本發(fā)明屬于多孔硅納米復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可降解的聚苯胺/多孔硅納米復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

在過去的幾十年腫瘤治療取得了巨大的進(jìn)展，從1991年起腫瘤導(dǎo)致的死亡率已下降了20％。但是，在2012年新增腫瘤患者約1410萬，腫瘤導(dǎo)致的死亡人數(shù)約820萬，因此當(dāng)前需要開發(fā)更好的腫瘤治療技術(shù)。目前，一種依賴于具有近紅外吸收的有機(jī)或無機(jī)納米材料的光熱治療技術(shù)成為研究熱點(diǎn)，包括：金納米結(jié)構(gòu)、鈀納米片、鑭系元素?fù)诫s的上轉(zhuǎn)換納米材料、硫化銅納米材料、碳納米材料、近紅外染料包裹或共軛的納米聚合物。這些光熱納米材料能夠有效的吸收近紅外光轉(zhuǎn)換為熱，并且近紅外光具有很好的組織穿透能力，產(chǎn)生的熱會(huì)導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的死亡。除了腫瘤的熱消融，光熱治療還能夠幫助誘導(dǎo)或提高其他的治療(如：化療或放療)用于腫瘤的組合治療。當(dāng)前，具有優(yōu)越光熱性能材料大多為無機(jī)納米材料，但是這些材料不能夠生物降解以及比較差的腎清除能力，這就導(dǎo)致會(huì)在長期存在于生物體內(nèi)，從而帶來一個(gè)潛在的長期生物毒性，而近紅外染料包裹或結(jié)合的納米聚合物能夠在很好的在生物體內(nèi)降解。相比于近紅外染料包裹有機(jī)納米聚合物，共軛的聚合物納米材料具有π電子(如：聚苯胺、聚吡咯等)，在多次的光熱的過程中這些材料展現(xiàn)了非常強(qiáng)的及穩(wěn)定的過高熱能力。但是，共軛的聚合物具有一些缺點(diǎn)，如：比較差的水溶性、低的抗癌藥物裝載能力，這些阻礙了其進(jìn)一步用于組合治療。為了克服以上的一些缺點(diǎn)，需要開發(fā)出一種新穎具有生物相容性的可降解光熱納米載體用于組合治療。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種可降解的聚苯胺/多孔硅納米復(fù)合材料，滿足制備腫瘤診療藥物的應(yīng)用。本發(fā)明的另一目的是提供一種上述可降解的聚苯胺/多孔硅納米復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明還有一目的是提供上述可降解的聚苯胺/多孔硅納米復(fù)合材料的應(yīng)用。

技術(shù)方案：為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種可降解的聚苯胺/多孔硅納米復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

1)將硅片放入濃硫酸雙氧水溶液中，浸泡除去表面的有機(jī)污染物，然后沖洗干凈，然后放入氫氟酸與去離子水的混合液漂洗，除去表面的氧化層；

2)硅片為陽極，鉑絲為陰極，腐蝕液為氫氟酸和無水乙醇的混和溶液；襯底為預(yù)處理過的P型硅片，背面墊一層鋁膜，以形成良好的歐姆接觸，在直流穩(wěn)壓的狀態(tài)下，對(duì)硅片進(jìn)行腐蝕，制備出多孔硅；

3)制得的多孔硅放置于N-甲基吡咯烷酮溶液中超聲處理，然后在4-乙烯苯胺中微波處理，用N-甲基吡咯烷酮清洗，制得苯胺化的多孔硅納米顆粒；

4)將苯胺化的多孔硅納米顆粒加入到HCl、苯胺及過硫酸銨作為氧化劑，冰浴攪拌反應(yīng)，隨后用去離子水、N-甲基吡咯烷酮、乙醇清洗制得聚苯胺/多孔硅納米復(fù)合材料；

5)將聚苯胺/多孔硅納米復(fù)合材料加入到阿霉素溶液中，避光處理，然后用超速離心機(jī)水洗，既得。

步驟1)中，濃硫酸雙氧水溶液為：98％濃硫酸：雙氧水＝3：1，體積比。

步驟1)中，硅片放入濃硫酸雙氧水溶液中，在80℃加熱條件下浸泡30分鐘。

步驟1)中，氫氟酸與去離子水的混合液為：濃度為40％的氫氟酸與去離子水按體積比為1：1。

步驟2)中，腐蝕液為氫氟酸和無水乙醇按3：1的體積比制成的混和溶液。

步驟2)中，以電流密度為100mA/cm²，腐蝕時(shí)間為15分鐘的條件對(duì)硅片進(jìn)行腐蝕。

步驟3)中，制得的多孔硅放置于N-甲基吡咯烷酮溶液中超聲2小時(shí)，然后加入3％體積的4-乙烯苯胺在100℃微波1小時(shí)，用N-甲基吡咯烷酮清洗3次，制得苯胺化的多孔硅納米顆粒。

步驟4)中，將1mg/mL苯VANi-PSiNPs加入到1mol/L HCl、10mmol/L苯胺及過硫酸銨作為氧化劑，冰浴攪拌反應(yīng)12小時(shí)，隨后用去離子水、N-甲基吡咯烷酮、乙醇清洗制得聚苯胺/多孔硅納米復(fù)合材料。

步驟5)中，將1mg/mL PANi-PSiNPs加入到阿霉素(DOX)溶液中，避光12小時(shí)，然后用超速離心機(jī)水洗3次，制得DOX@PANi-PSiNPs。

所述的可降解的聚苯胺/多孔硅納米復(fù)合材料的制備方法所獲得的聚苯胺/多孔硅納米復(fù)合材料。

所述的聚苯胺/多孔硅納米復(fù)合材料在制備用于腫瘤診療的藥物或試劑中的應(yīng)用。

有益效果：本發(fā)明制備的多孔硅納米材料，相比較于其他無機(jī)納米材料，多孔硅納米材料具有可調(diào)節(jié)的孔徑、大的表面積和表面易于功能化，可用于裝載不同的有機(jī)分子、生物大分子或納米材料等。另外，多孔硅納米材料具有很好的生物相容性及生物降解能力，使得其可在臨床應(yīng)用具有很大的潛力，這是因?yàn)槎嗫坠杓{米顆粒能夠在生物體內(nèi)降解為原硅酸后通過尿液排出體外。從而，我們合成了可降解的聚苯胺/多孔硅納米復(fù)合材料，該材料具有明顯穩(wěn)定的光熱能力、很好的水溶性以及優(yōu)秀的生物相容性及可降解能力，并且可以有效的裝載阿霉素，能夠在體內(nèi)或體外具有明顯的化療與熱療組合協(xié)同治療效果。

附圖說明

圖1是XPS圖；

圖2是多孔硅基納米復(fù)合材料相應(yīng)的元素濃度圖；

圖3是FTIR圖；

圖4是熱成像圖；

圖5是(a)鉬藍(lán)比色法染色結(jié)果圖；(b)通過ICP-OES與UV-vis-NIR定量溶液中Si的含量圖；

圖6是4T1細(xì)胞存活能力結(jié)果圖；

圖7是小鼠熱成像圖；

圖8是不同處理方式后腫瘤圖；

圖9是不同處理方式后腫瘤質(zhì)量圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。以下實(shí)施例中所使用的試劑種類、規(guī)格以及來源如下表所示。

實(shí)施例1

材料制備：將硅片切成2cm×2cm的正方形，放入濃硫酸(98％)：雙氧水＝3：1(體積比)的溶液中，在80℃加熱條件下浸泡30分鐘，以除去表面的有機(jī)污染物，然后用大量去離子水沖洗若干次。將濃度為40％的氫氟酸與去離子水按體積比為1：1在塑料燒杯中混合，然后用去離子水沖洗過的硅片放進(jìn)混合液中，每片漂洗30秒，除去表面的氧化層。

硅片為陽極，鉑絲為陰極，腐蝕液為氫氟酸和無水乙醇按3：1的體積比制成的混和溶液。襯底為預(yù)處理過的P型硅片，背面墊一層鋁膜，以形成良好的歐姆接觸，在直流穩(wěn)壓的狀態(tài)下，以電流密度為100mA/cm²，腐蝕時(shí)間為15分鐘的條件對(duì)硅片進(jìn)行腐蝕，制備出多孔硅(PSiNPs)。制得的多孔硅放置于N-甲基吡咯烷酮溶液中超聲2小時(shí)，然后加入3％體積的4-乙烯苯胺在100℃微波1小時(shí)，用N-甲基吡咯烷酮清洗3次，制得苯胺化的多孔硅納米顆粒(VANi-PSiNPs)。

將1mg/mL VANi-PSiNPs加入到1mol/L HCl、10mmol/L苯胺及10mmol/L的過硫酸銨作為氧化劑，冰浴攪拌反應(yīng)12小時(shí)，隨后用去離子水、N-甲基吡咯烷酮、乙醇清洗制得聚苯胺/多孔硅納米復(fù)合材料(PANi-PSiNPs)。

將1mg/mL PANi-PSiNPs加入到250ug/mL阿霉素(DOX)溶液中，避光12小時(shí)，然后用超速離心機(jī)水洗3次，制得DOX@PANi-PSiNPs。

X射線電子能譜(XPS)與傅里葉變換紅外光譜(FTIR)用于表征多孔硅基納米復(fù)合物的原子濃度、元素組成及官能團(tuán)。(1)PSiNPs、(2)VANi-PSiNPs、(3)PANi-PSiNPs的XPS譜圖如圖1，其相應(yīng)的原子濃度計(jì)算如圖2。C 1s，N 1s，O 1s，Si 2p，Si 2s及F 1s對(duì)應(yīng)于PSiNPs、4-乙烯苯胺及聚苯胺中的元素，其中N元素能夠用于檢測(cè)接枝上PSiNPs的4-乙烯苯胺及苯胺分子，N元素的濃度變化為(1)(0.00％)→(2)(1.7％)→(3)(2.8％)，因?yàn)?-乙烯苯胺及苯胺分子中含N原子，所以N 1s信號(hào)不變?cè)黾印Ａ硗?，在多孔硅的表面接枝聚合物的厚度不斷增加，從而XPS探測(cè)到Si的厚度減少，Si元素的濃度變化為(1)(29.2％)→(2)(6.5％)→(3)(4.5％)。多孔硅基納米復(fù)合物的紅外譜圖如圖3，相比于PSiNPs與VANi-PSiNPs，PANi-PSiNPs在1584cm^-1與1504cm^-1出現(xiàn)2個(gè)新的峰對(duì)應(yīng)于聚苯胺上C＝N與C＝C的醌型和苯環(huán)型的伸縮振動(dòng)，2983cm^-1與803cm^-1這2個(gè)峰不斷增強(qiáng)是因?yàn)檫B續(xù)在接枝聚合4-乙烯苯胺與苯胺，1302cm^-1對(duì)應(yīng)于第二個(gè)芳香胺的C-N伸縮振動(dòng)。另外，1645cm^-1與1080cm^-1對(duì)應(yīng)于SiO-H的伸縮振動(dòng)、Si-OH的彎曲振動(dòng)宇Si-O-Si的伸縮振動(dòng)，962cm^-1與874cm^-1的2個(gè)峰對(duì)應(yīng)于Si-OH伸縮振動(dòng)，2100cm^-1、908cm^-1、670cm^-1與616cm^-1對(duì)應(yīng)于Si-H_x的伸縮振動(dòng)與彎曲振動(dòng)的消失。XPS與FTIR均說明在PSi表面氧化聚合上了聚苯胺。

熱成像照相機(jī)用于檢測(cè)PANi-PSiNPs溶液的溫度變化。如圖4，將400μg/mL的PANi-PSiNPs暴露于1.6W/cm²NIR激光下照射20分鐘，可以看到溶液溫度逐漸變高(藍(lán)色為低溫，紅色為高溫)，從20.6℃升高至39.1℃，而PBS與PSiNPs溫度僅升高2.2℃與5.4℃，結(jié)果說明PANi接枝于PSiNPs上能夠有效的吸收近紅外光轉(zhuǎn)化為熱量，并且PANi-PSiNPs在照射4次NIR激光后仍能保持很好的光熱效應(yīng)，說明PANi-PSiNPs具有很好的光熱穩(wěn)定性。

鉬藍(lán)比色法用于檢測(cè)PANi-PSiNPs及PSiNPs在37℃PBS中的降解，多孔硅基納米材料降解為可溶性的SiO₂能夠迅速轉(zhuǎn)變?yōu)樗{(lán)色鉬復(fù)合物，如圖5(a)所示，溶液中Si元素的濃度可以通過紫外-可見-近紅外分光光度法(UV-vis-NIR)在815nm半定量測(cè)定，如圖5(b)下所示。另外，溶液中Si的濃度也可以通過電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP-OES)進(jìn)行定量，如圖5(b)上所示。結(jié)果表明PANi-PSiNPs及PSiNPs均在前1小時(shí)明顯降解，然后緩慢降解，并且PANi-PSiNPs相比于PSiNPs降解效率低，這是因?yàn)镻ANi-PSiNPs中的PANi延緩了降解，但是PANi-PSiNPs及PSiNPs會(huì)在生理環(huán)境中持續(xù)降解。

實(shí)施例2細(xì)胞應(yīng)用

MTT實(shí)驗(yàn)被用于評(píng)估4T1細(xì)胞的生存能力，分別用DOX、PANi-PSiNPs、DOX@PANi-PSiNPs孵育細(xì)胞，然后進(jìn)行激光照射20分鐘(進(jìn)行對(duì)照實(shí)驗(yàn)，材料光照與不光照均有)，照射完孵育不同時(shí)間(2、4、10或20小時(shí))。如圖6，在孵育完后，DOX@PANi-PSiNPs結(jié)合激光相比于其他組展現(xiàn)了最高的細(xì)胞毒理性，結(jié)果說明與對(duì)照組相比，在相同情況下，僅進(jìn)行化療的細(xì)胞存活率為37.1％，僅進(jìn)行光熱治療的細(xì)胞存活率為62.2％，而化療與光熱治療相結(jié)合時(shí)的細(xì)胞存活率為23.1％。

實(shí)施例3體內(nèi)應(yīng)用

將10⁶個(gè)小鼠乳腺癌細(xì)胞(4T1)注射到Balb/C小鼠右腿外側(cè)，當(dāng)腫瘤的尺寸達(dá)到50-70mm³時(shí)，瘤內(nèi)注射材料：(1)磷酸緩沖鹽溶液(PBS)+NIR(近紅外激光)(對(duì)照)，(2)阿霉素(DOX)+NIR，(3)PANi-PSiNPs+NIR，(4)DOX@PANi-PSiNPs，(5)DOX@PANi-PSiNPs+NIR，注射劑量為1mg/kg DOX，10mg/kg PANi-PSiNPs或10mg/kg DOX@PANi-PSiNPs，NIR激光功率為1.4W/cm²，照射時(shí)間為10分鐘，用熱成像照相機(jī)檢測(cè)小鼠腫瘤溫度變化，熱成像相機(jī)檢測(cè)數(shù)據(jù)見圖7，在NIR激光照射10分鐘后，PANi-PSiNPs與DOX@PANi-PSiNPs注射的腫瘤區(qū)域溫度升高至45℃左右，而其他組的腫瘤區(qū)域溫度為30℃左右，結(jié)果表明在體內(nèi)注射PANi-PSiNPs與DOX@PANi-PSiNPs仍能夠展現(xiàn)優(yōu)秀的光熱效應(yīng)。小鼠在藥物和激光處理后的14天中，2天測(cè)量一次腫瘤體積，14天后對(duì)小鼠進(jìn)行安樂死并取出腫瘤進(jìn)行拍照與稱重，記錄在圖8與圖9中，結(jié)果表明DOX@PANi-PSiNPs+NIR相比于其他3組展現(xiàn)了最大的腫瘤生長抑制率，說明化療與光熱治療結(jié)合能最大限度的抑制腫瘤的生長。

可見，本發(fā)明制備的多孔硅納米材料在腫瘤診療中具有很大的潛力。相比較于其他無機(jī)納米材料，多孔硅納米材料具有可調(diào)節(jié)的孔徑、大的表面積和表面易于功能化，可用于裝載不同的有機(jī)分子、生物大分子或納米材料等。另外，多孔硅納米材料具有很好的生物相容性及生物降解能力，使得其可在臨床應(yīng)用具有很大的潛力，這是因?yàn)槎嗫坠杓{米顆粒能夠在生物體內(nèi)降解為原硅酸后通過尿液排出體外。從而，我們合成了可降解的聚苯胺/多孔硅納米復(fù)合材料，該材料具有明顯穩(wěn)定的光熱能力、很好的水溶性以及優(yōu)秀的生物相容性及可降解能力，并且可以有效的裝載阿霉素，能夠在體內(nèi)或體外具有明顯的化療與熱療組合協(xié)同治療效果。