一种MnO2包裹聚多巴胺的纳米颗粒及制备方法和应用

摘要

本发明公开了一种MnO2包裹聚多巴胺的纳米颗粒及制备方法和应用，所述纳米颗粒是由多巴胺盐酸盐在碱性条件下氧化自聚合的聚多巴胺纳米粒作为光热核心，二氧化锰被原位还原于聚多巴胺纳米粒表面，形成的一种壳核结构。该纳米颗粒具有光热效果和酸敏感磁共振成像功能。本发明的有益效果是，能够更加准确地区分肿瘤组织和正常组织，为临床肿瘤治疗提供更加精确的指导，同时该材料还具有热光性能，能够实现肿瘤的诊疗一体化。

权利要求

1.一种MnO2包裹聚多巴胺的纳米颗粒，其特征在于，该纳米颗粒是由单体多巴胺在碱性条件下氧化自聚合得到的聚多巴胺纳米粒作为内核、在含有聚多巴胺纳米颗粒的溶液中，高锰酸钾在聚多巴胺纳米颗粒表面被原位还原为二氧化锰作为外壳包裹聚多巴胺纳米粒，形成核壳结构的纳米颗粒；所述聚多巴胺纳米粒的粒径为80-120nm；在1W/cm 2，808nm的激光照射下，浓度为1mg/mL的聚多巴胺纳米粒水溶液1-5min内升温1-15℃；二氧化锰层为2-

5nm；在中性条件下，二氧化锰呈现稳定状态，锰为+4价，不具有磁共振造影性能，在酸性条件下，二氧化锰解离成+2价， +2价的锰离子是用于磁共振造影的金属离子。

2.一种权利要求1所述纳米颗粒的制备方法，其特征在于，该方法包括以下具体步骤：

（1）将多巴胺盐酸盐溶于去离子水中，45-55℃水浴10-20min，快速加入浓度为1mol/L的氢氧化钠水溶液，45-50℃敞口搅拌4-5h，离心分离即得聚多巴胺纳米粒；其中，多巴胺盐酸盐、去离子水、1mol/L的氢氧化钠水溶液质量比为：150-180mg:70-100g:600-800mg；

（2）将制得的聚多巴胺纳米粒分散于去离子水中，用稀盐酸调节该体系pH=6-7,超声加入高锰酸钾，35-55℃，磁力搅拌2-8h，离心分离即得二氧化锰包裹的聚多巴胺PDA@MnO2纳米颗粒，其中，聚多巴胺纳米粒、去离子水、高锰酸钾质量比为：20-40mg:20-50g:10-20mg。

3.一种权利要求1所述的纳米颗粒在制备肿瘤磁共振成像和光热治疗药物中的应用。

说明书

一种MnO2包裹聚多巴胺的纳米颗粒及制备方法和应用

技术领域

[0001] 本发明属于功能纳米材料及其制备技术领域，具体涉及一种新型的可在酸性条件下产生磁共振造影性能以及可用于肿瘤光热治疗的壳核结构的功能纳米材料的制备。该纳米材料具有酸敏感磁共振成像性能，以及具有良好的光热转换效果，可用肿瘤的光热治疗。

背景技术

[0002] 肿瘤是目前威胁人类生命健康的最大杀手之一，其发病率和死亡率还在不断攀升。全球几乎22％的新发病例和27％的癌症死亡病例出现在中国，面对如此严峻的形势，精准有效的癌症诊断和治疗手段显得尤为重要。目前临床上常用的肿瘤治疗方式为手术切除、化疗、放疗，但又由于无法精确区分肿瘤区域和正常区域，因此会对正常组织带来伤害。因此，能够精准定位肿瘤区域同时产生治疗效果的诊疗一体化方式具有很好的前景。

[0003] 磁共振成像(MRI)由于其超高的时空分辨率和优秀的软组织造影能力，以及非电离辐射对肌体无害等优点已经发展成临床常规使用的非侵入式诊断工具。然而，磁共振成像灵敏度相对较低，因此需要造影剂来提高组织对比度。目前临床造影剂为有机小分子钆剂（如马根维显），遗憾的是，这种小分子造影剂具有很短的血液半衰期，需要大剂量使用，存在潜在的肾脏毒性。目前，具有磁共振造影能力的无机纳米造影剂引起了学界的广泛研究，更加准确地区分肿瘤组织和正常组织，在临床指导肿瘤治疗具有巨大的意义。

[0004] 光热治疗技术作为一种新型的肿瘤治疗策略，具有光热转化能力的有机光敏分子或者无机纳米材料在近红外光照射下能够转化为热量发挥多种抗肿瘤作用，包括热消融作用、克服化疗耐药作用和抑制肿瘤转移等作用。目前可用于肿瘤光热制剂多为一些有机光敏分子或一些无机材料，但都存在一定的缺点，比如有机光敏分子具有很短的血液半衰期以及不能选择性富集在瘤区，无机材料也存在生物相容性不佳等缺点，这些缺点制约了现有光热制剂的应用。

发明内容

[0005] 本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种MnO2包裹聚多巴胺的纳米颗粒及制备方法和应用，其纳米颗粒利用聚多巴胺的光热转换性能，在近红外光照射下产生热量杀伤肿瘤细胞，利用二氧化锰在酸性条件下分解为具有磁共振造影性能的二价锰离子，对肿瘤部位进行特异性成像。

[0006] 实现本发明目的的具体技术方案是：

[0007] 一种MnO2包裹聚多巴胺的纳米颗粒，特点是该纳米颗粒是由单体多巴胺在碱性条件下氧化自聚合得到的聚多巴胺纳米粒作为内核、高锰酸钾在含有聚多巴胺纳米颗粒的溶液中其表面被原位还原为二氧化锰作为外壳包裹聚多巴胺纳米粒，形成核壳结构的纳米颗粒；所述聚多巴胺纳米粒的粒径为80-120nm；在1W/cm2，808nm的激光照射下，浓度为1mg/mL的聚多巴胺纳米粒水溶液1-5min内升温1-15℃；二氧化锰层为2-5nm；在中性条件下，二氧化锰呈现稳定状态，锰为+4价，不具有磁共振造影性能，在酸性条件下，二氧化锰解离成+2价，具有很好的磁共振造影形成，+2价的锰离子是一种用于磁共振造影的金属离子。

[0008] 一种上述纳米颗粒的制备方法，该方法包括以下具体步骤：

[0009] （1）将多巴胺盐酸盐溶于去离子水中，45-55℃水浴10-20min，快速加入浓度为1mol/L的氢氧化钠水溶液，45-50℃敞口搅拌4-5h，离心分离即得聚多巴胺（Polydopamine,PDA）纳米粒；其中，巴胺盐酸盐、去离子水、1mol/L的氢氧化钠水溶液质量比为：150-180mg:
70-100g:600-800mg；

[0010] （2）将制得的聚多巴胺纳米粒分散于去离子水中，用稀盐酸调节该体系pH=6-7,超声加入高锰酸钾，35-55℃，磁力搅拌2-8h，离心分离即得二氧化锰包裹的聚多巴胺（PDA@MnO2）纳米颗粒，其中，聚多巴胺纳米粒、去离子水、高锰酸钾质量比为：20-40mg:20-50g:10-20mg。

[0011] 一种上述纳米颗粒在制备肿瘤磁共振成像和光热治疗药物中的应用。

[0012] 本发明的聚多巴胺纳米粒是由单体多巴胺盐酸盐碱性氧化自聚合所得，所述的聚多巴胺纳米粒为内核，由于其表面带有还原性的胺基和羟基，高锰酸钾在其表面被原位还原为二氧化锰，形成二氧化锰包裹的聚多巴胺（PDA@MnO2）纳米颗粒，该纳米颗粒具有酸性特异性磁共振成像和光热性能。

[0013] 本发明的有益效果：

[0014] 本发明的二氧化锰包裹的聚多巴胺纳米颗粒，在中性条件下表面的二氧化锰，稳定不解离，不具有磁共振造影性能，在酸性条件下，表面的二氧化锰解离产生+2价锰离子具有磁共振造影性能，和现有的磁共振造影剂相比，本发明利用了材料能在酸性条件下发生性能变化的特点，能够更加准确地区分微酸性的肿瘤区域和正常组织。内核的聚多巴胺纳米粒是一种有机小分子聚合而成的，具有很好的生物相容性以及光热性能，在波长为808nm近红外激光照射下，产生光热效果，杀死癌细胞。该结构设计是一种理想的肿瘤诊疗一体化的治疗方案。

附图说明

[0015] 图1为PDA@MnO2的透射电镜照片（标尺为100nm）和锰、氧的元素mapping照片图；

[0016] 图2为PDA@MnO2水合粒径图；

[0017] 图3为PDA和PDA@MnO2的紫外-可见光谱图；

[0018] 图4为PBS溶液和不同浓度的PDA@MnO2的808nm的1W/cm2的照射下5min内的升温曲线图；

[0019] 图5为在不同pH条件下PDA@MnO2的磁共振T1加权成像图；

[0020] 图6为根据图5作出的PDA@MnO2的磁共振T1加权弛豫率；

[0021] 图7为共聚焦显微镜拍摄的4T1细胞摄取PDA@MnO2的图像；

[0022] 图8通过MTT法测出的细胞存活率图表。

具体实施方式

[0023] 为了更好的理解本发明，下面通过实施例来进一步阐明本发明，但本发明内容不仅局限于以下实例。

[0024] 实施例1

[0025] 聚多巴胺（PDA）纳米粒的制备：

[0026] （1）将180mg多巴胺盐酸盐溶于90mL水中，50℃水浴20min，快速加入760μL浓度为1mol/L的氢氧化钠水溶液，50℃敞口搅拌5h；

[0027] （2）将上述体系15000rpm离心10min，弃上清液，将沉淀超声分散于水中，15000rpm离心10min，重复3次，即得聚多巴胺（polydopamine，PDA）纳米粒。

[0028] 实施例2

[0029] 二氧化锰包裹的聚多巴胺（PDA@MnO2）纳米颗粒的制备：

[0030] （1）取20mgPDA纳米粒分散于20mL水中，用0.1mol/L的稀盐酸调节该体系为中性；

[0031] （2）取20mg高锰酸钾，溶于5mL水中，在超声条件下缓慢滴加入（1）体系中；

[0032] （3）将（2）体系40℃水浴，磁力搅拌4h；

[0033] （4）将上述体系15000rpm离心10min，弃上清液，将沉淀超声分散于水中，15000rpm离心10min，重复3次，即得二氧化锰包裹的聚多巴胺（PDA@MnO2）纳米颗粒。

[0034] 实施例3

[0035] 材料的透射电镜表征：

[0036] 参阅图1，将1mg/L的PDA@MnO2样品水溶液滴在铜网上，待样品完全干燥，用于透射电子显微镜表征。图中A为PDA纳米颗粒的透射电镜照片，可以看出颗粒粒径在100nm左右；B为PDA@MnO2的透射电镜照片，可以看出材料表面还原出2-5nm的MnO2层，呈单分散；图C、D、E分别为元素mapping白场、锰元素、氧元素照片，显示材料表面含有锰元素、氧元素。

[0037] 实施例4

[0038] 材料的水合粒径表征：

[0039] 参阅图2，将1mg/L的PDA@MnO2样品水溶液超声均匀，用马尔文激光粒度仪测定样品的水合粒径大小（DLS）及分布，从图中可以看出，材料在水溶液中分散均匀，粒径主要分布在80-120nm区间。

[0040] 实施例5

[0041] 材料的紫外-可见光谱分析：

[0042] 参阅图3，PDA、PDA@MnO2的紫外-可见光谱。

[0043] 实施例6

[0044] 材料的水溶液升温曲线：

[0045] 参阅图4，分别取l mL PBS、0.5mg/mL PDA@MnO2、1mg/mL PDA@MnO2于试管中，用1W/cm2的808nm近红外照射5min，通过热成像相机记录升温过程，并绘制升温曲线。

[0046] 实施例7

[0047] 材料的酸性磁共振成像性能表征：

[0048] 用pH=7.4或pH=6的PBS缓冲液将PDA@MnO2母液0.25mM（锰元素的物质的量浓度）等比例稀释5次，每次稀释2倍，静置4h后测量材料的磁共振T1加权成像，如图5。并分别做出T1弛豫率图像，如图6，在pH=7.4材料的r1=0.128，在pH=6材料的r1=4.2，结果表明PDA@MnO2具有酸性条件增强的磁共振造影性能。

[0049] 实施例8

[0050] 材料的细胞摄取实验：

[0051] 取2mg PDA@MnO2 5mL水溶液与1mg异硫氰酸荧光素（FITC）0.5mL搅拌12h，离心水洗即得负载荧光染料FITC的PDA@MnO2。重悬于10mL完全培养基（DMEM+10％FBS+1％S/P）备用。

[0052] 将密度为7*103个/mL的4T1细胞，取细胞悬液1mL加入共聚焦皿中，37℃、5％CO2、饱和湿度下，用完全培养基培养24h后换去培养液，加入负载有FITC的PDA@MnO（2 200μg/mL）继续培养2h，除去培养液，用PBS清洗细胞3次，用4％多聚甲醛固定细胞15min，用DAPI染细胞核10min，并用PBS清洗。通过共聚焦显微镜观察细胞对纳米颗粒的摄取情况，如图7所示，A图为蓝色荧光（DAPI）通道，B图为绿色荧光（FITC）通道，C图为上述两个荧光通道的叠加。如图中所示，细胞核被染成蓝色，细胞质中充满了绿色荧光，说明材料能够有效被4T1细胞摄取。

[0053] 实施例9

[0054] 材料的光热细胞杀伤实验：

[0055] 取96孔板每孔加入100μL 4T1细胞细胞悬液（1*104个细胞），培养24小时后，加入不同浓度的PDA@MnO2，每种浓度设置两组，分别为照光组和非照光组，继续培养24小时，照光组用1W/cm2的808nm近红外照射5分钟，非照光组不做处理，随后进行MTT细胞存活率分析。结果如图8所示，不照光组细胞为未发生明显死亡，这表面材料本身不具有明显的细胞毒性，照光组随着材料浓度的提高，细胞发生越来越明显的死亡，这表面材料具有良好的光热效果，有可以期待的肿瘤治疗效果。