用于肿瘤治疗的载药纳米机器人及其制备方法

本申请要求于2019年11月14日提交中国专利局、申请号为201911114763.8、发明名称为“用于肿瘤治疗的载药纳米机器人及其制备方法”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本发明属于纳米材料领域，尤其涉及一种用于肿瘤治疗的载药纳米机器人及其制备方法。

背景技术

肿瘤组织实际上是由肿瘤细胞和肿瘤血管形成的一个完整生态系统，不仅包含肿瘤细胞，内部还有丰富的肿瘤血管。现代生物医学研究已经证明，肿瘤血管与正常血管在结构上存在巨大差异。一般来说，正常血管需要一年时间才能够长成，是由内膜、中膜和外膜构成的三层密实结构，而肿瘤血管只用4天即可形成，结构上为由内皮细胞构成的单层薄膜。而由于构成肿瘤血管的内皮细胞间隙较大、结构不完整，导致肿瘤血管通常包含有大量纳米尺度的小孔，使小分子和一些纳米颗粒能够透孔而出。

当纳米颗粒的尺度在合适的尺度下(例如50～200nm)，要经过几分钟甚至几十分钟才能通过肿瘤血管的间隙，在这一过程中纳米颗粒被肿瘤血管的内皮细胞所紧密包围，因此可以通过合适的设计由此特异性地破坏肿瘤血管。化学所研究人员首先利用磁性金属富勒烯，设计了尺度在150纳米左右的水溶性纳米颗粒，这种纳米颗粒能够通过吸收射频提高内能，在几分钟至几十分钟后由于内能升高发生相变，并伴随着体积剧烈膨胀50％左右。然后将磁性金属富勒烯纳米颗粒静脉注入小鼠体内，数分钟后这些纳米颗粒抵达肿瘤位置并长时间卡在血管壁上。这时再对小鼠施加射频“引爆”这些纳米颗粒。研究结果发现，这些镶嵌在肿瘤血管壁上的磁性金属富勒烯纳米颗粒“爆炸”有效地破坏了肿瘤血管，而后迅速阻断对肿瘤的营养供应，几个小时内就可完全“饿死”肿瘤细胞。

目前，已被报道的制备磁性金属富勒烯的方法大多还都停留在实验阶段，存在着制备工艺稳定性差、肿瘤治疗效果欠佳、降解时间不易控制等问题，严重影响了其在肿瘤治疗领域的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于肿瘤治疗的载药纳米机器人及其制备方法，本发明提供的制备方法生产工艺稳定，采用该方法制备得到的用于肿瘤治疗的载药纳米机器人具有优异的顺磁性和抗肿瘤功能，降解时间可控，在肿瘤治疗领域具有广阔的应用前景。

本发明提供了一种用于肿瘤治疗的载药纳米机器人的制备方法，包括以下步骤：

a)将顺磁性金属靶材置于溅射室内，向溅射室内通入氩气和氧气，启动溅射室电源进行磁控溅射；磁控溅射的过程中，所述溅射室的腔体温度为800～1200℃；

b)磁控溅射结束后，维持溅射室的腔体温度为800～1200℃，向溅射室内通入乙炔气体；

c)通乙炔气体结束后，向溅射室内通入保护气体，并在5～15min内将溅射室的腔体温度降至100～300℃，得到内包顺磁性金属富勒烯颗粒；

d)将所述内包顺磁性金属富勒烯颗粒、镁合金纳米颗粒和交联剂在溶剂中混合，得到制膜液；之后将所述制膜液涂布到基板表面，固化，得到膜层；

e)对所述膜层进行等离子体轰击，然后将完成等离子体轰击的膜层与基板分离，之后对分离获得的膜层进行研磨，得到内包金属富勒烯纳米机器人；

f)将所述内包金属富勒烯纳米机器人与抗肿瘤药物在溶剂中超声混合，之后进行离心分离，弃上清液，得到用于肿瘤治疗的载药纳米机器人。

优选的，步骤a)中，所述顺磁性金属靶材包括氧化铁、氧化钛和氧化锆中的一种或多种。

优选的，步骤a)中，磁控溅射的过程中，所述溅射室的真空度为10～30Pa；所述氩气的进气流量为40～50sccm；所述氧气的进气流量为10～15sccm。

优选的，步骤b)中，所述溅射室的真空度为10～30Pa；所述乙炔气体的进气流量为100～120sccm。

优选的，步骤d)中，所述镁合金纳米颗粒的化学成分包括Nd、Zn、Zr、Fe、Si、Mn和Mg。

优选的，步骤d)中，所述制膜液中还含有氧化石墨烯、壳聚糖和消炎剂中的一种或多种。

优选的，所述内包顺磁性金属富勒烯颗粒、氧化石墨烯、壳聚糖、镁合金纳米颗粒、消炎剂和交联剂的质量比为(35～44)：(5～15)：(10～15)：(10～15)：(5～10)：(4.5～10.5)。

优选的，步骤f)中，所述抗肿瘤药物包括紫杉醇、地塞米松和水蛙素中的一种或多种。

优选的，步骤f)中，所述内包金属富勒烯纳米机器人与抗肿瘤药物的质量比为5：(5～20)。

本发明提供了一种按照上述技术方案所述制备方法制得的用于肿瘤治疗的载药纳米机器人。

与现有技术相比，本发明提供了一种用于肿瘤治疗的载药纳米机器人及其制备方法。本发明提供的制备方法包括以下步骤：a)将顺磁性金属靶材置于溅射室内，向溅射室内通入氩气和氧气，启动溅射室电源进行磁控溅射；磁控溅射的过程中，所述溅射室的腔体温度为800～1200℃；b)磁控溅射结束后，维持溅射室的腔体温度为800～1200℃，向溅射室内通入乙炔气体；c)通乙炔气体结束后，向溅射室内通入保护气体，并在5～15min内将溅射室的腔体温度降至100～300℃，得到内包顺磁性金属富勒烯颗粒；d)将所述内包顺磁性金属富勒烯颗粒、镁合金纳米颗粒和交联剂在溶剂中混合，得到制膜液；之后将所述制膜液涂布到基板表面，固化，得到膜层；e)对所述膜层进行等离子体轰击，然后将完成等离子体轰击的膜层与基板分离，之后对分离获得的膜层进行研磨，得到内包金属富勒烯纳米机器人；f)将所述内包金属富勒烯纳米机器人与抗肿瘤药物在溶剂中超声混合，之后进行离心分离，弃上清液，得到用于肿瘤治疗的载药纳米机器人。本发明首先利用磁控溅射设备在特定工艺条件下制备获得了具有良好顺磁性和粒径均匀性的小尺寸内包顺磁性金属富勒烯颗粒，然后将所述内包顺磁性金属富勒烯颗粒与镁合金纳米颗粒混合并制成制膜液，之后进行涂膜、离子体轰击、研磨和载药，得到了用于肿瘤治疗的载药纳米机器人。本发明提供的制备方法以具有良好顺磁性的内包顺磁性金属富勒烯和镁合金作为纳米机器人的主体材料，可使纳米机器人表现出优异的顺磁性；同时通过在纳米机器人表面附载抗肿瘤药物，可使纳米机器人表现出更为优异的肿瘤治疗效果；而且，该制备方法还可以通过改变镁合金纳米颗粒的成分组成和尺寸大小实现对制备得到的纳米机器人降解速率的调控，从而控制纳米机器人的降解时间。采用本发明提供的方法制备的用于肿瘤治疗的载药纳米机器人具有优异的顺磁性和抗肿瘤功能，降解时间可控，其在射频辅助下可高效靶向阻断肿瘤血管，杀死肿瘤细胞；同时可在杀死肿瘤细胞后，3～5个星期内被人体完全降解或吸收，无任何副作用。本发明提供的制备方法生产工艺稳定、可控，适于工业化，在肿瘤治疗领域具有广阔的应用前景。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种用于肿瘤治疗的载药纳米机器人的制备方法，包括以下步骤：

a)将顺磁性金属靶材置于溅射室内，向溅射室内通入氩气和氧气，启动溅射室电源进行磁控溅射；磁控溅射的过程中，所述溅射室的腔体温度为800～1200℃；

b)磁控溅射结束后，维持溅射室的腔体温度为800～1200℃，向溅射室内通入乙炔气体；

c)通乙炔气体结束后，向溅射室内通入保护气体，并在5～15min内将溅射室的腔体温度降至100～300℃，得到内包顺磁性金属富勒烯颗粒；

d)将所述内包顺磁性金属富勒烯颗粒、镁合金纳米颗粒和交联剂在溶剂中混合，得到制膜液；之后将所述制膜液涂布到基板表面，固化，得到膜层；

e)对所述膜层进行等离子体轰击，然后将完成等离子体轰击的膜层与基板分离，之后对分离获得的膜层进行研磨，得到内包金属富勒烯纳米机器人；

f)将所述内包金属富勒烯纳米机器人与抗肿瘤药物在溶剂中超声混合，之后进行离心分离，弃上清液，得到用于肿瘤治疗的载药纳米机器人。

在本发明提供的制备方法中，首先将顺磁性金属靶材置于溅射室内。其中，所述顺磁性金属靶材优选包括氧化铁、氧化钛和氧化锆中的一种或多种。之后，向溅射室内通入氩气和氧气，启动溅射室电源进行磁控溅射。其中，所述氩气的进气流量优选为40～50sccm，具体可为40sccm、41sccm、42sccm、43sccm、44sccm、45sccm、46sccm、47sccm、48sccm、49sccm或50sccm；所述氩气的通气时间与进行磁控溅射的时间一致；所述氧气的进气流量优选为10～15sccm，具体可为10sccm、11sccm、12sccm、13sccm、14sccm或15sccm；所述氧气的通气时间优选为3～5min，具体可为3min、3.5min、4min、4.5min或5min；所述电源优选为直流(DC)电源；所述电源的电压优选为330～420V，具体可为330V、340V、350V、360V、370V、380V、390V、400V、410V或420V；所述电源的功率优选为2400～3600W，具体可为2400W、2500W、2600W、2700W、2800W、2900W、3000W、3100W、3200W、3300W、3400W、3500W或3600W；磁控溅射的过程中，所述溅射室的真空度优选控制在10～30Pa，具体可为10Pa、15Pa、20Pa、25Pa或30Pa；磁控溅射的过程中，所述溅射室的腔体温度优选控制在800～1200℃，具体可为800℃、850℃、900℃、950℃、1000℃、1050℃、1100℃、1150℃或1200℃；所述磁控溅射的时间优选为5～8min，具体可为5min、5.5min、6min、6.5min、7min、7.5min或8min。

在本发明提供的制备方法中，磁控溅射结束后，向溅射室内通入乙炔气体。其中，通乙炔气体的过程中，所述溅射室的腔体温度维持在800～1200℃，具体可为800℃、850℃、900℃、950℃、1000℃、1050℃、1100℃、1150℃或1200℃；所述溅射室的真空度优选控制在10～30Pa，具体可为10Pa、15Pa、20Pa、25Pa或30Pa；所述乙炔气体的进气流量优选为100～120sccm，具体可为100sccm、105sccm、110sccm、115sccm或120sccm；所述乙炔气体的通气时间优选为10～15min，具体可为10min、10.5min、11min、11.5min、12min、12.5min、13min、13.5min、14min、14.5min或15min。

在本发明提供的制备方法中，通乙炔气体结束后，向溅射室内通入保护气体，并对溅射室进行急速降温。其中，所述溅射室的真空度优选控制在10～30Pa，具体可为10Pa、15Pa、20Pa、25Pa或30Pa；所述保护气体优选为氩气和/或氮气；所述保护气体的进气流量优选为700～1000sccm，具体可为700sccm、750sccm、800sccm、850sccm、900sccm、950sccm或1000sccm。在本发明中，所述急速降温的过程优选为在5～15min内将溅射室的腔体温度降至100～300℃，所述急速降温的耗时更优选为8～10min，具体可为8min、8.5min、9min、9.5min或10min；所述急速降温后的腔体温度更优选为150～250℃，具体可为150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃或250℃。急速降温结束后，得到内包顺磁性金属富勒烯颗粒，所述内包顺磁性金属富勒烯颗粒包括顺磁性金属粒子和包覆所述顺磁性金属粒子的具有富勒烯形貌的碳球；所述顺磁性金属粒子优选包括Fe、Zr和Ti中的一种或多种；所述内包顺磁性金属富勒烯颗粒的粒径优选为1～100nm，更优选为10～20nm，具体可为10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm、55nm、55nm、60nm、65nm、70nm、75nm、80nm、85nm、90nm、95nm或100nm。

在本发明提供的一个实施例中，所述内包顺磁性金属富勒烯颗粒在设置有进片室、溅射室和出片室的磁控溅射装置中进行制备，并使用工件夹具承载制备好的内包顺磁性金属富勒烯颗粒，具体过程如下：

首先对工件夹具进行清洗，之后将其安装在磁控溅射装置的运动轨道上，工件夹具沿轨道进入进片室，关闭进片室真空阀门，对进片室抽真空，待真空度达到要求后，打开溅射室的真空阀门，工件夹具沿轨道进入溅射室；在溅射室中进行内包顺磁性金属富勒烯颗粒的制备，具体过程在上文中已经介绍，在此不再赘述；急速降温生成的内包顺磁性金属富勒烯颗粒吸附在工件夹具四周；工作夹具沿运行轨道行至出片室，在保护气体气氛下自然冷却至室温；开启出片室的真空阀门，工作夹具沿轨道离开出片室，然后对工作夹具上的内包顺磁性金属富勒烯颗粒进行收集。

在本发明中，以顺磁性金属为Fe为例，所述内包顺磁性金属富勒烯颗粒制备过程中涉及的物理、化学过程如下：启动溅射室电源后，电离产生的氩正离子轰击铁靶，使Fe粒子从靶材上溅射出来，溅射出的Fe粒子处在氧气气氛中，由于氧原子是电负性较大的原子，可以使铁的2P

在本发明提供的制备方法中，得到内包顺磁性金属富勒烯颗粒后，将所述内包顺磁性金属富勒烯颗粒、镁合金纳米颗粒和交联剂在溶剂中混合，得到制膜液。其中，所述镁合金纳米颗粒由多种金属元素组成，具有良好的生物相容性和力学支撑性能，同时具有一定的药理学作用；而且镁合金也是一种顺磁性金属材料，从而可显著提升最终制备的纳米机器人的顺磁性；此外，镁合金能完全降解，对人体无副作用。在本发明中，所述镁合金纳米颗粒的化学成分优选包括Nd、Zn、Zr、Fe、Si、Mn和Mg，更优选包括4wt％的Nd、16wt％的Zn、14～19wt％的Zr、1wt％的Fe、0.3wt％的Si、1wt％的Mn和55～61wt％的Mg。在本发明提供的一个实施例中，所述Zr在镁合金纳米颗粒中的含量具体可为14wt％、15wt％、16wt％、17wt％、17.5wt％、18wt％或19wt％。在本发明中，Zn是人体必需的营养元素，Zn的加入可提高镁合金的塑性和变形能力；Zr的加入可明显细化镁合金晶粒。在本发明中，所述镁合金纳米颗粒的粒径优选为5～100nm，更优选为20～50nm，具体可为20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm或50nm。在本发明中，所述内包顺磁性金属富勒烯颗粒和镁合金纳米颗粒的质量比优选为(35～44)：(10～15)，更优选为(35～40)：(10～15)，具体可为(35～44)：10、(35～44)：11、(35～44)：12、(35～44)：13、(35～44)：14或(35～44)：15。在本发明中，所述交联剂包括但不限于明胶，所述明胶的数均分子量优选为15000～250000Da，具体可为15000Da、20000Da、50000Da、100000Da、150000Da、200000Da或250000Da，所述内包顺磁性金属富勒烯颗粒和交联剂的质量比优选为(35～44)：(4.5～10.5)，更优选为(35～40)：(4.5～10.5)，具体可为(35～44)：4.5、(35～44)：6、(35～44)：7.5、(35～44)：9或(35～44)：10.5；所述溶剂优选为水，所述水的用量优选占交联剂和水总质量的20～40wt％，具体可为20wt％、25wt％、30wt％、35wt％或40wt％。在本发明中，所述制膜液中优选还含有氧化石墨烯、壳聚糖和消炎剂中的一种或多种。其中，所述氧化石墨烯具有良好的生物相容性和可功能化特点，可实现对顺磁性金属富勒烯的有序吸附作用，所述氧化石墨烯的孔隙率优选为85～95％，具体可为85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％或95％，所述氧化石墨烯的比表面积优选为2300～3000m

在本发明提供的制备方法中，得到制膜液后，将所述制膜液涂布到基板表面。其中，所述涂布的方式优选为旋涂；所述旋涂的转速优选为1000～3000rpm，具体可为1000rpm、1500rpm、2000rpm、2500rpm或3000rpm；所述旋涂的时间优选为10～15s，具体可为10s、11s、12s、13s、14s或15s；所述旋涂的涂布均匀性优选控制在±3％以内。涂布结束后，对涂布形成的液膜进行固化。其中，所述固化的方式优选为烘烤；所述烘烤的温度优选为40～80℃，具体可为40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃或80℃；所述烘烤的时间优选为20～30min，具体可为20min、21min、22min、23min、24min、25min、26min、27min、28min、29min或30min。固化结束后，在基板表面形成含有内包顺磁性金属富勒烯颗粒和镁合金纳米颗粒的膜层，所述膜层的厚度优选为100～200nm，具体可为100nm、105nm、110nm、115nm、120nm、125nm、130nm、135nm、140nm、145nm、150nm、155nm、160nm、165nm、170nm、175nm、180nm、185nm、190nm、195nm或200nm。

在本发明提供的制备方法中，得到含有内包顺磁性金属富勒烯颗粒和镁合金纳米颗粒的膜层后，对所述膜层进行等离子体轰击。其中，所述等离子体轰击的电源包括但不限于直流(DC)电源、中频(MF)电源和射频(RF)电源中的一种或多种，优选为RF电源；所述电源的功率优选为1000～3000W，具体可为1000W、1500W、2000W、2500W或3000W；进行所述等离子体轰击时的轰击离子能量优选≤100ev；进行所述等离子体轰击时选用的惰性工艺气体包括但不限于氩气；进行所述等离子体轰击时的惰性工艺气体流量优选为10～20SCCM，具体可为10SCCM、11SCCM、12SCCM、13SCCM、14SCCM、15SCCM、16SCCM、17SCCM、18SCCM、19SCCM或20SCCM；所述等离子体轰击的温度优选为25～30℃，具体可为25℃、26℃、27℃、28℃、29℃或30℃；所述等离子体轰击的时间优选为5～10min，具体可为5min、5.5min、6min、6.5min、7min、7.5min、8min、8.5min、9min、9.5min或10min。完成等离子体轰击后，在膜层上形成坑坑洼洼的无规化弹坑。

在本发明提供的制备方法中，完成等离子体轰击后，将完成等离子体轰击的膜层与基板分离，然后对分离获得的膜层进行研磨。其中，所述研磨的设备优选为德国CMSD2000型研磨机；所述研磨的剪切速率优选为8000～10000rpm，具体可为8000rpm、8200rpm、8500rpm、8700rpm、9000rpm、9200rpm、9500rpm、9700rpm或10000rpm；所述研磨的转子速度优选为10～30m/s，具体可为10m/s、15m/s、20m/s、21m/s、22m/s、23m/s、24m/s、25m/s、26m/s、27m/s、28m/s、29m/s或30m/s；所述研磨的时间优选为10～30min，具体可为10min、15min、20min、25min或30min。研磨结束后，得到内包金属富勒烯纳米机器人。在本发明中，可通过调节剪切速率和转子速度的大小来控制内包金属富勒烯纳米机器人的尺寸，其具体尺寸可根据临床需要进行调整。

在本发明提供的制备方法中，得到内包金属富勒烯纳米机器人，将所述内包金属富勒烯纳米机器人与抗肿瘤药物在溶剂中超声混合。在本发明中，所述内包金属富勒烯纳米机器人在与抗肿瘤药物超声混合之前，优选先对所述内包金属富勒烯纳米机器人进行干燥和消毒。其中，所述干燥优选在50Pa以下真空环境中进行；所述消毒的方式优选为紫外线-臭氧消毒；所述消毒的温度优选为100～120℃，具体可为100℃、105℃、110℃、115℃或120℃；所述消毒的时间优选为30～60min，具体可为30min、35min、40min、45min、50min、55min或60min。在本发明中，进行干燥和消毒的主要目的是去除纳米机器人表面残留的有机物、促使表面氧化、增加表面与内侧的光滑与平整。

在本发明提供的制备方法中，在所述内包金属富勒烯纳米机器人与抗肿瘤药物在溶剂中进行超声混合的过程中，所述抗肿瘤药物包括但不限于紫杉醇(PTX)、地塞米松(DXM)和水蛙素中的一种或多种；所述溶剂包括但不限于丙酮；所述内包金属富勒烯纳米机器人与所述抗肿瘤药物的质量比优选为5：(5～20)。具体可为5:5、5:10、5:15或5:20。在本发明中，优选先将抗肿瘤药物与溶剂混合，得到抗肿瘤药物溶液；之后再将所述抗肿瘤药物溶液与所述内包金属富勒烯纳米机器人超声混合。在本发明中，所述超声混合的时间优选为15～30min，具体可为15min、16min、17min、18min、19min、20min、21min、22min、23min、24min、25min、26min、27min、28min、29min或30min。在本发明中，进行所述超声混合之前，优选先进行搅拌混合，所述搅拌混合的搅拌速度优选为500～1000r/min，具体可为500r/min、550r/min、600r/min、650r/min、700r/min、750r/min、800r/min、850r/min、900r/min、950r/min或1000r/min；所述搅拌混合的时间优选为5～20min，具体可为5min、10min、15min或20min。在本发明中，超声混合的过程中，所述抗肿瘤药物在超声作用下负载到内包金属富勒烯纳米机器人上。

在本发明提供的制备方法中，内包金属富勒烯纳米机器人与抗肿瘤药物在溶剂中超声混合结束后，对其进行离心分离。其中，所述离心分离的转速优选为1000～1500r/min，具体可为1000r/min、1100r/min、1200r/min、1300r/min、1400r/min或1500r/min；所述离心分离的时间优选为10～30min，具体可为10min、15min、20min、25min或30min。离心分离结束后，弃上清液，沉淀物进行干燥，得到用于肿瘤治疗的载药纳米机器人。所述用于肿瘤治疗的载药纳米机器人包括内包金属富勒烯纳米机器人，负载在所述内包金属富勒烯纳米机器人上的抗肿瘤药物。

本发明首先利用磁控溅射设备在特定工艺条件下制备获得了具有良好顺磁性和粒径均匀性的小尺寸内包顺磁性金属富勒烯颗粒，然后将所述内包顺磁性金属富勒烯颗粒与镁合金纳米颗粒混合并制成制膜液，之后进行涂膜、离子体轰击、研磨和载药，得到了用于肿瘤治疗的载药纳米机器人。本发明提供的制备方法以具有良好顺磁性的内包顺磁性金属富勒烯和镁合金作为纳米机器人的主体材料，可使纳米机器人表现出优异的顺磁性；同时通过在纳米机器人表面附载抗肿瘤药物，可使纳米机器人表现出更为优异的肿瘤治疗效果；而且，该制备方法还可以通过改变镁合金纳米颗粒的成分组成和尺寸大小实现对制备得到的纳米机器人降解速率的调控，从而控制纳米机器人的降解时间。采用本发明提供的方法制备的用于肿瘤治疗的载药纳米机器人具有优异的顺磁性和抗肿瘤功能，降解时间可控，其在射频辅助下可高效靶向阻断肿瘤血管，杀死肿瘤细胞；同时可在杀死肿瘤细胞后，3～5个星期内被人体完全降解或吸收，无任何副作用。本发明提供的制备方法生产工艺稳定、可控，适于工业化，在肿瘤治疗领域具有广阔的应用前景。

本发明还提供了一种采用上述技术方案所述方法制备的用于肿瘤治疗的载药纳米机器人。本发明提供的用于肿瘤治疗的载药纳米机器人具有优异的顺磁性和抗肿瘤功能，在射频辅助下可高效靶向阻断肿瘤血管，杀死肿瘤细胞；而且，本发明提供的富勒烯纳米机器人在杀死肿瘤细胞后，3～5个星期内被人体完全降解或吸收，无任何副作用，因此，本发明提供的用于肿瘤治疗的载药纳米机器人在肿瘤治疗领域具有广阔的应用前景。另外，由于金属富勒烯具有优异的自由基清除效果，对多种细胞均具有抗氧化损伤修复的功能，因此本发明提供的用于肿瘤治疗的载药纳米机器人还可作为药物对诸多疾病具有良好的治疗效果。

为更清楚起见，下面通过以下实施例进行详细说明。

实施例1

内包顺磁性金属富勒烯颗粒的制备，包括以下步骤：

1)清洗：先将玻璃材质的工件夹具进行酒精擦拭、然后放入超声波清洗机中，去离子水超洗、酒精超洗，最后将工件夹具放在酒精蒸汽中进行干燥，当工件夹具由蒸汽中取出来时，因为凝结的蒸汽由表面蒸发掉，所以工件夹具很快就可以干燥；

2)贴保护膜：将清洗干净的工件夹具贴好聚乙烯膜，保护工件夹具洁净度，并保护工件夹具不受破坏；

3)将贴好膜的工件夹具安装在磁控溅射装置的运行轨道上，在进入进片室之前撕掉保护膜；

4)工作夹具运行至磁控溅射装置的进片室，之后关闭真空门阀，真空泵开启，使真空度保持在15Pa；

5)开启磁控溅射装置溅射室的真空门阀，工件夹具通过轨道进入溅射室固定位置；

6)向溅射室内通入氩气和氧气，启动溅射室的DC电源(380V、3000W)，轰击铁靶(氧化铁)进行磁控溅射，持续5min；其中，氩气流量45sccm，通气时间与进行磁控溅射的时间一致；氧气流量10sccm，通气时间3min；磁控溅射期间，溅射室的腔体温度维持在1000℃；

7)磁控溅射结束后，维持溅射室的腔体温度为1000℃，向溅射室内通入乙炔气体，乙炔气体流量100sccm，通入时间为10min；

8)通乙炔气体结束后，通入保护气体氩气，通入量800sccm，同时开启冷却装置，使溅射室的腔体温度在10min内将至200℃，得到吸附在工作夹具四周的碳球颗粒，即为本实施例制备的内包顺磁性金属富勒烯颗粒；

9)之后，工作夹具沿运行轨道行至磁控溅射装置的出片室，向出片室内通入保护气体氩气，通入量300sccm，自然冷却至25℃；

10)开启出片室的真空阀门，工作夹具沿轨道离开出片室，然后对工作夹具上的内包顺磁性金属富勒烯颗粒进行收集，得到内包顺磁性金属富勒烯颗粒。

测定本实施例制备的内包顺磁性金属富勒烯颗粒的粒径、粒径均匀性、纯度、石墨化程度、饱和磁化强度、剩余磁化强度和矫顽力。

其中，粒径和粒径均匀性通过使用JEM-2010型高分辨透射电子显微镜对制备的内包顺磁性金属富勒烯颗粒进行形貌和结晶形态分析后获得，所述粒径均匀性的计算公式为：(D

纯度和石墨化程度通过使用FES165傅立叶红外光谱仪(FT-IR)和cary-300VARIAN紫外可见光谱分析仪对制备的内包顺磁性金属富勒烯颗粒进行水溶性分析后获得；

磁化强度和矫顽力通过使用Lakeshore 7410振动样品磁强计对制备的内包顺磁性金属富勒烯颗粒进行磁性能分析后获得。

测定结果为：粒径80～90nm，粒径均匀性＜5.8％，纯度＞99.9％，石墨化程度＞94％，饱和磁化强度19.655emu/g，剩余磁化强度4.4944emu/g，矫顽力567.86G。

对比例1

富勒烯的制备，包括以下步骤：

采用热蒸发法，以天然石墨为原料，在极高温度下，非氧化气氛中，使蒸发后的碳原子合成富勒烯。

测定本对比例制备的富勒烯的饱和磁化强度、剩余磁化强度和矫顽力，结果为：饱和磁化强度40×10

实施例2

用于肿瘤治疗的载药纳米机器人的制备，包括以下步骤：

1)将实施例1制备的内包顺磁性金属富勒烯颗粒(40质量份)、氧化石墨烯(5质量份)、壳聚糖(10质量份)、镁合金纳米颗粒(10质量份)、消炎药(5质量份)和明胶水溶液(30质量份，明胶含量30wt％)混合，得到制膜液；其中，所述镁合金纳米颗粒的化学成分为：Nd4wt％、Zn 16wt％、Zr 17.5wt％、Fe 1wt％、Si 0.3％、Mn 1wt％、余量的Mg，粒径为30nm；所述消炎药为雷帕霉素；所述明胶的数均分子量为20000Da；所述氧化石墨烯的孔隙率90％、比表面积2800m

2)通过旋涂的方式将步骤1)制备的制膜液涂布到基板表面，旋涂的转速为2000rpm，旋涂时间为10s，涂膜均匀性控制在±3％以内；涂布结束后，作业环境下自然风干3～5分钟，然后在60℃的烤箱内烘烤20min，得到厚度为150nm的膜层。

3)开启RF电源，功率为2000W，在惰性工艺气体(氩气)的气体氛围中对步骤2)获得的膜层进行等离子体轰击。其中，氩气流量为15SCCM；轰击离子的能量控制在100ev以内；等离子体轰击的温度控制在25～30℃，时间约为10min。完成等离子体轰击后，在所述膜层上形成坑坑洼洼的弹坑。

4)将完成等离子体轰击的膜层从基板上剥离，然后对剥离得到的膜层进行研磨，研磨采用设备为德国CMSD2000型研磨机，研磨时的剪切速率为9000rpm，研磨时的转子速度为20m/s，研磨的时间为25min。研磨结束后，得到粒径为10～1000nm的内包金属富勒烯纳米机器人。

5)将步骤4)制备的内包金属富勒烯纳米机器人放入50Pa以下真空环境中进行干燥，之后进行“紫外线-臭氧”表面处理，处理温度控制在100℃，处理时间45min。

6)将10mg紫杉醇加入到100mL丙酮中超声完全溶解，得到紫杉醇溶液；然后将5mg完成步骤5)处理的内包金属富勒烯纳米机器人加入到紫杉醇溶液中，先以搅拌速度700r/min，搅伴时间大约10分钟，再超声处理15分钟；之后置于离心管中，1200r/min离心20min，弃上清液，将离心管置于真空干燥箱中至恒重，得到用于肿瘤治疗的载药纳米机器人。

实施例3

用于肿瘤治疗的载药纳米机器人的制备，包括以下步骤：

1)将实施例1制备的内包顺磁性金属富勒烯颗粒(35质量份)、氧化石墨烯(10质量份)、壳聚糖(10质量份)、镁合金纳米颗粒(10质量份)、消炎药(10质量份)和明胶水溶液(25质量份，明胶含量30wt％)混合，得到制膜液；其中，所述镁合金纳米颗粒的化学成分为：Nd4wt％、Zn 16wt％、Zr 17.5wt％、Fe 1wt％、Si 0.3％、Mn 1wt％、余量的Mg，粒径为20nm；所述消炎药为雷帕霉素；所述明胶的数均分子量为20000Da；所述氧化石墨烯的孔隙率90％、比表面积2800m

2)通过旋涂的方式将步骤1)制备的制膜液涂布到基板表面，旋涂的转速为2000rpm，旋涂时间为10s，涂膜均匀性控制在±3％以内；涂布结束后，作业环境下自然风干3～5分钟，然后在60℃的烤箱内烘烤20min，得到厚度为150nm的膜层。

3)开启RF电源，功率为2000W，在惰性工艺气体(氩气)的气体氛围中对步骤2)获得的膜层进行等离子体轰击。其中，氩气流量为15SCCM；轰击离子的能量控制在100ev以内；等离子体轰击的温度控制在25～30℃，时间约为10min。完成等离子体轰击后，在所述膜层上形成坑坑洼洼的弹坑。

4)将完成等离子体轰击的膜层从基板上剥离，然后对剥离得到的膜层进行研磨，研磨采用设备为德国CMSD2000型研磨机，研磨时的剪切速率为9000rpm，研磨时的转子速度为20m/s，研磨的时间为25min。研磨结束后，得到粒径为10～1000nm的内包金属富勒烯纳米机器人。

5)将步骤4)制备的内包金属富勒烯纳米机器人放入50Pa以下真空环境中进行干燥，之后进行“紫外线-臭氧”表面处理，处理温度控制在100℃，处理时间45min。

6)将10mg紫杉醇加入到100mL丙酮中超声完全溶解，得到紫杉醇溶液；然后将5mg完成步骤5)处理的内包金属富勒烯纳米机器人加入到紫杉醇溶液中，先以搅拌速度800r/min，搅伴时间大约10分钟，再超声处理15分钟；之后置于离心管中，1200r/min离心20min，弃上清液，将离心管置于真空干燥箱中至恒重，得到用于肿瘤治疗的载药纳米机器人。

实施例4

A)内包顺磁性金属富勒烯颗粒的制备，包括以下步骤：

1)清洗：先将玻璃材质的工件夹具进行酒精擦拭、然后放入超声波清洗机中，去离子水超洗、酒精超洗，最后将工件夹具放在酒精蒸汽中进行干燥，当工件夹具由蒸汽中取出来时，因为凝结的蒸汽由表面蒸发掉，所以工件夹具很快就可以干燥；

2)贴保护膜：将清洗干净的工件夹具贴好聚乙烯膜，保护工件夹具洁净度，并保护工件夹具不受破坏；

3)将贴好膜的工件夹具安装在磁控溅射装置的运行轨道上，在进入进片室之前撕掉保护膜；

4)工作夹具运行至磁控溅射装置的进片室，之后关闭真空门阀，真空泵开启，使真空度保持在15Pa；

5)开启磁控溅射装置溅射室的真空门阀，工件夹具通过轨道进入溅射室固定位置；

6)向溅射室内通入氩气和氧气，启动溅射室的DC电源(420V、3600W)，轰击铁靶(氧化铁)进行磁控溅射，持续5min；其中，氩气流量50sccm，通气时间与进行磁控溅射的时间一致；氧气流量10sccm，通气时间3min；磁控溅射期间，溅射室的腔体温度维持在1000℃；

7)磁控溅射结束后，维持溅射室的腔体温度为1000℃，向溅射室内通入乙炔气体，乙炔气体流量100sccm，通入时间为10min；

8)通乙炔气体结束后，通入保护气体氩气，通入量800sccm，同时开启冷却装置，使溅射室的腔体温度在10min内将至200℃，得到吸附在工作夹具四周的碳球颗粒，即为本实施例制备的内包顺磁性金属富勒烯颗粒；

9)之后，工作夹具沿运行轨道行至磁控溅射装置的出片室，向出片室内通入保护气体氩气，通入量300sccm，自然冷却至25℃；

10)开启出片室的真空阀门，工作夹具沿轨道离开出片室，然后对工作夹具上的内包顺磁性金属富勒烯颗粒进行收集，得到内包顺磁性金属富勒烯颗粒。

测定本实施例制备的内包顺磁性金属富勒烯颗粒的粒径、粒径均匀性、纯度、石墨化程度、饱和磁化强度、剩余磁化强度和矫顽力。

其中，粒径和粒径均匀性通过使用JEM-2010型高分辨透射电子显微镜对制备的内包顺磁性金属富勒烯颗粒进行形貌和结晶形态分析后获得，所述粒径均匀性的计算公式为：(D

纯度和石墨化程度通过使用FES165傅立叶红外光谱仪(FT-IR)和cary-300VARIAN紫外可见光谱分析仪对制备的内包顺磁性金属富勒烯颗粒进行水溶性分析后获得；

磁化强度和矫顽力通过使用Lakeshore 7410振动样品磁强计对制备的内包顺磁性金属富勒烯颗粒进行磁性能分析后获得。

测定结果为：粒径90～100nm，粒径均匀性＜5.2％，纯度＞99.9％，石墨化程度＞96％，饱和磁化强度19.235emu/g，剩余磁化强度4.386emu/g，矫顽力559.86G。

B)用于肿瘤治疗的载药纳米机器人的制备，包括以下步骤：

1)将步骤A)制备的内包顺磁性金属富勒烯颗粒(40质量份)、氧化石墨烯(15质量份)、壳聚糖(15质量份)、镁合金纳米颗粒(10质量份)、消炎药(5质量份)和明胶水溶液(15质量份，明胶含量30wt％)混合，得到制膜液；其中，所述镁合金纳米颗粒的化学成分为：Nd4wt％、Zn 16wt％、Zr 17.5wt％、Fe 1wt％、Si 0.3％、Mn 1wt％、余量的Mg，粒径为50nm；所述消炎药为雷帕霉素；所述明胶的数均分子量为20000Da；所述氧化石墨烯的孔隙率90％、比表面积2800m

2)通过旋涂的方式将步骤1)制备的制膜液涂布到基板表面，旋涂的转速为2000rpm，旋涂时间为10s，涂膜均匀性控制在±3％以内；涂布结束后，作业环境下自然风干3～5分钟，然后在60℃的烤箱内烘烤20min，得到厚度为150nm的膜层。

3)开启RF电源，功率为2000W，在惰性工艺气体(氩气)的气体氛围中对步骤2)获得的膜层进行等离子体轰击。其中，氩气流量为15SCCM；轰击离子的能量控制在100ev以内；等离子体轰击的温度控制在25～30℃，时间约为10min。完成等离子体轰击后，在所述膜层上形成坑坑洼洼的弹坑。

4)将完成等离子体轰击的膜层从基板上剥离，然后对剥离得到的膜层进行研磨，研磨采用设备为德国CMSD2000型研磨机，研磨时的剪切速率为9000rpm，研磨时的转子速度为20m/s，研磨的时间为25min。研磨结束后，得到粒径为10～1000nm的内包金属富勒烯纳米机器人。

5)将步骤4)制备的内包金属富勒烯纳米机器人放入50Pa以下真空环境中进行干燥，之后进行“紫外线-臭氧”表面处理，处理温度控制在100℃，处理时间45min。

6)将10mg紫杉醇加入到100mL丙酮中超声完全溶解，得到紫杉醇溶液；然后将5mg完成步骤5)处理的内包金属富勒烯纳米机器人加入到紫杉醇溶液中，先以搅拌速度800r/min，搅伴时间大约10分钟，再超声处理15分钟；之后置于离心管中，1200r/min离心20min，弃上清液，将离心管置于真空干燥箱中至恒重，得到用于肿瘤治疗的载药纳米机器人。

效果评价

1)肿瘤治疗

1.1)射频加热技术和加热原理介绍：

1.1.1)射频加热技术：将加热的组织置于一对电容极板间(电极与肌体不接触)，在电极间加上射频电压(电容场法)，进行热疗时位于电容极板间的组织体吸收了电场能并将此转化为热能，从而使组织温度升高。一般都采用射频频段13.56MHz，功率0～800W。

1.1.2)加热原理：用于肿瘤治疗的载药纳米机器人在交变磁场作用下吸收电磁波能量，发生振动运动，纳米机器人中含有的顺磁性金属富勒烯粒子因磁滞损耗而发热，由于热传递顺磁性金属富勒烯粒子积聚的肿瘤组织也会发热。肿瘤组织中血管扭曲扩张、血液阻力大、血管感受器不健全，对温度敏感性差，在高温作用下散热因难，热量易聚集，升温快，形成巨大的储热库，可与正常组织有5～10℃的温差，同时纳米机器人中含有的顺磁性金属富勒烯粒子体积剧烈膨胀30～60％左右。如果使肿瘤组织温度达到43℃或肿瘤血管爆裂，则肿瘤细胞过热或切断营养而凋亡。

1.2)肿瘤治疗操作：

将1mg实施例2制备的用于肿瘤治疗的载药纳米机器人稀释到生理盐水中，静脉注入小鼠体内，30～60min后这些纳米机器人抵达肿瘤位置并长时间卡在血管壁上(由于构成肿瘤血管的内皮细胞间隙较大、结构不完整，导致肿瘤血管通常包含有大量纳米尺度的小孔，使小分子和一些纳米颗粒能够透孔而入，当用于肿瘤治疗的载药纳米机器人通过肿瘤血管的间隙时，会被肿瘤血管的内皮细胞所紧密包围)。通过CT扫描确认多余的用于肿瘤治疗的载药纳米机器人流走后，这时再对小鼠施加射频“引爆”这些用于肿瘤治疗的载药纳米机器人。在几分钟至几十分钟后由于内能升高发生相变，并伴随着体积剧烈膨胀30～60％左右，这些镶嵌在肿瘤血管壁上的用于肿瘤治疗的载药纳米机器人“爆炸”有效地破坏了肿瘤血管，而后迅速阻断对肿瘤的营养供应，几个小时内就可完全“饿死”肿瘤细胞。

1.3)生物相溶性与降解情况评价：

分别以实施例1～4和对比例1最终制备的产品作为测试样品，执行步骤1.2)的肿瘤治疗操作，然后通过CT影像识别各测试样品在体内的生物相溶性与降解情况，结果如表1所示：

表1不同测试样品的生物相溶性与降解情况

通过表1数据可以看出，用于肿瘤治疗的载药纳米机器人杀死肿瘤细胞后，3～5个星期内被人体完全降解或吸收，无任何副作用。

2)其他效果：

金属富勒烯具有优异的自由基清除效果，对多种细胞均具有抗氧化损伤修复的功能，因此本发明提供的富勒烯纳米机器人可作为药物对诸多疾病具有良好的治疗效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。