一种Fe(Ⅲ)和Cu(Ⅱ)掺杂的聚苯胺纳米复合物及其应用

摘要

一种Fe(Ⅲ)和Cu(Ⅱ)掺杂的聚苯胺纳米复合物及其应用,属于功能材料技术领域，具体涉及一种过渡金属离子掺杂的聚苯胺纳米复合物，该复合物具有良好的光热转化、核磁造影和化疗性能，可以作为肿瘤的无损诊疗试剂，对肿瘤进行核磁成像检测和热化疗。通过简单的一步反应制备了铜(Ⅱ)和铁(Ⅲ)掺杂的聚苯胺纳米粒子，我们将功能性的铜和铁的金属离子负载于具有良好生物兼容性的聚苯胺中后，其共轭结构能级发生改变，使得聚苯胺在近红外光区的消光能力大幅增加，光热转化性能大幅增强；并且负载金属离子后的聚苯胺纳米粒子具有良好的核磁成像造影功能；基于配位作用的金属掺杂结构还可以在刺激响应环境下释放金属离子，利用金属离子的毒性产生化疗作用。

说明书

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种过渡金属离子掺杂的聚苯胺纳米 复合物，该复合物具有良好的光热转化、核磁造影和化疗性能，可以作为肿瘤的无 损诊疗试剂，对肿瘤进行核磁成像检测和热化疗。

背景技术

纳米技术在肿瘤的无损诊疗中已经展现了诱人的前景，推动着新的诊疗方法学 的建立。最近两三年内，基于纳米复合材料的肿瘤诊疗平台被大量的研究发展，通 过不同功能基元的整合，构筑成具备识别、示踪、标记、成像、载药以及治疗的多 功能诊疗试剂，并在一定程度上都取得了良好的诊疗效果，然而这些功能模块的自 身的制备就需要一定的精细工艺，对多模块的整合更是十分复杂的，因而通常基于 复合物的诊疗试剂都需要经过复杂的多步制备工艺，使得复合材料的制备只能停留 在实验室制备的规模上。

发明内容

本发明的目的就是提供一种简单方法制备的多功能诊疗用途的金属离子掺杂的 聚苯胺纳米复合物，该复合物可以用于肿瘤的核磁成像检测和热化疗，而不破坏健 康组织器官。该纳米粒子整合了光热治疗、化疗、核磁成像造影等多功能一体，可 以用于肿瘤的无损诊疗。

为了简化制备工艺，降低多功能复合材料的制备成本，我们通过简单的一步反 应制备多功能复合诊疗试剂，我们将功能性的铜和铁的金属离子负载于具有良好生 物兼容性的聚苯胺中，改变了聚苯胺的共轭结构能级，使得聚苯胺在近红外光区的 消光能力大幅增加，光热转化性能大幅增强；并且负载金属离子后的聚苯胺纳米粒 子具有良好的核磁成像造影功能；基于配位作用的金属掺杂结构还可以在刺激响应 环境下释放金属离子，利用金属离子的毒性产生化疗作用。另外，这种铜和铁掺杂 的聚苯胺纳米粒子的制备工艺极其简单，只需要在室温搅拌条件下按照顺序加入反 应原料即可在2-24小时内大量的制备获得多功能的复合材料，适用于大规模的工业 化生产。

本发明采用胶体化学方法在水溶液中直接加入反应原料，通过氧化聚合反应制 备聚苯胺纳米粒子。通过控制氧化剂(三价铁盐)的用量来控制纳米粒子的形貌。 为了增加其诊疗性能，在合成过程中引入铜离子掺杂的结构，以此获得具有核磁成 像功能和热化疗性能的纳米复合物。

本发明采用的原料都是商业上可以直接买到的无机盐和聚合物单体，不需要进 一步处理，按照一定比例在水溶液中直接混合，室温下搅拌即可大量的制备并获得 纳米复合材料，实验操作简便，危险性小，并且具有良好的实验重复性。本发明所 述方法可适用于制备不同金属离子掺杂量和形貌的聚苯胺纳米复合物，只需要对金 属盐的投入量进行控制即可。

本发明所述的一种兼具核磁成像和热化疗一体的诊疗试剂——一种Fe(Ⅲ)和 Cu(Ⅱ)掺杂的聚苯胺纳米复合物，其由如下步骤制备得到：

(1)首先，在水中溶解苯胺单体，再加入铜盐和三价铁盐，搅拌均匀后室温下 反应2-24小时，溶液颜色由淡黄色转变为深黑色；

(2)将步骤(1)所得纳米粒子溶液离心，分离出掺杂了铜离子和铁离子的聚 苯胺纳米复合材料，即为本发明所述的具有核磁成像功能和热化疗性能的诊疗一体 试剂。

在上述反应体系中，苯胺单体、铜盐和铁盐的摩尔比为1：6-10：0-2。

本发明中使用的铜盐为氯化铜、硝酸铜、硫酸铜等；铁盐为三氯化铁、硝酸铁、 硫酸铁等，均可以从商业渠道得到；另外，苯胺单体也是商业上可直接购买的，不 需要进一步处理。

本发明制备的Fe(Ⅲ)和Cu(Ⅱ)掺杂的聚苯胺纳米复合物具有良好的光热转化、 核磁造影和化疗性能，可以作为肿瘤的无损诊疗试剂，对肿瘤进行核磁成像检测和 热化疗。

本发明中，复合材料的诊断性能来自于核磁成像造影增强性能，用于掺杂的金 属离子铜和铁都具备在磁场下缩短质子的纵向弛豫时间(T1)的能力，因此掺杂后 的复合材料也具备缩短T1的能力，因而可以作为核磁成像造影增强试剂，用于肿瘤 的检测。复合材料的热化疗来源于光热治疗和化疗的结合，其中光热治疗来源于具 有光热转化性能的聚苯胺，经过铜离子掺杂后聚苯胺的光热转化性能获得进一步增 强；其次是化疗功能，化疗来源于带有毒性的铜离子在有机体内的刺激响应释放， 从而能够抑制肿瘤的生长，所以在外部近红外激光(650-980nm)的照射下复合材料 能够对肿瘤进行热化疗。

附图说明

图1：实施例1所述将苯胺单体、氯化铁、氯化铜按照摩尔比1：8：2在水中 溶解，控制苯胺单体浓度为4.17mmol/L，经过室温24小时搅拌，溶液经过8800r/min 的转速离心10min富集，得到掺杂铜和铁的梭形聚苯胺纳米粒子(a)透射电镜照 片，(b)紫外光谱。复合物在808nm处的摩尔吸收系数为234.7mol^-1L·cm^-1(按照 苯胺单体浓度计算)，铜离子负载量约为11.1％。

图2：实施例2所述将苯胺单体、氯化铁、氯化铜按照摩尔比1：8：1在水中 溶解，控制单体浓度为4.17mmol/L，经过室温24小时搅拌，溶液经过8800r/min 的转速离心10min富集，得到掺杂铜和铁的梭形聚苯胺纳米粒子(a)透射电镜照 片，(b)紫外光谱。复合物在808nm处的摩尔吸收系数为216.1mol^-1L·cm^-1(按照 苯胺单体浓度计算)，铜离子负载量约为7.7％。

图3：实施例3所述将苯胺单体、氯化铁、氯化铜按照摩尔比1：8：0.1在水 中溶解，控制单体浓度为4.17mmol/L，经过室温24小时搅拌，溶液经过8800r/min 的转速离心10min富集，得到掺杂铜和铁的梭形聚苯胺纳米粒子(a)透射电镜照 片，(b)紫外光谱。复合物在808nm处的摩尔吸收系数为178.5mol^-1L·cm^-1(按照 苯胺单体浓度计算)，铜离子负载量约为2.3％。

图4：实施例4所述将苯胺单体、氯化铁、氯化铜按照摩尔比1：8：0在水中 溶解，控制单体浓度为4.17mmol/L，经过室温24小时搅拌，溶液经过8800r/min 的转速离心10min富集，得到只有铁掺杂的梭形聚苯胺纳米粒子(a)透射电镜照 片，(b)紫外光谱。复合物在808nm处的摩尔吸收系数为152.8mol^-1L·cm^-1(按照 苯胺单体浓度计算)，铁离子负载量约为16.1％。

图5：实施例5所述将苯胺单体、氯化铁、氯化铜按照摩尔比1：8：2在水中 溶解，控制单体浓度为4.17mmol/L，经过室温2小时搅拌，溶液经过18800r/min 的转速离心25min富集，得到掺杂铜和铁的点状聚苯胺纳米粒子(a)透射电镜照 片，(b)紫外光谱。复合物在808nm处的摩尔吸收系数为137.4mol^-1L·cm^-1(按照 苯胺单体浓度计算)，铜离子负载量约为11.1％。

图6：实施例6所述将苯胺单体、氯化铁、氯化铜按照摩尔比1：8：2在水中 溶解，控制单体浓度为4.17mmol/L，经过室温4小时搅拌，溶液经过18800r/min 的转速离心25min富集，得到掺杂铜和铁的纤维状聚苯胺纳米粒子(a)透射电镜 照片，(b)紫外光谱。复合物在808nm处的摩尔吸收系数为169.4mol^-1L·cm^-1(按 照苯胺单体浓度计算)，铜离子负载量约为11.1％。

图7：实施例7所述将苯胺单体、氯化铁、氯化铜按照摩尔比1：8：2在水中 溶解，控制单体浓度为4.17mmol/L，经过室温6小时搅拌，溶液经过18800r/min 的转速离心25min富集，得到掺杂铜和铁的成束纤维状聚苯胺纳米粒子(a)透射 电镜照片，(b)紫外光谱。复合物在808nm处的摩尔吸收系数为198.7mol^-1L·cm^-1(按 照苯胺单体浓度计算)，铜离子负载量约为11.1％。

图8：实施例8所述将苯胺单体、氯化铁、氯化铜按照摩尔比1：2：2在水中 溶解，控制单体浓度为4.17mmol/L，经过室温24小时搅拌，溶液经过18800r/min 的转速离心25min富集，得到掺杂铜和铁的梭形聚苯胺纳米粒子(a)透射电镜照 片，(b)紫外光谱。复合物在808nm处的摩尔吸收系数为60.1mol^-1L·cm^-1(按照苯 胺单体浓度计算)，铜离子负载量约为13.6％。

图9：实施例9所述将苯胺单体、氯化铁、氯化铜按照摩尔比1：4：2在水中 溶解，控制单体浓度为4.17mmol/L，经过室温24小时搅拌，溶液经过18800r/min 的转速离心25min富集，得到掺杂铜和铁的梭形聚苯胺纳米粒子(a)透射电镜照 片，(b)紫外光谱。复合物在808nm处的摩尔吸收系数为106.5mol^-1L·cm^-1(按照 苯胺单体浓度计算)，铜离子负载量约为12.4％。

图10：实施例10所述将苯胺单体、氯化铁、氯化铜按照摩尔比1：8：2在水 中溶解，控制单体浓度为4.17mmol/L，经过室温24小时搅拌，经过离心富集得到 掺杂铜和铁的梭形聚苯胺纳米粒子，调节聚苯胺纳米粒子在水溶液浓度从0-750 μg/mL，并放置于1.5T的磁场下得到T1加权的核磁成像照片。纳米粒子溶液造影 能力随着浓度增加而增加。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的阐述，而不是要以此对本发明进行限制。

实施例1

在12mL水中加入0.05mmol苯胺单体，充分溶解后再加入0.4mmol三氯化 铁和0.1mmol氯化铜，在室温下搅拌24小时，溶液经过8800r/min的转速离心 10min富集，得到掺杂铜和铁的梭形聚苯胺纳米粒子，产物质量约为1.9±0.2mg。

实施例2

在12mL水中加入0.05mmol苯胺单体，充分溶解后再加入0.4mmol三氯化 铁和0.05mmol氯化铜，在室温下搅拌24小时，溶液经过8800r/min的转速离心 10min富集，得到掺杂铜和铁的梭形聚苯胺纳米粒子，产物质量约为1.8±0.2mg。

实施例3

在12mL水中加入0.05mmol苯胺单体，充分溶解后再加入0.4mmol三氯化 铁和0.005mmol氯化铜，在室温下搅拌24小时，溶液经过8800r/min的转速离心 10min富集，得到掺杂铜和铁的梭形聚苯胺纳米粒子，产物质量约为1.6±0.2mg。

实施例4

在12mL水中加入0.05mmol苯胺单体，充分溶解后再加入0.4mmol三氯化 铁，在室温下搅拌24小时，溶液经过8800r/min的转速离心10min富集，得到只 掺杂了铁的梭形聚苯胺纳米粒子，产物质量约为1.5±0.2mg。

实施例5

在12mL水中加入0.05mmol苯胺单体，充分溶解后再加入0.4mmol三氯化 铁和0.1mmol氯化铜，在室温下搅拌2小时，溶液经过18800r/min的转速离心 25min富集，得到掺杂铜和铁的点状聚苯胺纳米粒子，产物质量约为0.7±0.2mg。

实施例6

在12mL水中加入0.05mmol苯胺单体，充分溶解后再加入0.4mmol三氯化 铁和0.1mmol氯化铜，在室温下搅拌4小时，溶液经过18800r/min的转速离心 25min富集，得到掺杂铜和铁的纤维状聚苯胺纳米粒子，产物质量约为1.3±0.2mg。

实施例7

在12mL水中加入0.05mmol苯胺单体，充分溶解后再加入0.4mmol三氯化 铁和0.1mmol氯化铜，在室温下搅拌6小时，溶液经过18800r/min的转速离心 25min富集，得到掺杂铜和铁的成束纤维状聚苯胺纳米粒子，产物质量约为1.5± 0.2mg。

实施例8

在12mL水中加入0.05mmol苯胺单体，充分溶解后再加入0.1mmol三氯化 铁和0.1mmol氯化铜，在室温下搅拌24小时，溶液经过18800r/min的转速离心 25min富集，得到掺杂铜和铁的点状聚苯胺纳米粒子，产物质量约为0.3±0.2mg。

实施例9

在12mL水中加入0.05mmol苯胺单体，充分溶解后再加入0.2mmol三氯化 铁和0.1mmol氯化铜，在室温下搅拌24小时，溶液经过18800r/min的转速离心 25min富集，得到掺杂铜和铁的纤维状聚苯胺纳米粒子，产物质量约为0.5±0.2mg。

实施例10

在12mL水中加入0.05mmol苯胺单体，充分溶解后再加入0.4mmol三氯化 铁和0.1mmol氯化铜，在室温下搅拌24小时，溶液经过8800r/min的转速离心 10min富集，得到掺杂铜和铁的梭形聚苯胺纳米粒子。调节纳米粒子在水溶液中的 浓度从0-750μg/mL，并放置于1.5T的磁场下得到T1加权的核磁成像照片。