很好。有研究报道，磺胺类分子可以抑制肿瘤部位的缺氧诱导因子产生，从而可改善肿瘤部位缺氧的状态，可以提高光动治疗作用,并且磺胺类衍生物可以对肿瘤组织选择性富集，有主动靶向的功能。同时，为了达到纳米材料更好的生物相容性，蛋白质是充当修饰作用的最佳选择，牛血清蛋白制备简单易的，价格低廉而被广泛地应用。基于此，利用牛血清蛋白与磺胺相互作用制备出复合物，并通过共价键作用将牛血清蛋白/磺胺修饰在上述NMOFs上，制备出蛋白质/磺胺-金属有机框架结构纳米复合材料。
技术实现思路
为实现上述目的，本专利技术提供了一种简单而高效的具有光动/光热效应的蛋白质/磺胺-金属有机框架结构的纳米复合材料及制备方法，该复合材料可作为高效的光热/光动材料对肿瘤进行治疗，对肿瘤部位有良好的靶向性，针对肿瘤部位的常氧、厌氧区都有很好的抑制作用。为了实现本专利技术的目的，专利技术人通过大量试验研究和不懈探索，最终获得了如下技术方案：一种纳米复合材料的合成方法，该方法包括如下步骤：(1)NMOFs纳米粒子的制备：分别取三价铁盐溶液、卟啉衍生物于三口烧瓶中，加入有机溶剂及醋酸，室温搅拌2-4h；随后，将体系升温至80-120℃，反应20-24h，待反应温度冷却至室温，分别用有机溶剂，乙醇，去离子水离心洗涤数次，将产品放在50-60℃的真空干燥箱干燥20-24h，即制备出NMOFs纳米粒子；所述的三价铁盐为六水和氯化铁、硫酸铁或九水合硝酸铁中的一种；所述的卟啉衍生物为原卟啉、内消旋-四(4-羧基苯基)卟吩中的一种；所述的三价铁盐与卟啉衍生物的摩尔比为1.0-1.5:1；有机溶剂、醋酸的体积比为20-25:1；所述的反应溶剂有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)，甲醇中的一种或几种；(2)蛋白质/磺胺复合物的制备：蛋白质溶液与磺胺溶液共混，磁力搅拌10-12h，备用；所述的蛋白质与磺胺复合物的摩尔比为1:1-10；(3)蛋白质/磺胺-NMOFs纳米复合材料的制备：A、称取步骤(1)中所制备好的NMOFs纳米粒子，分散于去离子水中，用400-500W超声仪反复超声2-4h，至纳米粒子均匀的分散在水溶液中；随后加入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐((EDC)于室温下磁力搅拌15-30min，最后加入N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)于室温下磁力搅拌2-3h，反应完成后，用去离子水离心洗涤两次后备用；NMOFs纳米粒子在去离子水的浓度比5-10mg/mL；NMOFs纳米粒与EDC、NHS的质量比为1:5-4:3；B、将步骤(2)中所制备的蛋白质/磺胺复合物溶液缓慢地滴加到步骤A已活化处理的NMOFs溶液中，在室温下反复超声10-12h，反应完成后，用去离子水离心洗涤数次，弃其上清液，最后的产品分散在水溶液中备用，即得蛋白质/磺胺-金属有机框架结构纳米复合材料溶液；所述及蛋白/磺胺与NMOFs质量比为55-60:1:285-290。优选地，如上所述的一种纳米复合材料的合成方法，所述的蛋白为牛血清蛋白。本专利技术的另一目的在于提供一种纳米复合材料的应用，该复合材料可应用于肿瘤治疗。与现有技术相比，本专利技术的积极效果如下：(1)本专利技术以三价铁离子为金属中心，卟啉类分子为有机配体，采用自组装的方式制备出金属有机框架结构的纳米粒子，其纳米粒子粒径均匀，为一种单分散性的纳米粒子。(2)本专利技术利用蛋白质/磺胺修饰金属有机框架结构的纳米粒子，制备出蛋白质/磺胺-金属有机框架结构的纳米复合材料，该制备方法具有操作简单、反应条件温和、环境友好、成本低廉、便于推广的特点。(3)本专利技术所述蛋白质/磺胺-金属有机框架结构纳米复合材料粒径均一，结构稳定，合成条件简单，生物相容性良好，毒性较低，具有较好的光热/光动效应，属于材料和生物医药的交叉领域，具有潜在的应用价值。(4)本专利技术制备的蛋白质/磺胺-金属有机框架结构的纳米复合材料可通过主动/被动靶向而在肿瘤部位富集，从而可以减少治疗试剂的剂量，降低对正常组织的毒副作用，也能更好的发挥其治疗作用。(5)本专利技术制备的蛋白质/磺胺-金属有机框架结构的纳米复合材料，具有光动/光热效应，可以对肿瘤细胞有很强的杀伤力，可以作为一种潜在的肿瘤治疗试剂。(6)本专利技术中的磺胺类分子可以抑制肿瘤部位的缺氧诱导因子产生，从而可改善肿瘤部位缺氧的状态，可以提高光动治疗作用,并且磺胺类衍生物可以对肿瘤组织选择性富集，有主动靶向的功能。附图说明图1为本专利技术的蛋白质与磺胺相互作用的荧光淬灭研究谱图。图2是本专利技术的蛋白质与磺胺相互作用，在不同温度下的荧光淬灭常数图。图3是本专利技术的红外谱图。图4是本专利技术蛋白质/磺胺金属有机框架结构的纳米复合材料光热转换温度上升图。图5是本专利技术蛋白质/磺胺金属有机框架结构的纳米复合材料的细胞毒性研究。图6是本专利技术蛋白质/磺胺金属有机框架结构的纳米复合材料光动效应图。图7是本专利技术蛋白质/磺胺金属有机框架结构的纳米复合材料体外研究光动/光热治疗肿瘤细胞图。具体实施方式以下是本专利技术的具体实施例，对本专利技术的技术方案做进一步作描述，但是本专利技术的保护范围并不限于这些实施例。凡是不背离本专利技术构思的改变或等同替代均包括在本专利技术的保护范围之内。实施例1(1)NMOFs纳米粒子的制备，具体步骤如下：配制三价铁离子溶液，称取2.7mgFeCl3·6H2O溶于10mL的N,N-二甲基甲酰胺(1mmol/L)，备用；配制卟啉溶液，称取7.90mg内消旋-四(4-羧基苯基)卟吩(TCPP,相对分子质量＝790g/mol)溶于10mL的N,N-二甲基甲酰胺(1mmol/L)，备用。分别取上述所配制好的1mLFeCl3·6H2O，TCPP溶液于25mL的三口烧瓶中，加入10mL的N,N-二甲基甲酰胺，并加入0.4mL的醋酸，室温搅拌2h；随后，将体系升温至80℃本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米复合材料的合成方法，其特征在于：以三价铁离子为金属中心，卟啉衍生物为有机配体，采用自组装的方式制备出金属有机框架结构的纳米粒子；再利用蛋白质/磺胺复合物的化学键作用修饰到金属有机框架结构的纳米粒子上，具体合成方法包括如下步骤：(1)NMOFs纳米粒子的制备：NMOFs纳米粒子的制备：分别取三价铁盐溶液、卟啉衍生物于三口烧瓶中，加入有机溶剂及醋酸，室温搅拌2‑4h；随后，将体系升温至80‑120℃，反应20‑24h，待反应温度冷却至室温，分别用有机溶剂，乙醇，去离子水离心洗涤数次，将产品放在50‑60℃的真空干燥箱干燥20‑24h，即制备出NMOFs纳米粒子；所述的三价铁盐为六水和氯化铁、硫酸铁或九水合硝酸铁中的一种；所述的卟啉衍生物为原卟啉、内消旋‑四(4‑羧基苯基)卟吩中的一种；所述的三价铁盐与卟啉衍生物的摩尔比为1.0‑1.5:1；N,N‑二甲基甲酰胺、醋酸的体积比为20‑25:1；所述的反应溶剂为N,N‑二甲基甲酰胺，N,N‑二甲基乙酰胺，甲醇中的一种或几种；(2)蛋白质/磺胺复合物的制备：蛋白质溶液与磺胺溶液共混，磁力搅拌10‑12h，备用；所述的蛋白质与磺胺的摩尔比为1:1‑10；(3)蛋白质/磺胺‑NMOFs纳米复合材料的制备：A、称取步骤(1)中所制备好的NMOFs纳米粒子，分散于去离子水中，用400‑500W超声仪反复超声2‑4h，至纳米粒子均匀的分散在水溶液中；随后加入1‑(3‑二甲氨基丙基)‑3‑乙基碳二亚胺盐酸盐((EDC)于室温下磁力搅拌15‑30min，最后加入N‑羟基琥珀酰亚胺(NHS)于室温下磁力搅拌2‑3h，反应完成后，用去离子水离心洗涤两次后备用；NMOFs纳米粒子在去离子水的浓度为2‑10mg/mL；NMOFs纳米粒与EDC、NHS的质量比为1:5‑4:3；B、将步骤(2)中所制备的蛋白质/磺胺复合物溶液缓慢地滴加到步骤A已活化处理的NMOFs溶液中，在室温下反复超声10‑12h，反应完成后，用去离子水离心洗涤数次，弃其上清液，最后的产品分散在水溶液中备用，即得蛋白质/磺胺‑金属有机框架结构纳米复合材料溶液；所述及蛋白/磺胺与NMOFs质量比为55‑60:1:285‑290。...

【技术特征摘要】
1.一种纳米复合材料的合成方法，其特征在于：以三价铁离子为金属中心，卟啉衍生物为有机配体，采用自组装的方式制备出金属有机框架结构的纳米粒子；再利用蛋白质/磺胺复合物的化学键作用修饰到金属有机框架结构的纳米粒子上，具体合成方法包括如下步骤：(1)NMOFs纳米粒子的制备：NMOFs纳米粒子的制备：分别取三价铁盐溶液、卟啉衍生物于三口烧瓶中，加入有机溶剂及醋酸，室温搅拌2-4h；随后，将体系升温至80-120℃，反应20-24h，待反应温度冷却至室温，分别用有机溶剂，乙醇，去离子水离心洗涤数次，将产品放在50-60℃的真空干燥箱干燥20-24h，即制备出NMOFs纳米粒子；所述的三价铁盐为六水和氯化铁、硫酸铁或九水合硝酸铁中的一种；所述的卟啉衍生物为原卟啉、内消旋-四(4-羧基苯基)卟吩中的一种；所述的三价铁盐与卟啉衍生物的摩尔比为1.0-1.5:1；N,N-二甲基甲酰胺、醋酸的体积比为20-25:1；所述的反应溶剂为N,N-二甲基甲酰胺，N,N-二甲基乙酰胺，甲醇中的一种或几种；(2)蛋白质/磺胺复合物的制备：蛋白质溶液与磺胺溶液共混，磁力搅拌10-12h，备用；所述的蛋白质与磺胺的摩尔比为...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐祖顺，朱伟，任精华，阳哲，张力，王晶，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42