一种二硫化钼/二氧化铪的复合纳米材料、其制备方法及用途

摘要

本发明提供了一种复合纳米材料，包括二硫化钼(MoS2)纳米片以及负载于二硫化钼纳米片表面的二氧化铪(MoS2)纳米颗粒。本发明还提供了所述复合纳米材料的制备方法及其用于制备肿瘤治疗剂的用途。本发明提供的MoS2/HfO2复合纳米材料具有多功能性质，可作为放疗增敏剂和光热材料用于肿瘤治疗，具有良好的应用前景。本发明的制备方法通过水热法即可制得MoS2/HfO2纳米复合材料，制备过程简单、绿色环保、成本低廉，便于控制复合材料中的成分比例，产率高，适合大规模的生产。

权利要求

1.一种复合纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将二硫化钼纳米片与四氯化铪配制成水溶液，调节溶液的pH值为9～10；

S2：将步骤S1制得的溶液于180～200℃下水热处理12～24小时；以及S3：分离出所得固体即制得所述复合纳米材料；

或包括以下步骤：

T1：将二硫化钼纳米片与四氯化铪配制成水溶液，调节溶液的pH值为9～10；

T2：将步骤T1制得的溶液于180～200℃下水热处理12～24小时；

T3：分离出所得固体；以及

T4：将步骤T3制得的固体与包覆材料溶于水中于室温下作用，分离出所得固体即制得所述复合纳米材料；

其中，所述复合纳米材料包括二硫化钼纳米片以及负载于所述二硫化钼纳米片表面的二氧化铪纳米颗粒。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1或步骤T1中使用2.0～5.0M的NaOH溶液以及0.05～2.0M的HCl溶液调节pH值。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述二硫化钼纳米片以钼酸钠和半胱氨酸为原料通过水热法制备而得。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述二硫化钼纳米片与所述二氧化铪纳米颗粒的质量比为1﹕0.1～10。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述二硫化钼纳米片的尺寸为100～

300nm。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述二氧化铪纳米颗粒的粒径为1～

20nm。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述包覆材料包括葡聚糖、壳聚糖、木聚糖及β-环糊精中的一种或多种。

8.权利要求1-7任一项所述的制备方法制得的复合纳米材料用于制备肿瘤治疗剂的用途；所述肿瘤治疗剂为放疗增敏剂，和/或为用于光热疗法的光热材料。

9.一种肿瘤治疗设备，其特征在于，包括近红外激光器、X-射线激光器以及权利要求1-

7任一项所述的制备方法制得的复合纳米材料。

说明书

一种二硫化钼/二氧化铪的复合纳米材料、其制备方法及用途

技术领域

[0001] 本发明涉及纳米材料领域，具体涉及一种二硫化钼/二氧化铪的复合纳米材料、其制备方法及用途。

背景技术

[0002] 基于纳米技术的光热疗法(Photothermal therapy，PTT)是新近发展的肿瘤治疗手段之一，该疗法是采用光吸收纳米材料来吸收光并将光能转换为热能。例如，具有近红外光(Near-infrared,NIR)吸收的纳米材料可以将NIR光能转换成热能，从而快速提高肿瘤组织的局部温度，消融肿瘤组织，NIR光热疗法有望成为最低限度或无损伤的肿瘤治疗方式。

[0003] 过渡金属二硫化物(transition metal disulfides，TMDs)是一类具有典型层状结构的材料，这类材料具有宽而强的NIR吸收、大的比表面积、易于药物负载、良好的光热转换效应和生物相容性等优势。在各种TMDs材料中，二硫化钼(MoS2)已被应用于肿瘤的诊疗一体化研究、生物分子检测、抗菌等多个生物医学领域。

[0004] 对于传统的肿瘤治疗方法——放射疗法(Radiotherapy，RT)而言，制约放疗效率的因素之一在于肿瘤组织自身缺氧相关的辐射抗性，而大多数实体肿瘤内部都存在缺氧的情况，氧分子可以稳定由放疗的电离辐射引起的DNA损伤，从而防止肿瘤细胞DNA自我修复，增强放疗期间的肿瘤细胞杀伤。

[0005] 近年来，恶性肿瘤的发病率和死亡率呈快速上升趋势，肿瘤治疗将越来越成为疾病防控中的重大问题，随着纳米技术的发展，集成不同治疗功能的多功能纳米材料将成为研究的热点。

发明内容

[0006] 本发明的一个目的在于提供一种多功能的新型复合纳米材料，可同时集成不同的功能。

[0007] 本发明的另一目的在于提供所述复合纳米材料的制备方法及用途。

[0008] 本发明的还一目的在于提供一种多功能的肿瘤治疗设备。

[0009] 本发明提供的复合纳米材料包括：二硫化钼纳米片以及负载于所述二硫化钼纳米片表面的二氧化铪纳米颗粒，即MoS2/HfO2复合纳米材料。

[0010] 本发明提供的复合纳米材料中，所述MoS2纳米片与所述HfO2纳米颗粒的重量可以以任意比例进行调节；优选的质量比可以为1﹕0.1～10；更优选的质量比可以为1﹕0.3～5；进一步优选的质量比可以为1﹕0.5～1.5。

[0011] 本发明提供的复合纳米材料中，所述MoS2纳米片可以为现有技术制备所得，可以包括任意尺寸；优选的尺寸可以为100～300nm；更优选的尺寸可以为150～200nm；例如，平均尺寸可以约为150nm、160nm、170nm、180nm、190nm或200nm。

[0012] 本发明提供的复合纳米材料中，所述HfO2纳米颗粒的粒径可以为1～20nm；优选的粒径可以为1～10nm；更优选的粒径可以为5～10nm；例如，平均粒径可以约为5nm、6nm、7nm、8nm、9nm或10nm。

[0013] 本发明提供的复合纳米材料中，其表面还可修饰有包覆材料，包覆材料可以将MoS2/HfO2的复合结构进行部分或全部包覆，以改善MoS2/HfO2在生物体系中的水溶性和生物相容性，优选的包覆材料可以为多糖，包括但不限于葡聚糖、壳聚糖、木聚糖、β-环糊精等。包覆材料的用量可以根据包覆情况任意比例进行调节；优选地，包覆材料与MoS2/HfO2复合结构的质量比可以为2～10﹕1。

[0014] 本发明还提供了所述复合纳米材料的制备方法，可以包括以下步骤：

[0015] S1：将MoS2纳米片与四氯化铪(HfCl4)配制成水溶液，调节溶液的pH值为9～10；

[0016] S2：将步骤S1制得的溶液于180～200℃下水热处理12～24小时；以及[0017] S3：分离出所得固体即制得所述复合纳米材料。

[0018] 本发明提供的所述复合纳米材料的制备方法还可以包括以下步骤：

[0019] 所述的复合纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

[0020] T1：将MoS2纳米片与HfCl4配制成水溶液，调节溶液的pH值为9～10；

[0021] T2：将步骤T1制得的溶液于180～200℃下水热处理12～24小时；

[0022] T3：分离出所得固体；以及

[0023] T4：将步骤T3制得的固体与包覆材料溶于水中于室温下作用，分离出所得固体即制得所述复合纳米材料。

[0024] 本发明提供的复合纳米材料的制备方法可实现在MoS2纳米片上水热法生长HfO2纳米颗粒，通过调节水溶液的pH值，可使HfO2纳米颗粒在生长的同时，不会发生MoS2纳米片的变化或消失，水热法操作简单，条件温和且容易控制，合成过程中不会产生大量废弃物质，绿色环保，适合大批量的生产制造。

[0025] 本发明提供的制备方法中，步骤S1或步骤T1中优选使用2.0～5.0M的NaOH溶液以及0.05～2.0M的HCl溶液共同调节pH值。

[0026] 本发明提供的制备方法中，MoS2纳米片具有较高的比表面积，能够可控地负载不同量的HfO2纳米颗粒，步骤S1或步骤T1中通过HfCl4用量的改变可以调控负载于MoS2纳米片表面的HfO2纳米颗粒的量。

[0027] 本发明提供的制备方法中，MoS2纳米片也可使用水热法制得；优选地，以钼酸钠和含S氨基酸(如半胱氨酸)为原料通过水热法制备而得；更优选地，MoS2纳米片的制备过程为：将钼酸钠和半胱氨酸(L-Cys)配制成水溶液，调节溶液的pH值为5～6，于180～200℃下水热处理15～30小时，分离出所得固体即得。

[0028] 纳米MoS2在合成过程中，一般可使用含S氨基酸(如L-Cys)提供硫源，同时L-Cys也提供了丰富的官能团如氨基、羧基、巯基等，通过Zeta电位表征证明，修饰L-Cys后的MoS2纳米片的Zeta电位约为-40mV。在MoS2纳米片水溶液中添加一定剂量的HfCl4溶液之后，这种具有高的表面负电荷的、L-Cys修饰的大比表面积的MoS2纳米片表面上的羧基和巯基可作为螯合剂与Hf4+螯合，使用氢氧化物调节pH值后Hf4+可生成[Hf(OH)4]，在二次水热时指定的温度下，[Hf(OH)4]就会以MoS2纳米片为基底，在纳米片上成核、生长并形成大量带正电的HfO2纳米颗粒，HfO2纳米颗粒由此也负载于MoS2纳米片之上。

[0029] 当MoS2/HfO2与右旋糖酐D等多糖混合搅拌时，多糖上的羟基可与MoS2表面通过氢键和配位键作用，同时，由于HfO2和多糖带相反的电荷，也会产生静电引力，在这些共同的作用下多糖可修饰在MoS2/HfO2纳米复合材料的表面，可改善MoS2/HfO2的生物相容性。通过包覆材料的修饰，可使MoS2/HfO2纳米复合材料在生物体系中具有良好的水溶性和生物相容性，可作为纳米药物载体。

[0030] 本发明提供的MoS2/HfO2复合纳米材料中，HfO2本身具备放疗增敏的效果，而MoS2的光热作用可增加肿瘤部位血管的通透性及血流量，从而增加氧气的供应量，解决肿瘤内乏氧，进而高原子序数的Hf可以吸收更多的X射线，进一步增敏了放疗效果；而且，MoS2还可用作光热疗法(热疗)的光热材料，热疗抗肿瘤的同时解决肿瘤乏氧，从而可使“放疗+热疗”协同作用抑制肿瘤细胞。

[0031] 因此，本发明提供的MoS2/HfO2复合纳米材料非常适合用于制备肿瘤治疗剂。该肿瘤治疗剂可以为放疗增敏剂用于放疗治疗，也可以用作光热疗法的光热材料，还可以同时用作放疗增敏剂和光热材料而用于“放疗+热疗”的协同肿瘤治疗中。

[0032] 本发明还提供了一种肿瘤治疗设备，其包括近红外激光器、X-射线激光器以及以上技术方案任一项所述的复合纳米材料。

[0033] 本发明提供的肿瘤治疗设备可同时实现“放疗+热疗”的双重功能，而且两种治疗方式能够协同作用，治疗效果明显优于单一治疗模式的效果，为肿瘤的临床治疗提供了新的思路和方法。

[0034] 本发明提供的肿瘤治疗设备中，近红外激光器、X-射线激光器可选用现有的放疗、光热疗法中使用的设备。

[0035] 综上所述，本发明提供的MoS2/HfO2复合纳米材料具有多功能性质，各成分比例方便调节，可作为放疗增敏剂和光热材料用于肿瘤治疗，具有良好的应用前景。本发明的制备方法通过水热法即可制得MoS2/HfO2纳米复合材料，制备过程简单、绿色环保、成本低廉，便于控制复合材料中的成分比例，产率高，适合大规模的生产。

附图说明

[0036] 图1为测试例1的透射电子显微镜图。

[0037] 图2为测试例2的X射线光电子能谱图。

[0038] 图3为测试例3的Zeta电位图。

[0039] 图4为测试例4的细胞毒性实验的细胞存活率图表。

[0040] 图5为测试例5的DNA双链断裂损伤实验的细胞效果图。

[0041] 图6为测试例6的细胞克隆实验的细胞效果图及细胞存活率图表。

具体实施方式

[0042] 下面通过实施例对本发明进行详细说明，以使本发明的特征和优点更清楚。但应该指出，实施例用于理解本发明的构思，本发明的范围并不仅仅局限于本文中所列出的实施例。

[0043] 下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

[0044] 实施例1

[0045] (1)水热法合成MoS2纳米片

[0046] 0.1g钼酸钠(NaMoO4)和0.2g半胱氨酸(L-Cys)分别加到10mL去离子水中，超声溶解后，将两种溶液混合。用0.1M HCl和3.0M NaOH调节pH＝5.6。将所得混合溶液装入50mL聚四氟乙烯反应釜中，在200℃下反应24h，冷却至室温，于12000rpm转速下离心5min，用去离子水和乙醇交替洗涤三次，得到黑色的MoS2纳米片。

[0047] (2)在MoS2纳米片表面原位生长HfO2纳米颗粒

[0048] 取0.02g上述制得的MoS2纳米片和0.02g HfCl4溶于30mL去离子水中，超声5-10分钟至HfCl4全部溶解，然后用0.1M的HCl和3M的NaOH调节pH＝10。最后，将上述混合溶液转移到聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，封装，于180-200℃下水热处理12-24h。所得溶液自然冷却后，再在12000rpm转速下离心5min并将沉淀水洗3次，最终可得到粉末状的纯净的MoS2/HfO2复合纳米材料。

[0049] 根据ICP-MS表征证明，所得复合纳米材料中MoS2和HfO2的重量比约MoS2:HfO2＝3:2。

[0050] 实施例2

[0051] 按照实施例1的方法制得MoS2/HfO2复合纳米材料。

[0052] 取MoS2/HfO2复合纳米材料0.04g，加入到40mL去离子水中，并加入0.04g右旋糖酐D，超声至全部溶解后，以1500rpm的转速室温下搅拌6-8h，12000rpm转速下离心5min，用去离子水洗去多余的右旋糖酐，得到MoS2/HfO2-D复合纳米材料。

[0053] 对比例

[0054] 按照实施例1的步骤(2)水热法在没有MoS2纳米片存在下制备单一的HfO2纳米颗粒。

[0055] 测试例1

[0056] 透射电子显微镜观测。

[0057] 如图1所示，图(a)显示的是没有MoS2存在情况下水热法得到的HfO2纳米颗粒，颗粒直径约为5-8nm；图(b)显示的是实施例1的步骤(1)制得的MoS2纳米片，平均尺寸约为180nm；图(c)、(d)显示的是不同放大倍数下步骤(2)制得的MoS2/HfO2纳米复合材料，图(c)显示了复合到MoS2纳米片上的HfO2纳米颗粒的尺寸约为5-10nm，图(d)进一步显示了HfO2纳米颗粒的形貌(红圈所示)。

[0058] 测试例2

[0059] X射线光电子能谱测试。

[0060] 如图2所示，相对于HfO2纳米颗粒的谱图，实施例1制得的复合材料的谱图中Mo、Hf、O、S等元素的谱峰明显，说明实施例1制得的材料形成了复合结构。

[0061] 测试例3

[0062] 测试实施例1-2及对比例中的MoS2、HfO2、右旋糖酐D、MoS2/HfO2以及MoS2/HfO2-D的Zeta电位。

[0063] 如图3所示，MoS2、右旋糖酐D水溶液均带负电，其Zeta电位分别为-40mV和-12mV，而单一的HfO2带正电，Zeta电位为+23mV，当MoS2纳米片上原位加入Hf4+离子并生长得到HfO2纳米颗粒获得MoS2/HfO2后，MoS2/HfO2的Zeta电位降低到-23mV，这表明复合得到MoS2/HfO2材料前后，各自的电位发生了明显的变化。尤其是修饰了D之后MoS2/HfO2-D的电位变化更明显(-25mV)，说明D成功修饰到了MoS2/HfO2上的同时材料的稳定性也增强了。

[0064] 测试例4

[0065] 使用BEL-7402肝癌细胞和HUVEC人脐静脉血管内皮正常细胞与不同浓度的实施例2制得的MoS2/HfO2-D共同孵育24h和48h之后，测试细胞的存活率。

[0066] 如图4所示，(a)图显示BEL-7402肝癌细胞的结果；(b)图显示HUVEC人脐静脉血管内皮正常细胞的结果，孵育24h后，MoS2/HfO2-D的浓度在200μg/mL范围内，这两种细胞存活率仍能达到83％以上，在孵育48h之后也未显示出较大的毒性，说明MoS2/HfO2-D在测定的剂量范围(小于200μg/mL)内有较好的生物安全性。

[0067] 测试例5

[0068] DNA双链断裂损伤实验。

[0069] 将1×104个/孔的肝癌细胞BEL-7402接种在35mm的激光共聚焦专用培养皿中，待细胞贴壁生长24h后，将实验一共分为七组，不同的组按照对应的要求进行处理。其中，对照组有三组，分别为对照组(不使用治疗剂且不做任何照射处理的细胞组)，NIR对照组(不使用治疗剂但经NIR处理)以及X-ray对照组(不使用治疗剂但经X-射线处理)。另外四组分别为MoS2/HfO2-D组(仅使用治疗剂但无任何照射处理)，MoS2/HfO2-D+X-ray组和MoS2/HfO2-D+NIR组(使用治疗剂且分别经X-射线、NIR处理)，MoS2/HfO2-D+X-ray+NIR组(使用治疗剂且同时经X-射线、NIR处理)。

[0070] 当细胞的数量达到整个培养皿面积的30％之后，向相应培养皿中加入相应治疗剂的水溶液(实施例2制得的MoS2/HfO2-D，其浓度为50μg/mL)，继续培养24h。待孵育24h后，采用功率密度1.0W/cm2的808nm激光器照射10min或者剂量为6Gy的X射线激光器照射细胞孔。MoS2/HfO2-D+X-ray+NIR组在使用功率密度1.0W/cm2的808nm激光器照射10min之后，立即用剂量为6Gy的X射线激光器再次照射。

[0071] 待细胞进行各种处理之后，将细胞继续孵育24h，然后用4％的多聚甲醛将细胞固定10min，随后聚乙二醇辛基苯基醚用于渗透进入细胞进行染色。接着，用浓度为1％的牛血清白蛋白与细胞共孵育1h以除去非特异性蛋白与细胞的结合。最后，分别使用一抗γ-H2AX与细胞在4℃条件下过夜孵育，接着使用Cy3孵育1h。其中，实验过程中采用Hoechst用于细胞核染色。

[0072] 如图5所示，与三组对照组以及单独的热疗组MoS2/HfO2-D+NIR组和单独的放疗组MoS2/HfO2-D+X-ray组相比，热疗/放疗协同治疗组MoS2/HfO2-D+X-ray+NIR组的DNA损伤更为明显。

[0073] 测试例6

[0074] 细胞克隆实验。

[0075] 将1×104个/孔的肝癌细胞BEL-7402接种在六孔板中，按照测试例5相同的方式分为三个对照组和四个治疗组。

[0076] 实验条件为：

[0077] 808nm近红外激光器，功率为1.0W/cm2，照射时间为10min；X射线，剂量为6Gy；照射处理方式与测试例5相同。

[0078] MoS2/HfO2-D为实施例2制得，其浓度为50μg/mL。

[0079] 处理完之后，将细胞继续培养10天，最后用吉姆萨染液对细胞进行染色。通过计数形成的克隆细胞数，计算可以得到细胞的克隆形成率，细胞克隆效果如图6的(a)图所示，热疗/放疗协同治疗组MoS2/HfO2-D+X-ray+NIR组与单独的放疗组MoS2/HfO2-D+X-ray组和单独的热疗组MoS2/HfO2-D+NIR组以及三组对照组相比，其细胞存活率更低，说明协同治疗组对肿瘤细胞具有更好的杀伤能力。

[0080] 细胞克隆的存活率用于评估不同处理方法的治疗效果，如图6的(b)图所示，不同处理组对肝癌细胞BEL-7402存活率的数据统计值也证明，协同治疗组比单一热疗组和单一放疗组对肿瘤细胞的杀伤能力更强，协同治疗组的细胞存活率低于18％。

[0081] 除非特别限定，本发明所用术语均为本领域技术人员通常理解的含义。

[0082] 本发明所描述的实施方式仅出于示例性目的，并非用以限制本发明的保护范围，本领域技术人员可在本发明的范围内作出各种其他替换、改变和改进，因而，本发明不限于上述实施方式，而仅由权利要求限定。