CN116059360A - 一种基于黑磷纳米片的智能近红外光响应复合水凝胶及其制备方法和应用 - Google Patents

一种基于黑磷纳米片的智能近红外光响应复合水凝胶及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN116059360A
CN116059360A CN202310127719.0A CN202310127719A CN116059360A CN 116059360 A CN116059360 A CN 116059360A CN 202310127719 A CN202310127719 A CN 202310127719A CN 116059360 A CN116059360 A CN 116059360A
Authority
CN
China
Prior art keywords
black phosphorus
nano
phosphorus nano
bpnss
sheet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202310127719.0A
Other languages
English (en)
Inventor
陈文�
杨君义
陈家瀚
张周
刘洋
秦冬梅
李红
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shihezi University
Original Assignee
Shihezi University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shihezi University filed Critical Shihezi University
Priority to CN202310127719.0A priority Critical patent/CN116059360A/zh
Publication of CN116059360A publication Critical patent/CN116059360A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K41/00—Medicinal preparations obtained by treating materials with wave energy or particle radiation ; Therapies using these preparations
    • A61K41/0057—Photodynamic therapy with a photosensitizer, i.e. agent able to produce reactive oxygen species upon exposure to light or radiation, e.g. UV or visible light; photocleavage of nucleic acids with an agent
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K31/00—Medicinal preparations containing organic active ingredients
    • A61K31/70—Carbohydrates; Sugars; Derivatives thereof
    • A61K31/7028—Compounds having saccharide radicals attached to non-saccharide compounds by glycosidic linkages
    • A61K31/7034—Compounds having saccharide radicals attached to non-saccharide compounds by glycosidic linkages attached to a carbocyclic compound, e.g. phloridzin
    • A61K31/704—Compounds having saccharide radicals attached to non-saccharide compounds by glycosidic linkages attached to a carbocyclic compound, e.g. phloridzin attached to a condensed carbocyclic ring system, e.g. sennosides, thiocolchicosides, escin, daunorubicin
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K41/00—Medicinal preparations obtained by treating materials with wave energy or particle radiation ; Therapies using these preparations
    • A61K41/0052—Thermotherapy; Hyperthermia; Magnetic induction; Induction heating therapy
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K47/00—Medicinal preparations characterised by the non-active ingredients used, e.g. carriers or inert additives; Targeting or modifying agents chemically bound to the active ingredient
    • A61K47/06—Organic compounds, e.g. natural or synthetic hydrocarbons, polyolefins, mineral oil, petrolatum or ozokerite
    • A61K47/16—Organic compounds, e.g. natural or synthetic hydrocarbons, polyolefins, mineral oil, petrolatum or ozokerite containing nitrogen, e.g. nitro-, nitroso-, azo-compounds, nitriles, cyanates
    • A61K47/18—Amines; Amides; Ureas; Quaternary ammonium compounds; Amino acids; Oligopeptides having up to five amino acids
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K9/00—Medicinal preparations characterised by special physical form
    • A61K9/06—Ointments; Bases therefor; Other semi-solid forms, e.g. creams, sticks, gels
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61P—SPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
    • A61P35/00—Antineoplastic agents
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/30—Against vector-borne diseases, e.g. mosquito-borne, fly-borne, tick-borne or waterborne diseases whose impact is exacerbated by climate change

Abstract

本发明属于生物医学工程纳米材料技术领域，提供了一种基于黑磷纳米片的智能近红外光响应复合水凝胶及其制备方法和应用。本发明先通过水浴超声和探头超声将黑磷粉末剥离成黑磷纳米片并制成分散液，黑磷纳米片作为光热剂可将光能转化成为热能，同时作为药物载体高效负载化疗药物；然后采用聚乙二醇二胺改性黑磷纳米片，能够提高其生理稳定性和生物相容性；之后负载化疗药物，最后与复合水凝胶的基质混合并进行溶胀，水凝胶具有不规则疏松多孔结构，黑磷纳米片通过物理吸附在水凝胶孔腔表面，能够防止其不受控制在短时间内直接释放到肿瘤组织中，从而实现了药物的可持续和缓慢释放。

Description

一种基于黑磷纳米片的智能近红外光响应复合水凝胶及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及生物医学工程纳米材料技术领域，尤其涉及一种基于黑磷纳米片的智能近红外光响应复合水凝胶及其制备方法和应用。
背景技术
恶性肿瘤严重影响人类的生命健康。骨肉瘤是一种常见的原发性恶性骨肿瘤，起源于间叶组织，以产生骨样组织的恶性梭形基质细胞为特征，多发于青少年。目前，临床上治疗多采用手术切除(保肢)结合术后化疗和放疗为主，虽然患者愈后得到有效改善，但骨肉瘤肿瘤的顽固性、浸润性及转移性及肉瘤手术切除的不彻底性会促使肿瘤复发。传统化疗方式具有生物利用度低、耐药性、全身及器官毒性以及严重的并发症等难以解决的问题，因此，基于EPR效应的多功能靶向纳米药物制剂成为了研究热点。但是，跨物种和肿瘤类型的血管***的异质性及肿瘤微环境的其他参数的可变性，导致EPR效应饱受争议。纳米药物制剂在肿瘤部位蓄积不足及药代动力学差是影响其药效的主要因素。肿瘤局部给药技术因为具有靶向性强、不良反应低、疗效高的优势引起了广泛的关注。
传统的光热剂都具有严重的局限性，如光热转化效率(PTCE)低、生物安全性低和非生物降解性，这些限制了其在临床上的转化与应用。如今黑磷纳米片(BPNSs)的出现为解决这一临床挑战提供了机会。黑磷(BP)是由具有独特的P原子波纹状的平面结构堆叠形成，层和层之间通过范德华力连接在一起，因此可通过简易的液相剥离法制备黑磷纳米片。黑磷具有与层数相关的可调谐直接带隙，从块状的0.3eV调谐到单层的2.0eV，这种独特的光电特性使得黑磷具有从紫外到近红外的宽泛吸收带和高的光热转化效率。黑磷纳米片可以高效装载药物归因于其超薄二维结构和褶皱蜂窝状平面的晶格结构，这为光热-化疗协同抗肿瘤治疗提供了一个高效的纳米级的药物递送载体。黑磷在水和氧气的条件下能够快速降解生成无毒的磷氧化物，P是人体和骨骼中不可或缺的元素，黑磷纳米片在骨缺损处降解生成的代谢产物可以完成磷驱动，钙提取的生物矿化，以实现骨肉瘤治疗后的骨再生，这表明黑磷纳米片具有良好的生物相容性和生物降解性。黑磷纳米片作为一种高效的光敏剂，可以产生单线态氧以进行光动力治疗。
然而，局部注射单一化疗药物面临高流失率、药效时间短、局部药物浓度不足等问题，需要频繁注射侵入性药物，给患者带来无尽的痛苦。因此，亟需一种可以实现药物的可持续和缓慢释放且应用方便甚至能够促进骨修复的智能近红外光响应复合水凝胶，用于骨肉瘤的光热-化疗协同治疗。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于黑磷纳米片的智能近红外光响应复合水凝胶及其制备方法和应用，本发明提供的制备方法制备的基于黑磷纳米片的智能近红外光响应复合水凝胶实现了对药物的可持续和缓慢释放，并且通过肿瘤组织微酸性环境和808nm近红外光(NIR)辐射实现了pH/智能近红外光响应的药物原位释放，达到了光热-化疗协同治疗骨肉瘤的目的。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供了一种基于黑磷纳米片的智能近红外光响应复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)将黑磷粉末和有机溶剂混合后置于冰水浴中，之后依次进行水浴超声和探头超声，然后在2000～4000rpm下离心并收集上清液，再将上清液在12000rpm以上的转速下离心并收集沉淀，最后将沉淀和水混合，得到黑磷纳米片分散液；
(2)将所述步骤(1)得到的黑磷纳米片分散液和聚乙二醇二胺混合后依次进行第一超声处理、第一磁力搅拌和第一离心，然后收集沉淀并加入水，得到聚乙二醇二胺改性的黑磷纳米片分散液；
(3)将所述步骤(2)得到的聚乙二醇二胺改性的黑磷纳米片分散液和化疗药物混合后依次进行第二超声处理、第二磁力搅拌和第二离心，然后收集沉淀并加入水，得到聚乙二醇二胺改性且负载化疗药物的黑磷纳米片分散液；
(4)将所述步骤(3)得到的聚乙二醇二胺改性且负载化疗药物的黑磷纳米片分散液和复合水凝胶的基质混合后进行溶胀，得到基于黑磷纳米片的智能近红外光响应复合水凝胶。
优选地，所述步骤(1)中黑磷粉末的质量与有机溶剂的体积比为1：(1～2)mg/mL。
优选地，所述步骤(1)中水浴超声的功率为200～500W，水浴超声的时间为8～12h；所述探头超声的功率为180～720W，探头超声的时间为8～12h，探头超声的开/关周期为2～3s/3s。
优选地，所述步骤(1)中在2000～4000rpm下离心的时间为10～20min；所述在12000rpm以上的转速下离心的时间为20～30min。
优选地，所述步骤(2)中黑磷纳米片分散液中黑磷纳米片和聚乙二醇二胺的质量比为1：(5～10)。
优选地，所述步骤(3)中聚乙二醇二胺改性的黑磷纳米片分散液中黑磷纳米片和化疗药物的质量比为1：(1～8)。
优选地，所述步骤(4)中溶胀的温度为4℃，溶胀的时间≥24h。
优选地，以复合水凝胶的质量为100％计，所述步骤(4)中的复合水凝胶的基质包括：泊洛沙姆40718～21％、泊洛沙姆1883～5％和海藻酸钠0.4～0.8％。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的基于黑磷纳米片的智能近红外光响应复合水凝胶。
本发明还提供了上述技术方案所述基于黑磷纳米片的智能近红外光响应复合水凝胶在制备抗骨肉瘤药物中的应用。
本发明提供了一种基于黑磷纳米片的智能近红外光响应复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：(1)将黑磷粉末和有机溶剂混合后置于冰水浴中，之后依次进行水浴超声和探头超声，然后在2000～4000rpm下离心并收集上清液，再将上清液在12000rpm以上的转速下离心并收集沉淀，最后将沉淀和水混合，得到黑磷纳米片分散液；(2)将所述步骤(1)得到的黑磷纳米片分散液和聚乙二醇二胺混合后依次进行第一超声处理、第一磁力搅拌和第一离心，然后收集沉淀并加入水，得到聚乙二醇二胺改性的黑磷纳米片分散液；(3)将所述步骤(2)得到的聚乙二醇二胺改性的黑磷纳米片分散液和化疗药物混合后依次进行第二超声处理、第二磁力搅拌和第二离心，然后收集沉淀并加入水，得到聚乙二醇二胺改性且负载化疗药物的黑磷纳米片分散液；(4)将所述步骤(3)得到的聚乙二醇二胺改性且负载化疗药物的黑磷纳米片分散液和复合水凝胶的基质混合后进行溶胀，得到基于黑磷纳米片的智能近红外光响应复合水凝胶。本发明先通过水浴超声和探头超声将黑磷粉末剥离成黑磷纳米片并制成分散液，黑磷纳米片作为光热剂在808nm近红外光下可以高效的将光能转化成为热能，同时作为药物载体高效负载化疗药物；然后采用聚乙二醇二胺改性黑磷纳米片，聚乙二醇二胺包覆在黑磷纳米片表面能够提高其生理稳定性和生物相容性；之后负载化疗药物，最后与复合水凝胶的基质混合并进行溶胀，水凝胶具有不规则疏松多孔结构，黑磷纳米片通过物理吸附在水凝胶孔腔表面，能够防止其不受控制在短时间内直接释放到肿瘤组织中，从而实现了药物的可持续和缓慢释放。实施例的结果显示，本发明提供的制备方法制备的基于黑磷纳米片的智能近红外光响应复合水凝胶在96h最后一次经过近红外光触发释药之后，在pH7.4和pH5.0 PBS的累计释药率分别达到72.8±1.9％和82.0±1.6％。
本发明提供的制备方法制备的基于黑磷纳米片的智能近红外光响应复合水凝胶可以通过原位注射的方法将其注射到骨肉瘤病灶附近，并在体温下迅速完成溶胶-凝胶相变，形成半固体状的药物储存库。体温下由于水凝胶物理吸附和药物扩散的立体阻碍效应，均匀分布在水凝胶孔腔中的负载化疗药物的黑磷纳米片十分缓慢向外释放，808nm近红外光辐射下，黑磷纳米片诱导的环境温度升高会破坏复合水凝胶内部的氢键，复合水凝胶结构被破坏甚至因为接近另一个临界凝胶温度而发生熔化，同时温度升高会增强黑磷纳米片的分子扩散作用，黑磷纳米片快速从凝胶内部释放出来，当关闭近红外激光，凝胶部位的热量散失，温度下降，具有热可逆性的复合水凝胶内部的氢键恢复和高度孔隙化结构重构，黑磷纳米片的释放速度再次减慢，这一过程可以按照给药时间需要通过控制808nm近红外光开关重复循环进行，以实现可持续和按需智能近红外光响应释放黑磷纳米片。同时，通过内吞作用进入细胞的黑磷纳米片会在近红外光的诱导下释放表面负载的化疗药物并同时产生大量热量，可以实现光热-化疗协同杀死骨肉瘤细胞，由于水凝胶的药物储存库作用，这种联合治疗可以按照病情需要在较长时间内稳定而重复进行，以达到彻底杀死肿瘤细胞以及有效抑制肿瘤的复发和转移。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的BPNSs的TEM图；
图2为本发明实施例1制备的BPNSs-PEG的TEM图；
图3为本发明实施例1制备的BPNSs-PEG/DOX@Hydrogel的SEM图；
图4为本发明实施例1制备的BPNSs-PEG/DOX@Hydrogel的凝胶内部微腔中BPNSs-PEG/DOX的SEM图；
图5为本发明实施例1制备的BPNSs-PEG/DOX@Hydrogel的凝胶内部微腔中BPNSs-PEG/DOX的EDS图；
图6为本发明实施例1制备的BPNSs-PEG/DOX@Hydrogel在不同功率密度的808nm激光辐射下温度随照射时间变化的曲线图；
图7为去离子水、空白水凝胶和不同浓度的本发明实施例1制备的BPNSs-PEG/DOX@Hydrogel在功率密度为1W/cm2的808nm激光辐射下温度随照射时间变化的曲线图；
图8为本发明实施例1制备的BPNSs-PEG/DOX@Hydrogel的光热稳定性能图；
图9为本发明实施例1制备的BPNSs、BPNSs-PEG/DOX和BPNSs-PEG/DOX@Hydrogel分别在0天和7天在功率密度为1W/cm2的808nm激光辐射下温度随照射时间变化的曲线图；
图10为本发明实施例1制备的BPNSs-PEG/DOX@Hydrogel在功率密度为1W/cm2的808nm激光辐射下光热升温和关闭激光后自然冷却的温度变化曲线图；
图11为图10中冷却曲线线性拟合的t-ln(θ)曲线图；
图12为本发明实施例1制备的BPNSs-PEG/DOX在不同pH值及近红外光触发下DOX的累积释放动态图；
图13为本发明实施例1制备的BPNSs-PEG/DOX@Hydrogel在不同pH值及近红外光触发下DOX的累积释放动态图；
图14为Hydrogel和本发明实施例1制备的BPNSs、BPNSs-PEG、BPNSs-PEG@Hydrogel与不同癌细胞孵育48h后的细胞存活率柱状图；
图15为本发明实施例1制备的BPNSs、BPNSs-PEG和BPNSs-PEG@Hydrogel在含不同浓度BP时与K7M2-WT细胞孵育48h后的细胞存活率柱状图；
图16为本发明实施例1制备的BPNSs、BPNSs-PEG和BPNSs-PEG@Hydrogel在含不同浓度BP时与K7M2-WT细胞孵育4h，然后用功率密度为1.0W/cm2的808nm激光照射10min，然后继续孵育20h后的细胞存活率柱状图；
图17为本发明中实施例1制备的含不同浓度DOX的free DOX、BPNSs-PEG/DOX和BPNSs-PEG/DOX@Hydrogel与K7M2-WT细胞孵育24h后的细胞存活率柱状图；
图18为本发明中实施例1制备的含不同浓度DOX的free DOX、BPNSs-PEG/DOX和BPNSs-PEG/DOX@Hydrogel与K7M2-WT细胞孵育4h，然后分别进行无激光照射和功率密度为1.0W/cm2的808nm激光照射10min，然后再孵育20h的细胞存活率柱状图。
具体实施方式
本发明提供了一种基于黑磷纳米片的智能近红外光响应复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)将黑磷粉末和有机溶剂混合后置于冰水浴中，之后依次进行水浴超声和探头超声，然后在2000～4000rpm下离心并收集上清液，再将上清液在12000rpm以上的转速下离心并收集沉淀，最后将沉淀和水混合，得到黑磷纳米片分散液；
(2)将所述步骤(1)得到的黑磷纳米片分散液和聚乙二醇二胺混合后依次进行第一超声处理、第一磁力搅拌和第一离心，然后收集沉淀并加入水，得到聚乙二醇二胺改性的黑磷纳米片分散液；
(3)将所述步骤(2)得到的聚乙二醇二胺改性的黑磷纳米片分散液和化疗药物混合后依次进行第二超声处理、第二磁力搅拌和第二离心，然后收集沉淀并加入水，得到聚乙二醇二胺改性且负载化疗药物的黑磷纳米片分散液；
(4)将所述步骤(3)得到的聚乙二醇二胺改性且负载化疗药物的黑磷纳米片分散液和复合水凝胶的基质混合后进行溶胀，得到基于黑磷纳米片的智能近红外光响应复合水凝胶。
在本发明中，如无特殊说明，所用原料均为市售产品。
本发明将黑磷粉末和有机溶剂混合后置于冰水浴中，之后依次进行水浴超声和探头超声，然后在2000～4000rpm下离心并收集上清液，再将上清液在12000rpm以上的转速下离心并收集沉淀，最后将沉淀和水混合，得到黑磷纳米片分散液。
本发明对所述黑磷粉末和有机溶剂混合的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的固液混合的技术方案即可。
在本发明中，所述黑磷粉末的质量与有机溶剂的体积比优选为1：(1～2)mg/mL，更优选为1：2mg/mL。
在本发明中，所述有机溶剂优选为N-甲基吡咯烷酮。
混合完成后，本发明将所述混合得到的混合物置于冰水浴中，之后依次进行水浴超声和探头超声。本发明通过水浴超声和探头超声结合的方式来剥离黑磷，有利于得到平均流体力学尺寸小的黑磷纳米片，具有分散性好、比表面积大、药物装载量大的优点，这使其具有较高消光系数和光热转化效率，另一方面有利于向肿瘤组织深处渗透，通过内吞作用进入肿瘤细胞，在肿瘤细胞内部通过光热效应及光热触发黑磷纳米片表面化疗药物的释放协同杀死肿瘤细胞，另外，聚乙二醇二胺包覆在黑磷纳米片表面能够提高其生理稳定性和生物相容性。
本发明对所述冰水浴的温度没有特殊的限定，采用本领域常用的冰水浴即可。
本发明对所述水浴超声和探头超声的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的水浴超声和探头超声的技术方案即可。
在本发明中，所述水浴超声的功率优选为200～500W，更优选为250～400W；所述水浴超声的时间优选为8～12h，更优选为8～10h。
在本发明中，所述探头超声的功率优选为180～720W，更优选为180～540W；所述探头超声的时间优选为8～12h，更优选为8～10h；所述探头超声的开/关周期优选为2～3s/3s，更优选为3s/3s。
探头超声完成后，本发明将所述探头超声的产物在2000～4000rpm下离心并收集上清液，再将上清液在12000rpm以上的转速下离心并收集沉淀。本发明通过先在较低转速下进行离心，再提高转速进行离心，有利于获得纳米级尺寸、原子级厚度的高质量黑磷纳米片。
在本发明中，所述在2000～4000rpm下离心的时间优选为10～20min，更优选为10～15min。
在本发明中，所述在12000rpm以上的转速下离心的时间优选为20～30min，更优选为20～25min。
得到沉淀后，本发明优选将所述沉淀进行洗涤，然后将沉淀和水混合，得到黑磷纳米片分散液。本发明对所述洗涤的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的洗涤的技术方案即可。在本发明中，所述洗涤所用试剂优选为去离子水；所述洗涤的次数优选为2～3次。
在本发明中，所述水的用量优选根据黑磷纳米片分散液中黑磷纳米片的所需浓度进行确定。
得到黑磷纳米片分散液后，本发明将所述黑磷纳米片分散液和聚乙二醇二胺混合后依次进行第一超声处理、第一磁力搅拌和第一离心，然后收集沉淀并加入水，得到聚乙二醇二胺改性的黑磷纳米片分散液。本发明通过采用聚乙二醇二胺改性黑磷纳米片，聚乙二醇二胺包覆在黑磷纳米片表面能够提高其生理稳定性和生物相容性。
本发明对所述黑磷纳米片分散液和聚乙二醇二胺混合的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的混合方式即可。
在本发明中，所述聚乙二醇二胺的分子量优选为2000～5000Da。本发明采用分子量在上述范围内的聚乙二醇二胺，有利于其对黑磷纳米片表面的功能化修饰。
在本发明中，所述黑磷纳米片分散液中黑磷纳米片和聚乙二醇二胺的质量比优选为1：(5～10)，更优选为1：5。本发明优选将所述黑磷纳米片分散液中黑磷纳米片和聚乙二醇二胺的质量比控制在上述范围内，有利于得到分散性好、尺寸可控、质量优异的聚乙二醇二胺改性的黑磷纳米片。
混合完成后，本发明将所述混合得到的混合物依次进行第一超声处理、第一磁力搅拌和第一离心，然后收集沉淀并加入水，得到聚乙二醇二胺改性的黑磷纳米片分散液。
本发明对所述第一超声处理、第一磁力搅拌和第一离心的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的超声处理、磁力搅拌和离心的技术方案即可。在本发明中，所述第一超声处理的功率优选为200～500Hz；所述第一超声处理的时间优选为20～40min。在本发明中，所述第一磁力搅拌的转速优选为500～1200rpm；所述第一磁力搅拌的温度优选为常温；所述第一磁力搅拌的时间优选为4～6h。在本发明中，所述第一离心的转速优选为13000～14000rpm；所述第一离心的的时间优选为20～30min。
本发明收集沉淀后，优选先将所述沉淀进行洗涤，然后加入水，得到聚乙二醇二胺改性的黑磷纳米片分散液。本发明对所述洗涤的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的洗涤的技术方案即可。在本发明中，所述洗涤所用试剂优选为去离子水；所述洗涤的次数优选为2～3次。
得到聚乙二醇二胺改性的黑磷纳米片分散液后，本发明将所述聚乙二醇二胺改性的黑磷纳米片分散液和化疗药物混合后依次进行第二超声处理、第二磁力搅拌和第二离心，然后收集沉淀并加入水，得到聚乙二醇二胺改性且负载化疗药物的黑磷纳米片分散液。
本发明对所述聚乙二醇二胺改性的黑磷纳米片分散液和化疗药物混合的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的混合方式即可。
在本发明中，所述聚乙二醇二胺改性的黑磷纳米片分散液中黑磷纳米片和化疗药物的质量比优选为1：(1～8)，更优选为1：(1～4)。本发明优选将所述聚乙二醇二胺改性的黑磷纳米片分散液中黑磷纳米片和化疗药物的质量比控制在上述范围内，有利于化疗药物负载在黑磷纳米片的表面，保证较高的载药率和包封率。
在本发明中，所述化疗药物优选为阿霉素。
混合完成后，本发明将所述混合得到的混合物依次进行第二超声处理、第二磁力搅拌和第二离心，然后收集沉淀并加入水，得到聚乙二醇二胺改性且负载化疗药物的黑磷纳米片分散液。
本发明对所述第二超声处理、第二磁力搅拌和第二离心的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的超声处理、磁力搅拌和离心的技术方案即可。在本发明中，所述第二超声处理的功率优选为200～500Hz；所述第二超声处理的时间优选为20～40min。在本发明中，所述第二磁力搅拌的转速优选为500～1200rpm；所述第二磁力搅拌的温度优选为常温；所述第二磁力搅拌的时间优选为24～26h。在本发明中，所述第二离心的转速优选为13000～14000rpm；所述第二离心的的时间优选为20～30min。
本发明收集沉淀后，优选先将所述沉淀进行洗涤，然后加入水，得到聚乙二醇二胺改性且负载化疗药物的黑磷纳米片分散液。本发明对所述洗涤的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的洗涤的技术方案即可。在本发明中，所述洗涤所用试剂优选为去离子水；所述洗涤的次数优选为2～3次。
得到聚乙二醇二胺改性且负载化疗药物的黑磷纳米片分散液后，本发明将所述聚乙二醇二胺改性且负载化疗药物的黑磷纳米片分散液和复合水凝胶的基质混合后进行溶胀，得到基于黑磷纳米片的智能近红外光响应复合水凝胶。本发明通过将聚乙二醇二胺改性且负载化疗药物的黑磷纳米片分散液与复合水凝胶的基质混合并进行溶胀，水凝胶具有不规则疏松多孔结构，黑磷纳米片通过物理吸附在水凝胶孔腔表面，能够防止其不受控制在短时间内直接释放到肿瘤组织中，从而实现了药物的可持续和缓慢释放。
本发明对所述聚乙二醇二胺改性且负载化疗药物的黑磷纳米片分散液和复合水凝胶的基质混合的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的混合的技术方案即可。
在本发明中，所述聚乙二醇二胺改性且负载化疗药物的黑磷纳米片分散液和复合水凝胶的基质的混合优选在搅拌的条件下进行。在本发明中，所述搅拌的环境优选为冰水浴；所述搅拌的时间优选为4～6h。
在本发明中，以复合水凝胶的质量为100％计，所述复合水凝胶的基质优选包括：泊洛沙姆40718～21％、泊洛沙姆1883～5％和海藻酸钠0.4～0.8％。本发明中的泊洛沙姆407和泊洛沙姆188因其分子量小于20000，可直接通过肾脏排出体内，海藻酸钠可直接生物降解。在本发明中，所述复合水凝胶的基质与聚乙二醇二胺改性且负载化疗药物的黑磷纳米片分散液混合后，利用分散液中的水形成了复合水凝胶。
本发明中的复合水凝胶在体温下能够快速完成溶胶-凝胶相变，形成半固体状的药物储存库；凝胶孔腔中的黑磷纳米片通过吸收808nm近红外光迅速产生热量，按需智能触发近红外光的开关，实现温度的升降来促使水凝胶完成可逆的膨胀-收缩过程，以达到可持续和智能光控释药目的，这种释药方式使病灶部位药物浓度长时间维持在阈值之上，协同黑磷纳米片产生的热量更加彻底杀死肿瘤细胞。
本发明对所述溶胀的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的水凝胶溶胀的技术方案即可。
在本发明中，所述溶胀的温度优选为4℃；所述溶胀的时间优选≥24h。本发明优选将所述溶胀的温度和时间控制在上述范围内，保证了复合水凝胶的充分溶胀。本发明通过在低温下进行溶胀，从而制得了反向可逆三维物理交联温敏水凝胶，可以在病灶原位形成药物储存库。
本发明先通过水浴超声和探头超声将黑磷粉末剥离成黑磷纳米片并制成分散液，黑磷纳米片作为光热剂在808nm近红外光下可以高效的将光能转化成为热能，同时作为药物载体高效负载化疗药物；然后采用聚乙二醇二胺改性黑磷纳米片，聚乙二醇二胺包覆在黑磷纳米片表面能够提高其生理稳定性和生物相容性；之后负载化疗药物，最后与复合水凝胶的基质混合并进行溶胀，水凝胶具有不规则疏松多孔结构，黑磷纳米片通过物理吸附在水凝胶孔腔表面，能够防止其不受控制在短时间内直接释放到肿瘤组织中，从而实现了药物的可持续和缓慢释放。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的基于黑磷纳米片的智能近红外光响应复合水凝胶。
在本发明中，所述基于黑磷纳米片的智能近红外光响应复合水凝胶优选包括复合水凝胶和包埋于复合水凝胶中的聚乙二醇二胺改性且负载化疗药物的黑磷纳米片。
本发明提供的基于黑磷纳米片的智能近红外光响应复合水凝胶具有光热转化效率高、光热稳定性好、优异的生物相容性和生物降解性的特征，通过近红外光诱导可以实现药物的可持续和智能光控释放，可以实现骨肉瘤原位光热-化疗协同治疗，这种基于骨肉瘤局部多模式治疗的原位水凝胶具有巨大的临床转化应用价值。并且，本发明提供的基于黑磷纳米片的智能近红外光响应复合水凝胶优异的光热性质能够实现骨肉瘤原位的可持续和智能近红外光响应的药物释放，实现骨肉瘤的光热-化学协同治疗，这种局部治疗方式具有靶向性强、全身及器官毒性低、药效持续时间长、侵入性小、应用方便、治愈率高的优势。
本发明还提供了上述技术方案所述基于黑磷纳米片的智能近红外光响应复合水凝胶在制备抗骨肉瘤药物中的应用。
本发明对所述基于黑磷纳米片的智能近红外光响应复合水凝胶在制备抗骨肉瘤药物中的应用没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的生物医学工程纳米材料在制备抗骨肉瘤药物中的应用即可。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明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。
实施例1
(1)将45mg黑磷粉末分散在90mLN-甲基吡咯烷酮中，然后将混合物转移至冰水浴中，然后在300W下水浴超声10h，在360W下探头超声10h，探头超声的开/关周期为3s/3s，之后在4000rpm下离心10min并收集上清液，再将上清液在13000rpm下离心20min并收集沉淀，然后用去离子水洗涤2次，最后向洗涤后的沉淀加入去离子水，得到BP浓度为200μg/mL的黑磷纳米片分散液，记为BPNSs；其中，黑磷粉末和N-甲基吡咯烷酮的质量体积比为1：2mg/mL；
(2)取10mL步骤(1)制备的BP浓度为200μg/mL的黑磷纳米片分散液，加入10mg聚乙二醇二胺，然后依次在300Hz下超声处理30min、在常温下按照1000rpm的转速磁力搅拌4h、在13000rpm下离心20min，得到沉淀，然后用去离子水洗涤2次，最后向洗涤后的沉淀加入去离子水，得到BP浓度为200μg/mL的聚乙二醇二胺改性的黑磷纳米片分散液，记为BPNSs-PEG；其中，聚乙二醇二胺改性的黑磷纳米片分散液中黑磷纳米片和聚乙二醇二胺的质量比为1：5；
(3)取10mL步骤(2)制备的BP浓度为200μg/mL的聚乙二醇二胺改性的黑磷纳米片分散液，加入8mg阿霉素，然后依次在300Hz下超声处理30min、常温下按照1000rpm的转速磁力搅拌24h、在13000rpm下离心20min，得到沉淀，然后用去离子水洗涤2次，最后向洗涤后的沉淀加入去离子水，得到BP浓度为200μg/mL的聚乙二醇二胺改性且负载阿霉素的黑磷纳米片分散液，记为BPNSs-PEG/DOX；其中，聚乙二醇二胺改性且负载阿霉素的黑磷纳米片分散液中黑磷纳米片和阿霉素的质量比为1：4；
(4)取7.74mL步骤(3)制备的BP浓度为200μg/mL的聚乙二醇二胺改性且负载阿霉素的黑磷纳米片分散液，加入1.8g泊洛沙姆407、0.4g泊洛沙姆188和0.06g海藻酸钠(以复合水凝胶的质量为100％计，复合水凝胶的基质为泊洛沙姆40718％、泊洛沙姆1884％和海藻酸钠0.6％)，冰水浴下搅拌4h后，置于4℃下充分溶胀24h，得到BP浓度为200μg/mL的基于黑磷纳米片的智能近红外光响应复合水凝胶，记为BPNSs-PEG/DOX@Hydrogel。
图1为实施例1制备的BPNSs的TEM图。由图1可以看出，BPNSs呈不规则的超薄二维片状，边缘有棱角，表面色泽较浅均一，横向尺寸为100～400nm，BPNSs的纳米级片状结构有利于表面修饰和药物的装载。
图2为实施例1制备的BPNSs-PEG的TEM图。由图2可以看出，BPNSs-PEG无明显棱角，表面色泽较深，这归因于聚乙二醇二胺在BPNSs表面形成了一层碳膜。
图3为实施例1制备的BPNSs-PEG/DOX@Hydrogel的SEM图。由图3可以看出，BPNSs-PEG/DOX@Hydrogel内部具有不规则的疏松多孔结构，存在不规则的微腔且微腔上具有多孔结构，孔径在10-20μm，整体呈现出三维物理交联网状结构。结构高度孔隙化且孔隙之间相互连通，有利于药物的扩散释放。
图4为实施例1制备的BPNSs-PEG/DOX@Hydrogel的凝胶内部微腔中BPNSs-PEG/DOX的SEM图。由图4可以看出，BPNSs-PEG/DOX吸附在凝胶微腔中。
使用X-射线能量色谱仪(EDS)对实施例1制备的BPNSs-PEG/DOX@Hydrogel的凝胶内部微腔中BPNSs-PEG/DOX表面进行元素分析，结果如图5所示。由图5可以看出，片状结构上P、C、O、Na四种元素，P元素归属于BPNSs，C元素和O元素归属于BPNSs表面的PEG和DOX，Na元素归属于海藻酸钠中的Na+，Na+出现在BPNSs表面可能归因于Na+与BPNSs表面剩余的负电荷位点静电结合。
对比例1
将45mg黑磷粉末分散在90mLN-甲基吡咯烷酮中，然后将混合物转移至冰水浴中，然后在300W下水浴超声10h，之后在4000rpm下离心10min并收集上清液，再将上清液在13000rpm下离心20min并收集沉淀，然后用去离子水洗涤2次，最后向洗涤后的沉淀加入去离子水，得到BP浓度为200μg/mL的黑磷纳米片分散液。
对比例2
将45mg黑磷粉末分散在90mLN-甲基吡咯烷酮中，然后将混合物转移至冰水浴中，然后在360W下探头超声10h，探头超声的开/关周期为3s/3s，之后在4000rpm下离心10min并收集上清液，再将上清液在13000rpm下离心20min并收集沉淀，然后用去离子水洗涤2次，最后向洗涤后的沉淀加入去离子水，得到BP浓度为200μg/mL的黑磷纳米片分散液。
表1实施例1和对比例1～2制备的BPNSs的平均流体力学尺寸
液相剥离方式 BPNSs的平均流体力学尺寸/nm
对比例1 水浴超声10h 275.7±3.4
对比例2 探头超声10h 262.3±2.2
实施例1 水浴超声10h+探头超声10h 251.7±1.8
由表1可得，采用不同液相剥离方式得到BPNSs的平均流体力学尺寸：水浴超声10h+探头超声10h<探头超声10h<水浴超声10h。
实施例2
与实施例1的不同之处在于，步骤(3)中加入2mg阿霉素，聚乙二醇二胺改性且负载阿霉素的黑磷纳米片分散液中黑磷纳米片和阿霉素的质量比为1：1，其余步骤同实施例1。
实施例3
与实施例1的不同之处在于，步骤(3)中加入4mg阿霉素，聚乙二醇二胺改性且负载阿霉素的黑磷纳米片分散液中黑磷纳米片和阿霉素的质量比为1：2，其余步骤同实施例1。
实施例4
与实施例1的不同之处在于，步骤(3)中加入6mg阿霉素，聚乙二醇二胺改性且负载阿霉素的黑磷纳米片分散液中黑磷纳米片和阿霉素的质量比为1：3，其余步骤同实施例1。
实施例5
与实施例1的不同之处在于，步骤(3)中加入10mg阿霉素，聚乙二醇二胺改性且负载阿霉素的黑磷纳米片分散液中黑磷纳米片和阿霉素的质量比为1：5，其余步骤同实施例1。
实施例6
与实施例1的不同之处在于，步骤(3)中加入12mg阿霉素，聚乙二醇二胺改性且负载阿霉素的黑磷纳米片分散液中黑磷纳米片和阿霉素的质量比为1：6，其余步骤同实施例1。
实施例7
与实施例1的不同之处在于，步骤(3)中加入14mg阿霉素，聚乙二醇二胺改性且负载阿霉素的黑磷纳米片分散液中黑磷纳米片和阿霉素的质量比为1：7，其余步骤同实施例1。
实施例8
与实施例1的不同之处在于，步骤(3)中加入16mg阿霉素，聚乙二醇二胺改性且负载阿霉素的黑磷纳米片分散液中黑磷纳米片和阿霉素的质量比为1：8，其余步骤同实施例1。
表2实施例1～8中BPNSs-PEG的载药率
Figure BDA0004083630420000141
Figure BDA0004083630420000151
由表2可得，随着DOX的投料量增加，BPNSs-PEG装载DOX的能力明显增长。当DOX的投料量为8mg时，黑磷纳米片装载DOX的能力几乎达到饱和。
性能测试
1.光热性能测试
为了测试BPNSs-PEG/DOX@Hydrogel光热性能，将不同的材料加入微型透明小瓶，暴露在808nm近红外激光下，确保光斑辐射在溶液中央，照射前在23℃的恒温箱下孵育，使用热电偶温度计监测溶液中央温度，每间隔30s记录一次温度，并绘制随照射时间的函数图。
用功率密度分别为0.5W/cm2、1.0W/cm2、1.5W/cm2和2.0W/cm2的近红外光照射BPNSs-PEG/DOX@Hydrogel 10min(BP浓度为100μg/mL)，结果如图6所示，温度在照射时间增加下持续升高，随着照射强度的增强，温度升高的趋势越大，光热效应具有时间依赖性和功率依赖性。激光功率密度为1.0W/cm2时，BPNSs-PEG/DOX@Hydrogel的温度升至52.3℃，温度足以热消融肿瘤细胞。
将含有不同BP(10μg/mL、25μg/mL、50μg/mL、100μg/mL和200μg/mL)浓度的BPNSs-PEG/DOX@Hydrogel暴露在功率密度为1.0W/cm2的808nm近红外激光下辐射10min，以去离子水和空白水凝胶为对照，结果如图7所示，温度在照射时间增加下持续升高，随着BP浓度的增大，温度升高的趋势越大，光热效应还具有光热剂剂量依赖性。在同样的激光处理下，BP浓度为200μg/mL的BPNSs-PEG/DOX@Hydrogel的温度升至61.8℃，证明了微量(200μg/mL)BP能够快速有效的将光能转化成热能，与之形成鲜明对比的是，去离子水和空白凝胶仅仅升至30.5℃和31.6℃，表明没有BP存在的光热疗法难以有效的杀死肿瘤细胞。
通过功率密度为1.0W/cm2的808nm近红外激光照射BPNSs-PEG/DOX@Hydrogel(BP浓度为100μg/mL)10min，然后关闭激光冷却至室温需要15min。通过开关激光实现纳米制剂的迅速升温和冷却，同样的操作持续5个循环，结果如图8所示，每次循环加热BPBPNSs-PEG/DOX@Hydrogel的最高温度均可达到52.7℃左右，充分体现其在循环照射下的光热稳定性。
为了近一步探究BPNSs-PEG/DOX@Hydrogel在时长上的光热稳定性，分别将BPNSs、BPNSs-PEG/DOX和BPNSs-PEG/DOX@Hydrogel(BP的浓度均为100μg/mL)暴露在空气中，分别在制备完(0天)和7天后两个时间点使用功率密度为1.0W/cm2的808nm近红外激光照射，记录温度随照射时间的变化。结果如图9所示，BPNSs放置7天后经激光照射温度仅仅达到35.7℃，这一温度远远达不到光热治疗温度要求，相对于0天下降了14.0℃，BPNSs光热效应明显减弱，归因于其长时间暴露在去离子水和空气中发生了降解。BPNSs-PEG/DOX和BPNSs-PEG/DOX@Hydrogel的光热效应并没有受到影响，证明BPNSs表面的PEG改性会大大增强其稳定性，从而提高其在时长上的光热稳定性。
光热转化效率是评价材料光热转换能力的重要指标，测定BP浓度为100μg/mL的BPNSs-PEG/DOX@Hydrogel的光热转化效率。在激光照射之前测定BPNSs-PEG/DOX@Hydrogel(质量为1g)在808nm下的吸光度，然后暴露在功率密度为1.0W/cm2的808nm近红外激光下10min，关闭激光开始冷却，过程为15min，每隔30s记录一次温度，绘制温度随时间变化的函数图，如图10所示。引入一个无量驱动力温度θ，利用冷却过程中温度和时间的关系，绘制t-ln(θ)曲线图，如图11所示。通过图10和图11得到相关参数计算得BPNSs-PEG/DOX@Hydrogel的光热转化效率40.2％，略微高于文献(Qiu M,Wang D,Liang W,et al.Novel conceptofthe smart NIR-light–controlled drug release of black phosphorusnanostructure for cancer therapy[J].Proceedings of the National Academy ofSciences,2018,115(3):501-506.)中报导的BPNSs的光热转化效率(38.8％)。
以上实验表明BPNSs-PEG/DOX@Hydrogel具有优异的光热转化性能、光热稳定性及高的光热转化效率。
2.pH/智能近红外光响应药物释放测试
使用透析袋扩散法评估DOX从BPNSs-PEG/DOX和BPNSs-PEG/DOX@Hydrogel的体外释放情况，分别将2mLBPNSs-PEG/DOX和BPNSs-PEG/DOX@Hydrogel(BP浓度为200μg/mL)封装在透析袋(MWCO＝3500Da)中，分别浸入在装有18mL不同pH(pH值分别为7.4和5.0)的PBS缓冲液的离心管中，离心管置于37℃的恒温摇床中。分别在2、4、6、12、24、36、48、72、96h取出2mL释放介质，并补充2mL 37℃的新鲜PBS以维持恒定体积。对于近红外光触发的DOX释放实验，在非照射组的固定时间点补充新鲜PBS后，快速暴露在功率密度为1.0W/cm2的808nm近红外激光下照射10min，然后收集2mL释放介质，补充等体积37℃的新鲜PBS，其他条件完全一致，实验重复3次。通过紫外可见光分光光度计测定DOX的释放量。
BPNSs-PEG/DOX和BPNSs-PEG/DOX@Hydrogel在不同pH值及近红外光触发下DOX的累积释放动态结果见图12和图13，当PBS的pH值为7.4时，BPNSs-PEG/DOX及BPNSs-PEG/DOX@Hydrogel经过96h的动态释放，DOX的累积释放率分别达到36.5±1.5％和23.0±1.2％，当暴露在较低的pH值(pH值为5.0)时，在相同的时间里，DOX的累积释放率分别提升至52.0±1.7％和31.0±1.6％。DOX在微酸性的条件下释放速率更快。在近红外光触发的药物释放试验中，BPNSs-PEG/DOX在24h再次经过近红外光触发释药之后，在pH7.4和pH5.0 PBS的累计释药率分别达到72.2±2.2％和82.4±1.9％，而后的72h，药物释放率才增加15.6％和10.6％，最终的累积释放率达到87.8±2.1％和92.8±1.6％，BPNSs-PEG/DOX在近红外光触发释药的前24h内药物释放速度过快。BPNSs-PEG/DOX@Hydrogel在96h最后一次经过近红外光触发释药之后，在pH7.4和pH5.0 PBS的累计释药率分别达到72.8±1.9％和82.0±1.6％，相比于BPNSs-PEG/DOX，凝胶结构减缓了在有无近红外光照射下DOX的释放速度，避免了DOX在光响应下过度释放，从而延长了药物的释放时间，更好持续控制药物的释放量。BPNSs-PEG/DOX@Hydrogel是一个药物储存库，体外近红外激光照射开关就是药物释放的光开关，通过调节体外近红外光照射，能够很好实现药物缓释和控释，增加DOX在肿瘤病灶部位的蓄积，减弱了不良反应。
3.细胞相容性测试
研究基于黑磷纳米片的智能近红外光响应复合水凝胶对一些常见的人类癌细胞(即Hela(人类***细胞)、A549(人类肺癌细胞)、MCF-7(人类乳腺癌细胞)、HepG2(人类肝癌细胞))的毒性，将各种癌细胞以8000个/孔的密度播种于96孔板，培养24h后弃上清液。将100μL含有BPNSs(BP浓度为200μg/mL)、BPNSs-PEG(BP的浓度为200μg/mL)、Hydrogel(V凝胶/V培养基＝1/9)、BPNSs-PEG@Hydrogel(BP的浓度为200μg/mL和V凝胶/V培养基＝1/9)的新鲜培养基和细胞孵育48h，弃上清液，PBS清洗2次，加入100μL10％CCK-8试剂(10μL CCK-8试剂和90μLDMEM培养基混合)再孵育1～2h。使用微型平板阅读器在450nm处测定吸光度。未被处理的细胞的细胞活力为100％。细胞存活率按照下面公式计算：细胞存活率(％)＝(实验孔吸光度-空白孔吸光度)/(对照孔吸光度-空白孔吸光度)×100％。所有CCK-8实验的样品均设置6个复孔。结果如图14所示，即使BP的浓度高达200μg/mL，细胞的存活率都高于90％，可以确认基于黑磷纳米片的智能近红外光响应复合水凝胶对人类癌细胞具有低毒性。
同样需要评估其对小鼠骨肉瘤成骨细胞(K7M2-WT)的毒性。K7M2-WT细胞以8000个/孔的密度接种于96孔板，培养24h后弃上清液，将100μL含有不同浓度BP(浓度分别为1、5、10、25、50、100、200μg/mL)的BPNSs、BPNSs-PEG、BPNSs-PEG@Hydrogel(V凝胶/V培养基＝1/9)的新鲜培养基与K7M2-WT细胞孵育48h，然后进行CCK-8试验测定(测定计算方法同上)。未被处理的细胞的细胞活力为100％。结果如图15所示，细胞存活率均在90％以上，BPNSs、BPNSs-PEG、BPNSs-PEG@Hydrogel在BP浓度高达200μg/mL时，细胞的存活率分别为92.6％、93.2％、93.9％，没有明显的细胞毒性。基于黑磷纳米片的智能近红外光响应复合水凝胶具有优异的体外生物相容性。
4.体外抗肿瘤治疗测试
体外光热治疗测试
基于BP的优异光热转换性能，通过CCK-8实验评估BPNSs-PEG@Hydrogel作为单一光热剂对K7M2-WT细胞的体外光热治疗效果。K7M2-WT细胞以10000个/孔的密度接种于96孔板，培养24h后弃上清液，将100μL含有不同浓度BP(浓度分别为0、1、5、10、25、50、100、200μg/mL)的BPNSs、BPNSs-PEG、BPNSs-PEG@Hydrogel(V凝胶/V培养基＝1/9)的新鲜培养基与K7M2-WT细胞孵育4h，然后用功率密度为1.0W/cm2的808nm近红外激光照射10min。每个孔的面积被激光点完全覆盖，再孵育20h。然后用CCK-8试验测定细胞的相对活力(测定计算方法同上)。未被处理的细胞的细胞活力为100％。结果如图16所示，基于BP的纳米制剂呈现出剂量依赖性的光热抗肿瘤效应。当BP的浓度为100μg/mL时，经近红外光照射，BPNSs-PEG@Hydrogel处理的细胞存活率仅为13.0％，与BPNSs(细胞存活率为12.4％)和BPNSs-PEG(细胞存活率为13.9％)处理相比无明显性差异。BP浓度增至200μg/mL，几乎全部细胞被杀死。近红外光辐射(BP的浓度为0μg/mL)并未对K7M2-WT细胞的生长产生影响。这些结果清楚表明，BPNSs在经过PEG的表面改性及包埋吸附在水凝胶的孔腔中，其强大的光热抗肿瘤作用均未受到影响。
体外化疗测试
基于BP优异的药物负载能力，评估BP的纳米制剂作为化疗药物DOX的药物输送平台对K7M2-WT细胞的体外化疗效果。K7M2-WT细胞以10000个/孔的密度接种于96孔板，培养24h后弃上清液，将100μL含有不同浓度DOX(浓度分别为1、5、10、25、50、100、200μg/mL)的free DOX、BPNSs-PEG/DOX、BPNSs-PEG/DOX@Hydrogel(V凝胶/V培养基＝1/9)的新鲜培养基与K7M2-WT细胞孵育24h，然后用CCK-8试验测定细胞的相对活力(测定计算方法同上)。未被处理的细胞的细胞活力为100％。结果如图17所示，随着DOX的浓度上升，细胞活力均下降，呈现出浓度依赖性的细胞毒性。与BPNSs-PEG/DOX和BPNSs-PEG/DOX@Hydrogel相比，DOX显示出更高的肿瘤细胞杀伤力，这可能归因于DOX能够快速扩散至肿瘤细胞内，而BPNSs-PEG/DOX需要通过细胞内吞作用缓慢的进入细胞并在胞内释放DOX，BPNSs-PEG/DOX@Hydrogel在此基础上还需要从凝胶的孔腔中缓慢扩散到细胞介质。
体外光热治疗-化疗协同抗肿瘤治疗测试
接下来继续评估负载DOX的BP制剂在近红外光的照射下对K7M2-WT细胞光热-化疗协同抗肿瘤作用。K7M2-WT细胞以10000个/孔的密度接种于96孔板，培养24h后弃上清液，将100μL含有不同浓度DOX(浓度分别为1、5、10、25μg/mL)的free DOX、BPNSs-PEG/DOX、BPNSs-PEG/DOX@Hydrogel(V凝胶/V培养基＝1/9)的新鲜培养基与K7M2-WT细胞孵育4h，然后用功率密度为1.0W/cm2的808nm近红外光照射10min。每个孔的面积被激光点完全覆盖，再孵育20h。然后用CCK-8试验测定细胞的相对活力。非近红外光照射组除了近红外光处理外均与近红外照射组相同。未被处理的细胞的细胞活力为100％。结果如图18所示，没有光热剂BPNSs的存在，DOX在有无NIR照射下细胞毒性无明显差异，表明无光热剂下近红外光照射不能促进肿瘤细胞的死亡。而BPNSs-PEG/DOX和BPNSs-PEG/DOX@Hydrogel在近红外光照射下相比于不照射组发挥出更强的细胞毒性作用。BPNSs-PEG/DOX和BPNSs-PEG/DOX@Hydrogel所含DOX随着其负载平台BPNSs的浓度增加而增加。BPNSs-PEG/DOX和BPNSs-PEG/DOX@Hydrogel在近红外光照射下联合治疗的效果相比其无照射下单独的化疗作用会随着BP浓度的增加而更加显著，这归功于更高浓度BP在近红外光的触发下能够使细胞区域温升效应更强，产生的高温能够快速的热消融肿瘤细胞，并且加快DOX的释放促使化疗作用增强。在近红外光辐射下，DOX浓度为25μg/mL的BPNSs-PEG/DOX和BPNSs-PEG/DOX@Hydrogel处理细胞后的细胞存活率分别为6.7％和5.8％。相比于其单独化疗作用具有剂量小和作用时间短的优势。
由以上实施例可以看出，本发明提供的制备方法制备的基于黑磷纳米片的智能近红外光响应复合水凝胶实现了对药物的可持续和缓慢释放，并且通过肿瘤组织微酸性环境和808nm近红外光(NIR)辐射实现了pH/智能近红外光响应的药物原位释放，达到了光热-化疗协同治疗骨肉瘤的目的。
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。

Claims (10)

1.一种基于黑磷纳米片的智能近红外光响应复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)将黑磷粉末和有机溶剂混合后置于冰水浴中，之后依次进行水浴超声和探头超声，然后在2000～4000rpm下离心并收集上清液，再将上清液在12000rpm以上的转速下离心并收集沉淀，最后将沉淀和水混合，得到黑磷纳米片分散液；
(2)将所述步骤(1)得到的黑磷纳米片分散液和聚乙二醇二胺混合后依次进行第一超声处理、第一磁力搅拌和第一离心，然后收集沉淀并加入水，得到聚乙二醇二胺改性的黑磷纳米片分散液；
(3)将所述步骤(2)得到的聚乙二醇二胺改性的黑磷纳米片分散液和化疗药物混合后依次进行第二超声处理、第二磁力搅拌和第二离心，然后收集沉淀并加入水，得到聚乙二醇二胺改性且负载化疗药物的黑磷纳米片分散液；
(4)将所述步骤(3)得到的聚乙二醇二胺改性且负载化疗药物的黑磷纳米片分散液和复合水凝胶的基质混合后进行溶胀，得到基于黑磷纳米片的智能近红外光响应复合水凝胶。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中黑磷粉末的质量与有机溶剂的体积比为1：(1～2)mg/mL。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中水浴超声的功率为200～500W，水浴超声的时间为8～12h；所述探头超声的功率为180～720W，探头超声的时间为8～12h，探头超声的开/关周期为2～3s/3s。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中在2000～4000rpm下离心的时间为10～20min；所述在12000rpm以上的转速下离心的时间为20～30min。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中黑磷纳米片分散液中黑磷纳米片和聚乙二醇二胺的质量比为1：(5～10)。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中聚乙二醇二胺改性的黑磷纳米片分散液中黑磷纳米片和化疗药物的质量比为1：(1～8)。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中溶胀的温度为4℃，溶胀的时间≥24h。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以复合水凝胶的质量为100％计，所述步骤(4)中的复合水凝胶的基质包括：泊洛沙姆40718～21％、泊洛沙姆1883～5％和海藻酸钠0.4～0.8％。
9.权利要求1～8任一项所述制备方法制备得到的基于黑磷纳米片的智能近红外光响应复合水凝胶。
10.权利要求9所述基于黑磷纳米片的智能近红外光响应复合水凝胶在制备抗骨肉瘤药物中的应用。
CN202310127719.0A 2023-02-16 2023-02-16 一种基于黑磷纳米片的智能近红外光响应复合水凝胶及其制备方法和应用 Pending CN116059360A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310127719.0A CN116059360A (zh) 2023-02-16 2023-02-16 一种基于黑磷纳米片的智能近红外光响应复合水凝胶及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310127719.0A CN116059360A (zh) 2023-02-16 2023-02-16 一种基于黑磷纳米片的智能近红外光响应复合水凝胶及其制备方法和应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116059360A true CN116059360A (zh) 2023-05-05

Family

ID=86169721

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310127719.0A Pending CN116059360A (zh) 2023-02-16 2023-02-16 一种基于黑磷纳米片的智能近红外光响应复合水凝胶及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116059360A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116919886A (zh) * 2023-07-21 2023-10-24 中国海洋大学 基于墨黑色素的可注射光热水凝胶及其制备方法和应用
CN117065036A (zh) * 2023-09-28 2023-11-17 广州医科大学附属第三医院（广州重症孕产妇救治中心、广州柔济医院） 一种碳化钒包裹多柔比星的纳米制剂及其应用

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104758931A (zh) * 2015-03-17 2015-07-08 郑州大学 一种基于功能化氧化石墨烯温敏水凝胶的制备方法及其应用

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104758931A (zh) * 2015-03-17 2015-07-08 郑州大学 一种基于功能化氧化石墨烯温敏水凝胶的制备方法及其应用

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
朱铁梁;胡霞;张莉;陈孝储;郭一沙;陈莉;张岭;: "黄芩苷温敏凝胶的处方筛选及体外释放研究", 中草药, no. 11, 20 September 2012 (2012-09-20), pages 2166 *
王玮;叶放;周建平;: "泊洛沙姆407原位凝胶作为药物载体的研究进展", 中国新药杂志, no. 08, 30 April 2009 (2009-04-30), pages 701 *
阿依妮尕尔·艾力等: "功能化载药黑磷纳米片的制备表征及抗骨肉瘤活性评价", 中国医院药学杂志, vol. 41, no. 23, 31 December 2021 (2021-12-31), pages 2388 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116919886A (zh) * 2023-07-21 2023-10-24 中国海洋大学 基于墨黑色素的可注射光热水凝胶及其制备方法和应用
CN116919886B (zh) * 2023-07-21 2024-01-30 中国海洋大学 基于墨黑色素的可注射光热水凝胶及其制备方法和应用
CN117065036A (zh) * 2023-09-28 2023-11-17 广州医科大学附属第三医院（广州重症孕产妇救治中心、广州柔济医院） 一种碳化钒包裹多柔比星的纳米制剂及其应用
CN117065036B (zh) * 2023-09-28 2024-04-26 广州医科大学附属第三医院（广州重症孕产妇救治中心、广州柔济医院） 一种碳化钒包裹多柔比星的纳米制剂及其应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN116059360A (zh) 一种基于黑磷纳米片的智能近红外光响应复合水凝胶及其制备方法和应用
WO2019114066A1 (zh) 一种基于黑磷的水凝胶近红外光可控释药***及其制备方法
Niu et al. A multifunctional bioactive glass-ceramic nanodrug for post-surgical infection/cancer therapy-tissue regeneration
Zhang et al. Near-infrared-triggered in situ hybrid hydrogel system for synergistic cancer therapy
Chen et al. Temperature-regulating phase change fiber scaffold toward mild photothermal–chemotherapy
CN108653754B (zh) 一种透明质酸靶向聚多巴胺包覆相变型液态氟碳纳米超声造影剂
Ruan et al. Transdermal delivery of multifunctional CaO 2@ Mn-PDA nanoformulations by microneedles for NIR-induced synergistic therapy against skin melanoma
Xu et al. Balancing the toxicity, photothermal effect, and promotion of osteogenesis: Photothermal scaffolds for malignant bone tumor therapy
CN110101860B (zh) 铋掺杂的金属硫化物纳米花及其制备方法
CN109091674B (zh) 一种多功能药物载体及其制备方法与应用
CN108030922B (zh) 温敏金纳米笼及制备方法和应用、载药温敏金纳米笼及制备方法
Qi et al. Injectable and self-healing nanocomposite hydrogel loading needle-like nano-hydroxyapatite and graphene oxide for synergistic tumour proliferation inhibition and photothermal therapy
WO2021083370A1 (zh) 一种特异性激活免疫***的纳米材料的制备和应用
Pan et al. Mesoporous porphyrinic metal-organic framework nanoparticles/3D nanofibrous scaffold as a versatile platform for bone tumor therapy
Chen et al. Glucose oxidase-loaded colloidal stable WS2 nanobowls for combined starvation/photothermal therapy of colorectal tumors
Liu et al. Multifunctional 3D-printed bioceramic scaffolds: Recent strategies for osteosarcoma treatment
CN113018435A (zh) 一种稳定靶向光热黑磷纳米片制剂及其制备方法和应用
CN110496097B (zh) 温控释放纳米羟基磷灰石的促组织修复生物可降解水凝胶
CN112972366B (zh) 一种可注射光热化疗增敏载药水凝胶及其制备方法
KR102513560B1 (ko) 피코시아닌-항암제 컨쥬게이트를 포함하는 암 치료용 약학적 조성물, 이를 포함하는 광역학치료용 조성물 및 이의 제조방법
CN116271062A (zh) 一种基于叶酸介导黑磷纳米片的温敏水凝胶及其制备方法和应用
CN115475242A (zh) 一种非侵入式复合光热敷料及其制备方法和在肿瘤靶向治疗中的应用
Zhao et al. Combination of chemotherapy and photothermal methods for in vitro ablation of MCF-7 cancer cells using crinkly core–shell structure MoS2/C@ SiO2 nanospheres
CN110279650A (zh) 一种基于碲烯的水凝胶近红外光可控释药***
López et al. Obtaining of SiO2 nanostructured materials for local drug delivery of methotrexate

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination