一种pH响应开关型光热/催化纳米药物及其制备方法

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体为一种pH响应开关型光热/催化纳米药物的制备方法。

背景技术

细菌引发的感染类疾病严重威胁人类的健康，而耐药菌的出现使得依赖于抗生素杀灭细菌的传统疗法受到极大限制。因此，发展新型的高效抗菌剂以遏制细菌耐药性的传播和死亡率的上升，已经成为当前全球公共卫生领域亟待解决的科学难题。近年来，光动力学治疗(PDT)、光热治疗(PTT)和化学动力学(CDT)等新型抗菌疗法的出现，因其具有广谱的抗菌活性、不易产生耐药性等优点，在抗菌领域引起广泛关注。

其中，光热抗菌是借助具有光热转换性能的光热试剂将近红外光转换为局部热能，使得核酸和蛋白变性并破坏膜的选择透过性实现抗菌的新方法，其具有安全、非侵入性、高时空选择性的优点，在抗菌治疗和诊断方面展现出巨大的潜力。然而，尽管光热抗菌策略取得了重要进展，但仍存在一些关键问题：(1)大部分的光热试剂具有非特异性，在治疗过程中始终处于“开启”状态，对正常组织产生副作用，严重限制了进一步的临床应用；(2)由于细菌的耐药性和生物膜的保护作用，单一的PTT治疗方式往往难以取得令人满意的抗菌效果。

因此，发展新型高效低毒的光热抗菌策略，并集成不同治疗手段的优点，对于推动光热抗菌的进一步发展和临床应用具有重要意义。

发明内容

本发明基于细菌感染部位特殊的弱酸微环境，设计合成了一种pH响应开关型光热/催化纳米药物，解决了光热治疗过程中的非特异性，并通过光热和化学动力学的协同，实现对细菌感染的高效低毒治疗。

本发明为实现目的，采用如下技术方案：

一种pH响应开关型光热/催化纳米药物的制备方法，其特点在于：所述pH响应开关型光热/催化纳米药物是利用氨基化介孔二氧化硅为主体，通过静电作用负载光热转换剂2,2′-联氨-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二铵盐ABTS，再通过氧化透明质酸的醛基与氨基反应生成的酰腙键对孔道进行封堵，最后配位金属离子Fe(III)，获得目标产物，记为AMSN-NH

进一步地，本发明所述的pH响应开关型光热/催化纳米药物的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、利用嫁接法制备含有模板剂的氨基化介孔二氧化硅，然后采用萃取法去除模板剂，得到氨基化介孔二氧化硅(记为MSN-NH

步骤2、将光热转换剂ABTS溶解在去离子水中，然后加入步骤1所制备的氨基化介孔二氧化硅(MSN-NH

步骤3、对透明质酸(HA)进行氧化改性，得到氧化透明质酸(记为oxHA)；将步骤2所得AM加入到含有氧化透明质酸的Tris-HCl缓冲溶液中，室温下避光搅拌12-24h，得到氧化透明质酸包覆的纳米粒子(记为AMH)。

步骤4、将步骤3所得AMH加入到含有三价铁盐的Tris-HCl缓冲溶液中，室温下避光搅拌1-2h，得到Fe(III)配位的纳米粒子，即为目标产物pH响应开关型光热/催化纳米药物(AMHF)。

进一步地，步骤1中，所述氨基化介孔二氧化硅的制备步骤为：以表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂、正硅酸乙酯(TEOS)为硅源、氨水为碱性催化剂、乙醇和水为分散溶液，室温下反应6-15h，得到MSN/CTAB；接着将MSN/CTAB溶解于有机溶剂中，85℃加热回流反应2-4h后，缓慢逐滴滴加3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)，继续回流2-4h，得到MSN-NH

进一步地，步骤2中，所述ABTS与所述MSN-NH

进一步地，步骤3中，所述oxHA的制备步骤为：称取HA溶解于去离子水中，与高碘酸钠(NaIO

进一步地，步骤3与步骤4中，所述Tris-HCl缓冲溶液的pH为8.5。

进一步地，步骤3中，所述oxHA与AM的质量比为1-2：1。

进一步地，步骤4中，所述三价铁盐与AMH的质量比为1-5：20。

与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

1、以氨基化介孔二氧化硅为载体负载ABTS，利用介孔二氧化硅较大的比表面及两者之间的静电相互作用，实现ABTS的高效负载。在MSN-NH

2、具有pH响应开关的作用：由于正常组织是弱碱性，在正常组织中表面的透明质酸有效地封堵孔道，防止ABTS泄露，纳米药物始终处于“关闭”状态，没有光热/催化效果；到达病变组织后，在弱酸微环境下由“关闭”转变为“开启”状态，产生光热/催化效果。这种pH响应开关的光热/催化疗法不仅可以提高抗菌疗效，而且降低了对正常组织的副作用。

3、实现CDT/PTT的高效协同：一方面CDT产生的活性氧(ROS)能够破坏细菌细胞膜完整性、增加细菌膜通透性，从而提高其对光热治疗的敏感性；另一方面，PTT引起的高温可以显著促进催化反应的速率，从而提高其催化能力。

附图说明

图1为本发明实施例1中所制得的AMHF的透射电镜图。

图2为本发明实施例1中所制得的AMHF的XPS全扫描光谱。

图3为本发明实施例1中所制得的AMHF在不同浓度、pH值下的紫外-可见光光谱图。

图4为本发明实施例1中所制得的AMHF在不同处理条件(pH、浓度)下的温度变化曲线。

图5为本发明实施例1中所制得的AMHF的平板涂布杀菌性能测试。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例，对本发明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。

实施例1

本实施例按如下步骤制备pH响应开关型光热/催化纳米药物：

(1)介孔二氧化硅的制备

称取0.5g的CTAB，加入到0.9mL氨水、80mL去离子水和60mL无水乙醇的混合液中，机械搅拌30min，使CTAB完全溶解，将0.9mL的正硅酸四乙酯(TEOS)逐滴缓慢加入到持续搅拌的混合液中。反应15h后，用无水乙醇将样品离心洗涤三次，而后在真空烘箱里70℃干燥，从而得到MSN/CTAB。

(2)氨基化介孔二氧化硅的制备

将MSN/CTAB(150mg)溶解于100mg异丙醇(IPA)中，85℃加热回流2h后，缓慢逐滴滴加0.3mL的3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)，继续回流2h。最后用无水乙醇将样品离心洗涤三次，而后70℃真空干燥，从而得到MSN-NH

将MSN-NH

(3)氨基化介孔二氧化硅负载ABTS

称取250mg的MSN-NH

(4)氧化透明质酸的制备

称取0.2g的HA(10-100KDa)溶解于20mL的去离子水中，加入104mg的NaIO

称取AM(100mg)加入到20mL浓度为5mg/mL的oxHA的Tris-HCl缓冲溶液中，保持溶液的pH值在8.5，在室温下避光搅拌24h。样品离心洗涤，70℃真空干燥得到AMH。

(5)氧化透明质酸包覆氨基化介孔二氧化硅

称取AMH(25mg)加入到0.5mL浓度为5mg/mL的FeCl

对本实施例所得纳米药物进行如下表征测试：

(1)透射电镜测试(TEM)

如图1所示，TEM测试结果表明：经过表面修饰后，纳米药物AMHF形貌变化不大，粒径约为500nm，而外层明显变厚，并且有明显的分界线，证明oxHA能够形成一层薄膜包覆在表面，对MSN-NH

(2)X射线光电子能谱(XPS)

如图2所示，纳米药物AMHF的XPS总谱观察到了Si 2p和Si 2s、C 1s、N 1s、O 1s、S2p、Fe 2p的特征峰，证实纳米药物MSN-NH

(3)AMHF的pH响应

用去离子水分别配置不同浓度0.5mg/mL、1mg/mL的AMHF溶液，用盐酸分别调节溶液的pH值为7.4、5.0、2.0，待溶液稳定后，观察溶液的颜色变化，并离心取上清液用紫外可见光光度计记录不同pH值、不同浓度下的吸光度变化。

如图3所示，受pH值和浓度影响，ABTS

(4)AMHF的光热性能

用去离子水配置成浓度分别为1、2mg/mL的AMHF悬浮液，再用盐酸分别调节溶液的pH值为7.4、5.0、2.0。分别取1.5mL不同浓度、不同pH的AMHF置于石英池中，用功率密度1.2W/cm

(5)抗菌性能

在超净台中，将在琼脂培养基中培养12h左右的大肠杆菌，用生理盐水洗涤冲洗，吸取溶液至离心管，稀释菌液浓度到3×10

实施例2

本实施例验证了MSN-NH

所得AMHF的载药效率和载药量如表1所示。

表1、MSN-NH

使用紫外可见光光度计测定340nm处的吸光度，然后依据ABTS的标准曲线计算载药效率和载药量。载药量是指单位重量载体所负载的ABTS量，载药效率是指与载体结合的ABTS质量除以投入药物的ABTS总质量。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。