一种铜铁双金属簇-有机氧化硅胶束及其制备方法以及应用

技术领域

本发明涉及生物医药及纳米催化治疗领域，更具体地涉及一种铜铁双金属簇-有机氧化硅胶束及其制备方法以及应用。

背景技术

化学动力学疗法(CDT)作为一种新兴且有效的癌症治疗策略，最近在肿瘤治疗领域受到了广泛关注(Chem.Rev.,2021,121(4):1981-2019)。其治疗原理是基于在芬顿试剂的催化作用下，在肿瘤微环境(TME)中将过氧化氢(H

针对上述问题，研究学者们已经开发出多种方法调控TME以提高CDT效率。例如，降低TME的pH、上调TME中的H

发明内容

本发明的目的是提供一种铜铁双金属簇-有机氧化硅胶束及其制备方法以及应用，从而解决现有技术中缺乏一种简便可控的构建高性能CDT纳米催化剂的方法的问题。

根据本发明的第一方面，提供一种铜铁双金属簇-有机氧化硅胶束的制备方法，包括如下步骤：S1，将非离子型嵌段共聚物F127溶于去离子水中，通过自组装形成F127胶束；S2，在所述F127胶束的水溶液中加入氨水和硅烷偶联剂3-巯基丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)，室温反应，得到巯基功能化的有机氧化硅稳定的F127胶束的水溶液；S3，在所述巯基功能化的有机氧化硅稳定的F127胶束的水溶液中加入六水合氯化铁(FeCl

根据本发明的一个优选方案，所述步骤S1包括：将300～900mg非离子型嵌段共聚物F127溶于10mL去离子水中，待其完全溶解，得到单分散的F127胶束。

根据本发明的一个优选方案，所述步骤S2包括：在步骤S1中所得溶液中加入0.2～1.0mL氨水和0.3～0.9mL 3-巯基丙基三甲氧基硅烷，室温下反应24～48h，得到巯基功能化的有机氧化硅稳定的F127胶束的水溶液。

优选地，所述步骤S2还包括：将得到的巯基功能化的有机氧化硅稳定的F127胶束的水溶液转移到截留分子量为14000的透析袋中透析24～48h，除去溶液中的氨水和未反应的3-巯基丙基三甲氧基硅烷。

根据本发明的一个优选方案，所述步骤S3包括：取巯基功能化的有机氧化硅稳定的F127胶束的水溶液，加入等量的浓度为20～100mM的六水合氯化铁水溶液，加入去离子水，通过限域还原得到铁簇-有机氧化硅胶束的水溶液，然后将反应溶液转移到截留分子量为14000的透析袋中透析24～48h，除去溶液中未反应的六水合氯化铁，即可获得一种铁簇-有机氧化硅胶束。

根据本发明的研究发现，六水合氯化铁水溶液浓度过高会导致溶液沉淀，因此六水合氯化铁水溶液的浓度优选为20～100mM，更优选为50～80mM。

根据本发明的一个优选方案，所述步骤S4包括：取铁簇-有机氧化硅胶束的水溶液，加入浓度为10～50mM的二水合氯化铜水溶液，铁簇-有机氧化硅胶束的水溶液与二水合氯化铜水溶液的体积比为(8-10)∶1，通过限域还原得到铜铁双金属簇-有机氧化硅胶束，然后将反应溶液转移到截留分子量为14000的透析袋中透析24～48h，除去溶液中未反应的二水合氯化铜，即可获得一种铜铁双金属簇-有机氧化硅胶束。

根据本发明的研究发现，二水合氯化铜水溶液浓度过高会导致溶液沉淀，因此二水合氯化铜水溶液的浓度优选为10～50mM，更优选为20～40mM。

根据本发明的第二方面，提供一种根据上述制备方法制备得到的一种铜铁双金属簇-有机氧化硅胶束。

优选地，所述铜铁双金属簇-有机氧化硅胶束的粒径约为20nm。

与之前报道的CDT纳米催化剂相比，本发明提供的这样一种铜铁双金属簇-有机氧化硅胶束(Cu-Fe-FOMs)具有以下明显优势：(1)合成方法简单，不需要其他的表面修饰便有良好的分散性；(2)原料易得且制备成本廉价；(3)尺寸小且可控；(4)具有优异的生物相容性和安全性；(5)具有pH响应性双金属离子释放特性；(6)Cu-Fe-FOMs可加速Fe

根据本发明的第三方面，提供一种铜铁双金属簇-有机氧化硅胶束在制备用于肿瘤催化治疗的试剂中的应用。

优选地，所述应用包括将铜铁双金属簇-有机氧化硅胶束用作化学动力学疗法的纳米催化剂，所述铜铁双金属簇-有机氧化硅胶束具有pH响应性双金属离子释放特性，可提高化学动力学效率。

根据本发明，利用非离子型嵌段共聚物聚环氧乙烷-block-聚环氧丙烷-block-聚环氧乙烷的自组装形成纳米胶束，进一步引入含有巯基的有机硅烷偶联剂在胶束核内进行水解与缩聚形成有机氧化硅层，最后通过逐步引入六水合氯化铁和二水合氯化铜与巯基进行配位得到铜铁纳米簇。

本发明首次提出一种“逐步限域还原”策略，采用该策略制备了具有高度分散的、尺寸可控的铜铁双金属簇-有机氧化硅胶束(Cu-Fe-FOMs)，其反应原理详细说明如下：以三嵌段共聚物PEO

根据本发明提供的一种铜铁双金属簇-有机氧化硅胶束的制备方法，其具有以下特点：

(1)实验方法简单，不需要复杂的表面修饰，重复性好。由于本发明所需的实验条件中，不涉及高温及强酸强碱环境，反应温和，操作简单、多次重复实验均可得到相同结果；

(2)由于本发明中涉及的限域反应环境，因此得到的铜铁纳米团簇的尺寸可控(小于2nm)，且反应所得的Cu-Fe-FOMs具有优异的均一性(小于20nm)与良好的水分散性；

(3)反应所得的Cu-Fe-FOMs具有优良的结构稳定性与抗稀释性能，从而可适应复杂的体内生理环境；

(4)Cu-Fe-FOMs具有pH响应的低价态金属离子释放特性，在微酸和GSH过表达的TME中可释放出更多的Fe

综上所述，本发明首次创造性地提供一种有望实现增强CDT效率的铜铁双金属簇-有机氧化硅胶束，该铜铁双金属簇修饰的有机氧化硅胶束的动力学粒径小于30nm，具有良好的生物稳定性与抗稀释性，并且制备方法简单。此外，基于铜铁的协同催化机制可显著提高肿瘤的催化治疗效果，为开发高效安全的CDT催化剂提供了新思路，在生物医药、纳米催化治疗领域具有巨大的应用潜力。

附图说明

图1是本发明所提供的铜铁双金属簇-有机氧化硅胶束的制备工艺流程图；

图2是按照图1的工艺制备的铜铁双金属簇-有机氧化硅胶束不同制备阶段通过动态光散射仪(DLS)测得的粒径分布图(a：FOMs，b：Fe-FOMs，c：Cu-Fe-FOMs)；

图3是按照图1的工艺，制备的铜铁双金属簇-有机氧化硅胶束不同制备阶段的Zeta电位图；

图4是按照图1的工艺制备的铜铁双金属簇-有机氧化硅胶束的透射电镜照片(a：FOMs，b：Fe-FOMs，c：Cu-Fe-FOMs)；

图5是按照图1的工艺，制备的铜铁双金属簇-有机氧化硅胶束不同制备阶段的拉曼光谱图；

图6是按照图1的工艺制备的铜铁双金属簇-有机氧化硅胶束的离子释放图(a：铁离子释放，b：铜离子释放)；

图7是按照图1的工艺制备的铁簇-有机氧化硅胶束和铜铁双金属簇-有机氧化硅胶束的亚铁离子循环图；

图8是按照图1的工艺制备的铜铁双金属簇-有机氧化硅胶束的亚甲基蓝降解实验图(a：不同样品，b：不同pH，c：不同GSH)；

图9是按照图1的工艺制备的铁簇-有机氧化硅胶束、铜簇-有机氧化硅胶束、铁簇-有机氧化硅胶束和铜簇-有机氧化硅胶束的混合物以及铜铁双金属簇-有机氧化硅胶束的人肝癌细胞的细胞毒性图。

具体实施方式

下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。

实施例1

将600mg F127溶于10mL去离子水中，待完全溶解后加入0.2mL NH3·H2O和0.6mLMPTMS，室温下搅拌24h。将反应好的溶液转移到截留分子量为14000的透析袋中，并每隔4h更换一次透析水，透析24h，得到FOMs溶液。取6mL上述所得FOMs溶液和6mL 100mM的FeCl3·6H

图2为实施例1中合成各个阶段的粒径分布统计图，FOMs，Fe-FOMs和Cu-Fe-FOMs的粒径无明显差别。

图3为实施例1中合成的各个阶段的Zeta电位图，显然，随着金属离子的引入，所得纳米材料的Zeta电位随之增大。

图4为实施例1中各样品的透射电镜图像，从中能够清晰地看到FOMs，Fe-FOMs和Cu-Fe-FOMs均为10nm左右的球形颗粒，且大小均一。

图5为实施例1中各样品的拉曼光谱图，二硫键的特征峰证实了FOMs中双硫键掺杂有机氧化硅网络的存在，巯基特征峰强度的变化也表明随着金属离子的逐步引入，巯基也被逐渐消耗。

图6为实施例1中Cu-Fe-FOMs的铁离子和铜离子释放图，表明其离子释放具有pH响应特性，即在酸性条件下可以释放出离子，而在生理中性条件下不会释放金属离子。

图7为实施例1中Fe-FOMs和Cu-Fe-FOMs的亚铁离子循环对比图，表明Cu-Fe-FOMs自身可以实现亚铁离子的循环再生。

图8为Fe-FOMs，Cu-FOMs，Fe-FOMs+Cu-FOMs和Cu-Fe-FOMs以及Cu-Fe-FOMs在不同pH和不同浓度GSH下的亚甲基蓝的降解实验，表明Cu-Fe-FOMs有优于其余三组对照组生成·OH的能力，且随着pH的降低和GSH浓度的升高，其生成·OH的能力也会提高。

图9为Fe-FOMs，Cu-FOMs，Fe-FOMs+Cu-FOMs和Cu-Fe-FOMs关于人肝癌细胞的细胞毒性图，结果表明与其他三组对照组相比，Cu-Fe-FOMs具有更强的细胞杀伤效果。

综上所述，本发明采用优化的配方，选择三嵌段共聚物聚环氧乙烷-b-聚环氧丙烷-b-聚环氧乙烷直接在水中自组装形成胶束，再通过其与硅烷偶联剂MPTMS相互作用得到巯基功能化的有机氧化硅稳定的胶束，并通过S-Fe和S-Cu配位限域还原得到铁铜纳米簇，制备出了一种铜铁双金属簇-有机氧化硅胶束。

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。