一種Mn-In2S3/InOOH納米顆粒及制備方法與應用
一種mn-in2s3/inooh納米顆粒及制備方法與應用
技術領域
1.本發明屬于生物納米材料領域，尤其涉及一種mn-in2s3/inooh納米顆粒及制備方法與應用。
背景技術：
2.惡性腫瘤仍然是威脅人類健康的最致命的疾病之一。在過去的幾十年里，由于ros介導的腫瘤方式的微創性、時空可控性和靶向性并在特定位置被激活等特點，該方式被廣泛用于腫瘤制劑的研發。其中，超聲動力(sdt)作為一種新型的無創手段在腫瘤中顯示了巨大的潛力。超聲作為一種典型的無創照射源，其組織衰減效率較低，而且可以穿透更深的身體組織，且沒有明顯的能量損失，除此之外，超聲可以時空控制聲敏劑的激活，從而保證了sdt在上的生物安全性。sdt通過超聲的空化效應誘導氣泡破裂，在氣泡破裂過程中產生的高溫高壓可以誘導聲致發光和熱解等現象，從而激活腫瘤部位特異性積累的聲敏劑產生ros造成腫瘤細胞內部的氧化應激殺死細胞，引起腫瘤消融。在sdt的過程中，聲敏劑的存在以及其效率高低起著至關重要的作用。在過去幾十年的研究中，有關有機和無機聲敏劑的研究已經大大增加。傳統的有機聲敏劑(如葉綠素衍生物、atx-70、卟啉等)具有疏水性、低的生物利用度、皮膚敏感型較高等特點，這大大限制了其應用。相比而言，無機聲敏劑由于其獨特的理化性質、內在的生物效應、高的穩定性和低的光敏度等特性，在生物醫學領域表現出了廣泛的應用前景。而其中，由于超聲的聲致發光特性，各類半導體材料被越來越多地研究用于超聲動力。在超聲輻照下，半導體材料可以吸收超聲波的能量引起價帶上電子的躍遷，產生活化電子和空穴，從而與環境中的反應物發生氧化還原反應生成活性氧物種。而電子空穴的復合在這個過程中是我們不希望發生的反應。為了促進電子空穴的分離，提高量子產率，異質結的設計以及金屬離子的摻雜是合理且有效的途徑。
3.因此，在實現本發明過程中，發明人發現現有技術中至少存在如下問題：聲敏劑的種類較少、聲敏劑結構設計不佳以及聲動力效率低下等問題。
技術實現要素：
4.本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種mn-in2s3/inooh納米顆粒及制備方法與應用，以解決相關技術中存在的聲敏劑種類較少、聲敏劑結構設計不佳以及聲動力效率低下的問題。
5.本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種mn-in2s3/inooh納米顆粒的制備方法，包括：
6.將mncl2·
4h2o、in(no3)3加至水中，超聲分散，得到mn和in源溶液；
7.將na2s加至水中，超聲分散，得到na2s溶液；
8.將mn和in源溶液滴加至na2s溶液中，形成均勻淡黃溶液；
9.將稀硝酸溶液滴加至上述淡黃溶液中，調ph至3以下，得到還未形成穩定顆粒的
mn-in2s3/inooh前驅體溶液；
10.將還未形成穩定顆粒的mn-in2s3/inooh前驅體溶液轉移至水熱反應釜中反應，反應后離心洗滌，得到mn-in2s3/inooh溶液。
11.優選地，所述mn和in源溶液中，mncl2·
4h2o的濃度為0-3.5mg/ml，in(no3)3的濃度為12-24mm。
12.優選地，所述na2s溶液中，na2s的濃度為30-60mm。
13.優選地，將mn和in源前驅體溶液滴加至na2s前驅體溶液中，滴加速度為0.5-2ml/min。
14.優選地，ph調至2.6-3。
15.優選地，所述水熱反應釜中反應的反應溫度為180℃，反應時間為12-24h。
16.優選地，所述的mn-in2s3/inooh納米顆粒，粒徑為10-30nm，形狀不規則，分散性穩定性良好。
17.本發明還提供了一種由所述的制備方法制備得到的mn-in2s3/inooh納米顆粒。
18.本發明還提供了一種所述的mn-in2s3/inooh納米顆粒在制備聲動力制劑中的應用。
19.本發明的有益效果：本發明通過一步水熱法將in2s3與inooh配伍起來形成異質結，并在這個過程中將金屬離子mn摻雜進復合材料里面，有利于材料在聲動力過程中對超聲的吸收，且促進了電子空穴的分離，極大程度上提高了聲動力的效率，達到了好的腫瘤抑制效果。
20.本發明通過一步水熱法合成了mn-in2s3/inooh納米顆粒。本發明中的mn-in2s3/inooh納米顆粒中，異質結的形成促進了復合材料對超聲波的吸收。在超聲波輻照下，in2s3和inooh均能吸收超聲波實現電子從價帶到導帶的躍遷，由于異質結的形成以及in2s3和inooh不同的費米能級，根據能量最低原理，in2s3導帶上的電子會向inooh的導帶上遷移；inooh價帶上的空穴會向in2s3的價帶上遷移，由此促進了電子空穴的分離，提高了量子產率。另外，金屬離子mn的摻雜能夠在in2s3和inooh的導帶附近形成缺陷能級，從而在活化電子向價帶上躍遷的過程中，捕獲活化電子，從而進一步減少電子空穴的復合，促進電子空穴的分離。活化的電子可以與表面吸附的o2發生還原反應，產生有毒的o2·-和1o2，從而殺死腫瘤細胞。這樣的設計驗證了mn-in2s3/inooh作為聲敏劑的可行性，為異質結和金屬離子摻雜在腫瘤領域的應用提供了指導意義。在本發明中，通過一步水熱法合成mn摻雜的in2s3/inooh異質結構，實現了高效的聲動力手段。迄今為止，本領域尚未開發出一種基于mn-in2s3/inooh納米顆粒的聲動力手段。而本發明則填補了這一空白。本發明的制備方法簡單，分散性穩定性良好，具有較大應用前景。
附圖說明
21.此處的附圖被并入說明書中并構成本說明書的一部分，示出了符合本技術的實施例，并與說明書一起用于解釋本技術的原理。
22.圖1為本發明中不同mn摻雜濃度的in2s3/inooh納米顆粒的透射電鏡圖，(a)為無摻雜圖，(b)為1％摻雜圖，(c)為5％摻雜圖；
23.圖2為本發明中不同mn摻雜濃度的in2s3/inooh納米顆粒的xrd圖；
24.圖3為本發明中不同mn摻雜濃度的in2s3/inooh納米顆粒在不同超聲輻照時間后對dpbf的降解圖，(a)為control(dpbf本身)圖，(b)為無摻雜圖，(c)為1％摻雜圖，(d)為5％摻雜圖；
25.圖4為本發明中不同材料對dpbf的降解百分比圖；
26.圖5為本發明中不同材料的固體漫反射光譜圖，(a)為固體漫反射光譜圖，(b)為固體漫反射轉換曲線圖；
27.圖6為本發明中不同材料的交流阻抗譜圖；
28.圖7為本發明中不同材料培養24h后的細胞毒性圖；
29.圖8為本發明中不同組別下的流式細胞儀凋亡檢測圖；
30.圖9為本發明中不同組別下的ros水平圖，(a)為ros熒光照片圖，(b)為流式細胞儀ros水平檢測圖。
具體實施方式
31.這里將詳細地對示例性實施例進行說明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時，除非另有表示，不同附圖中的相同數字表示相同或相似的要素。以下示例性實施例中所描述的實施方式并不代表與本技術相一致的所有實施方式。相反，它們僅是與如所附權利要求書中所詳述的、本技術的一些方面相一致的裝置和方法的例子。
32.在本技術使用的術語是僅僅出于描述特定實施例的目的，而非旨在限制本技術。在本技術和所附權利要求書中所使用的單數形式的“一種”、“所述”和“該”也旨在包括多數形式，除非上下文清楚地表示其他含義。還應當理解，本文中使用的術語“和/或”是指并包含一個或多個相關聯的列出項目的任何或所有可能組合。
33.下面結合附圖和具體實例對本發明作進一步的說明。
34.應理解為以下實施例只用于對本發明進行進一步說明，不能理解為對本發明保護范圍的限制，本領域的技術人員根據本發明的上述內容作出的一些非本質的改進和調整均屬于本發明的保護范圍。下述實例具體的工藝參數等也僅是合適范圍中的一個示例，即本領域技術人員可以通過本文的說明做合適的范圍內選擇，而并非要限定于下文示例的具體數值。
35.實施例1
36.一種mn-in2s3/inooh納米顆粒的制備方法，可以包括以下步驟：
37.步驟(1)，將mncl
2 4h2o、in(no3)3加入至超純水中，超聲分散，得到mn和in源溶液；
38.具體地，稱取3.5mg的mncl2·
4h2o和72mg的in(no3)3(24mm)，溶于10ml的超純水中，超聲清洗儀分散10min后得到均一澄清透明的溶液。
39.步驟(2)，將na2s加入至超純水中，超聲分散，得到na2s溶液；
40.具體地，稱取144mg的na2s，溶于10ml的超純水中，超聲清洗儀分散10min后得到均一澄清透明的溶液。
41.步驟(3)，將mn和in源溶液滴加至na2s溶液中，形成均勻淡黃溶液；
42.具體地，將mn和in源混合后地均一透明澄清溶液緩慢滴加至na2s溶液中，滴加速度為2ml/min，攪拌均勻，形成淡黃溶液。
43.步驟(4)，將稀硝酸溶液滴加至上述淡黃溶液中，調ph至3以下，得到mn-in2s3/
inooh前驅體溶液；
44.具體地，將稀硝酸(10％wt濃硝酸)緩慢滴加至上述混合溶液中，用ph計檢測溶液實時ph變化。調節溶液ph至2.67，后繼續室溫下攪拌10min，得到mn-in2s3/inooh前驅體溶液。
45.步驟(5)，將mn-in2s3/inooh前驅體溶液轉移至水熱反應釜中反應，反應后離心洗滌，得到mn-in2s3/inooh溶液；
46.具體地，將所得到的溶液轉移至50ml容積的水熱反應釜中密封，將反應釜置于180℃烘箱中反應12h，自然冷卻至室溫后離心洗滌3-4次，洗滌后得到mn-in2s3/inooh納米顆粒(1-miso)。反應完畢后的固液分離，使用的是12000rpm高速離心，時間為8min。所述的洗滌方式是使用超純水進行洗滌的，洗滌后的產物重新分散在超純水中。
47.實施例2
48.一種mn-in2s3/inooh納米顆粒的制備方法，可以包括以下步驟：
49.步驟(1)，將mncl
2 4h2o、in(no3)3加入至超純水中，超聲分散，得到mn和in源溶液；
50.具體地，稱取17.5mg的mncl2·
4h2o和72mg的in(no3)3(24mm)，溶于10ml的超純水中，超聲清洗儀分散10min后得到均一澄清透明的溶液。
51.步驟(2)，將na2s加入至超純水中，超聲分散，得到na2s溶液；
52.具體地，稱取144mg的na2s，溶于10ml的超純水中，超聲清洗儀分散10min后得到均一澄清透明的溶液。
53.步驟(3)，將mn和in源溶液滴加至na2s前驅體溶液中，形成均勻淡黃溶液；
54.具體地，將mn和in源混合后地均一透明澄清溶液緩慢滴加至na2s溶液中，滴加速度為2ml/min，攪拌均勻，形成淡黃溶液。
55.步驟(4)，將稀硝酸溶液滴加至上述淡黃溶液中，調ph至3以下，得到mn-in2s3/inooh前驅體溶液；
56.具體地，將稀硝酸(10％wt濃硝酸)緩慢滴加至上述混合溶液中，用ph計檢測溶液實時ph變化。調節溶液ph至2.67，后繼續室溫下攪拌10min，得到mn-in2s3/inooh前驅體溶液。
57.步驟(5)，將mn-in2s3/inooh前驅體溶液轉移至水熱反應釜中反應，反應后離心洗滌，得到mn-in2s3/inooh溶液；
58.具體地，將所得到地溶液轉移至50ml容積的水熱反應釜中密封，將反應釜置于180℃烘箱中反應12h，自然冷卻至室溫后離心洗滌3-4次，洗滌后得到mn-in2s3/inooh納米顆粒(5-miso)。反應完畢后的固液分離，使用的是12000rpm高速離心，時間為8min。所述的洗滌方式是使用超純水進行洗滌的，洗滌后的產物重新分散在超純水中。
59.實施例3
60.一種in2s3/inooh納米顆粒的制備方法，可以包括以下步驟：
61.步驟(1)，將in(no3)3加入至超純水中，超聲分散，得到in源溶液；
62.具體地，稱取72mg的in(no3)3(24mm)，溶于10ml的超純水中，超聲清洗儀分散10min后得到均一澄清透明的溶液。
63.步驟(2)，將na2s加入至超純水中，超聲分散，得到na2s溶液；
64.具體地，稱取144mg的na2s，溶于10ml的超純水中，超聲清洗儀分散10min后得到均
一澄清透明的溶液。
65.步驟(3)，將in源溶液滴加至na2s前驅體溶液中，形成均勻淡黃溶液；
66.具體地，將in源混合后地均一透明澄清溶液緩慢滴加至na2s溶液中，滴加速度為2ml/min，攪拌均勻，形成淡黃溶液。
67.步驟(4)，將稀硝酸溶液滴加至上述淡黃溶液中，調ph至3以下，得到in2s3/inooh前驅體溶液；
68.具體地，將稀硝酸(10％wt濃硝酸)緩慢滴加至上述混合溶液中，用ph計檢測溶液實時ph變化。調節溶液ph至2.67，后繼續室溫下攪拌10min，得到in2s3/inooh前驅體溶液。
69.步驟(5)，將in2s3/inooh前驅體溶液轉移至水熱反應釜中反應，反應后離心洗滌，得到in2s3/inooh溶液；
70.具體地，將所得到地溶液轉移至50ml容積的水熱反應釜中密封，將反應釜置于180℃烘箱中反應12h，自然冷卻至室溫后離心洗滌3-4次，洗滌后得到in2s3/inooh納米顆粒(0-miso)。反應完畢后的固液分離，使用的是12000rpm高速離心，時間為8min。所述的洗滌方式是使用超純水進行洗滌的，洗滌后的產物重新分散在超純水中。
71.實施例4
72.本實施例與實施例1的區別在于將步驟(1)中加入36mg的in(no3)3(12mm)得到mn和in源溶液；將步驟(2)中加入72mg的na2s(30mm)得到na2s溶液。
73.實施例5
74.本實施例與實施例1的區別在于步驟(3)中滴加速度為0.5ml/min。
75.實施例6
76.本實施例與實施例1的區別在于步驟(4)中將稀硝酸溶液滴加至上述淡黃溶液中，調ph至3.0，得到in2s3/inooh前驅體溶液。
77.實施例7
78.本實施例與實施例1的區別在于步驟(5)中水熱反應中，反應時間為24h。
79.mn-in2s3/inooh納米顆粒通過一步水熱法制備。圖1中的(a)圖、(b)圖、(c)圖分別是不同mn摻雜濃度的in2s3/inooh納米顆粒的透射電鏡圖片，可以看出，不同的摻雜濃度并不改變納米顆粒的形貌，尺寸均為20nm左右，形狀不規則。
80.圖2為不同mn濃度摻雜的in2s3/inooh納米顆粒的xrd圖譜。可以看出，成功合成了in2s3/inooh納米顆粒，其晶相為四方結構的β-in2s3(jcpds 25-0390)和inooh相(jcpds17-0549)，且結晶狀況良好；所述jcpds 25-0390為pdf卡片編號。除此之外可以看出，mn的摻雜影響了復合材料中in2s3和inooh的比例，較少的mn摻雜(1-miso)相對于無摻雜的納米顆粒(0-miso)，有na
0.6
mno2相出現(jcpds 69-0060)，較多的mn摻雜(5-miso)中in2s3的比例降低，且在22.26
°
處出現明顯in(oh)3相的峰(jcpds 01-85-1338)。
81.實施例8
82.本實施例提供一種上述實施例制備得到的mn-in2s3/inooh納米顆粒在腫瘤聲動力中的應用。
83.該應用包括：在超聲波輻照下，in2s3和inooh均能吸收超聲波(us)實現電子從價帶到導帶的躍遷，由于異質結的形成以及in2s3和inooh不同的費米能級，根據能量最低原理，in2s3導帶上的電子會向inooh的導帶上遷移；inooh價帶上的空穴會向in2s3的價帶上遷移，
由此促進了電子空穴的分離，提高了量子產率。另外，金屬離子mn的摻雜能夠在in2s3和inooh的導帶附近形成缺陷能級，從而在活化電子向價帶上躍遷的過程中，捕獲活化電子，從而進一步減少電子空穴的復合，促進電子空穴的分離。活化的電子可以與表面吸附的o2發生還原反應，產生有毒的o2·-和1o2，從而殺死腫瘤細胞。
84.以下實施例對實施例1、2、3中的miso納米顆粒進行性能表征。
85.實施例9
86.采用典型的ros檢測探針dpbf來檢測超聲輻照下的miso納米顆粒的ros生成能力。聲動力過程中產生的活性氧(ros，包括o2·-，1o2等)可以降解dpbf，使dpbf在415nm處的特征吸收峰降低。將100μl的dpbf(2mm)加入至3ml的miso水醇混合溶液(50μg/ml)中，然后將混合物在黑暗中暴露于超聲(1.0mhz,1.0w/cm2)下，用紫外可見光譜檢測不同輻照時間下的吸光度變化(每兩分鐘)。
87.圖3所示為不同mn摻雜濃度的in2s3/inooh納米顆粒對dpbf的聲動力降解曲線。可以看出，miso在超聲輻照(us)下，能夠有效的降解dpbf，這表明了miso的聲動力特性。圖4為不同材料對dpbf的降解百分比。可以發現，control，0-miso，1-miso，5-miso在10min內的降解百分比分別為16.68％，53.94％，100％和96.51％。其中1-miso表現了最強的聲動力效率。這表明了in2s3/inooh的異質結對于超聲動力有促進作用；mn的摻雜有利于提高in2s3/inooh的聲動力效率。但是摻雜過多會降低其活性。
88.實施例10
89.為了科學地研究miso納米顆粒性能不同的原因，本研究使用了固體漫反射光譜來計算不同mn摻雜濃度miso的帶隙。
90.圖5中的(a)圖為miso地固體漫反射光譜，(b)圖為根據圖5(a)和tauc方程計算出的轉換曲線。從圖5(a)可以看出，mn摻雜有利于提高材料對超聲波的吸收。從圖5(b)可以計算出不同材料的帶隙，可以發現，0-miso、1-miso、5-miso的帶隙分別使3.72ev、2.677ev、3.2398ev。0-miso的帶隙證實了異質結的形成有利于電子空穴的產生。而mn摻雜對帶隙的影響意味著金屬離子作為缺陷能級的作用。然而摻雜濃度一直提高并不能持續減小其帶隙。同時，本研究還使用電化學阻抗譜(eis)來評估miso的電荷轉移能力和載流子分離效率。圖6表明了mn摻雜的納米顆粒的eis nyquist圖顯示比0-miso更小的半圓，說明了其電荷轉移電阻變小，mn摻雜可以誘導更高的電子空穴分離效率，進一步證實了金屬離子mn摻雜作為缺陷能級可以捕獲躍遷的電子并促進電子和空穴的分離的作用。因此，可以推測出其機理在于：首先，inooh具有3.75ev的帶隙，in2s3具有2.12ev的帶隙，兩個半導體均可以在吸收超聲能量的情況下引起電子和空穴的分離，兩者的配伍可以使得在兩者吸收超聲能量下，引起各自電子從價帶到導帶的躍遷，由于in2s3和inooh費米能級的差異和能量最低原理，使得in2s3導帶上的電子遷移至inooh的導帶上，inooh價帶上的空穴遷移至in2s3的價帶上。另一方面，mn的摻雜使得in2s3和inooh導帶附近存在缺陷能級，可以捕獲電子空穴復合過程中的電子。異質結和摻雜兩者協同作用較少了材料中的電子和空穴的復合，提高了量子產率。此外，我們期望被重新分配的活化電子能夠驅動環境中存在的溶解氧分子的還原，產生有毒性的o2·-、1o2。
91.實施例11
92.本實驗通過在細胞層面的殺傷作用來說明材料在腫瘤方面的應用。所用的細
胞是小鼠乳腺癌細胞(4t1)，使用的材料是1-miso。將4t1細胞與50μg/ml的1-miso共同培養，測定有無超聲輻照下培養24h后的細胞存活率。如圖7所示，超聲本身和材料本身對細胞無殺傷作用，而4t1細胞在材料和超聲共同作用下，4t1細胞存活率顯著降低，表現了值得注意的聲動力效率。
93.本實驗也通過膜聯蛋白v-異硫氰酸熒光素(annexin-ftic)和pi雙重染原理，利用流式細胞儀對材料的聲動力效果進行進一步驗證。如圖8所示，大多數細胞被miso+us處理殺死，這表明了超聲輔助下的miso對細胞顯示的高的超聲毒性。其本身則具有很好的生物相容性。
94.通過氧化敏感探針2’,7
’?
二氯熒光素二乙酸酯(dcfh-da)來驗證材料在細胞內生成ros的能力。該探針在ros的存在下可被氧化成二氯熒光素(dcf)，表現綠熒光。圖9(a)為細胞被不同組別處理之后的熒光圖像，可以發現miso+us處理后的細胞，表現增強的熒光，這證明了miso能夠產生超聲誘導的ros。而us本身和miso本身則未表現明顯dcf熒光。圖9(b)用流式細胞儀定量的測定了不同組處理后細胞內的ros水平，進一步印證了以上結論。
