一种Mn-In2S3/InOOH纳米颗粒及制备方法与应用
一种mn-in2s3/inooh纳米颗粒及制备方法与应用
技术领域
1.本发明属于生物纳米材料领域，尤其涉及一种mn-in2s3/inooh纳米颗粒及制备方法与应用。
背景技术：
2.恶性肿瘤仍然是威胁人类健康的最致命的疾病之一。在过去的几十年里，由于ros介导的肿瘤方式的微创性、时空可控性和靶向性并在特定位置被激活等特点，该方式被广泛用于肿瘤制剂的研发。其中，超声动力(sdt)作为一种新型的无创手段在肿瘤中显示了巨大的潜力。超声作为一种典型的无创照射源，其组织衰减效率较低，而且可以穿透更深的身体组织，且没有明显的能量损失，除此之外，超声可以时空控制声敏剂的激活，从而保证了sdt在上的生物安全性。sdt通过超声的空化效应诱导气泡破裂，在气泡破裂过程中产生的高温高压可以诱导声致发光和热解等现象，从而激活肿瘤部位特异性积累的声敏剂产生ros造成肿瘤细胞内部的氧化应激杀死细胞，引起肿瘤消融。在sdt的过程中，声敏剂的存在以及其效率高低起着至关重要的作用。在过去几十年的研究中，有关有机和无机声敏剂的研究已经大大增加。传统的有机声敏剂(如叶绿素衍生物、atx-70、卟啉等)具有疏水性、低的生物利用度、皮肤敏感型较高等特点，这大大限制了其应用。相比而言，无机声敏剂由于其独特的理化性质、内在的生物效应、高的稳定性和低的光敏度等特性，在生物医学领域表现出了广泛的应用前景。而其中，由于超声的声致发光特性，各类半导体材料被越来越多地研究用于超声动力。在超声辐照下，半导体材料可以吸收超声波的能量引起价带上电子的跃迁，产生活化电子和空穴，从而与环境中的反应物发生氧化还原反应生成活性氧物种。而电子空穴的复合在这个过程中是我们不希望发生的反应。为了促进电子空穴的分离，提高量子产率，异质结的设计以及金属离子的掺杂是合理且有效的途径。
3.因此，在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：声敏剂的种类较少、声敏剂结构设计不佳以及声动力效率低下等问题。
技术实现要素：
4.本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种mn-in2s3/inooh纳米颗粒及制备方法与应用，以解决相关技术中存在的声敏剂种类较少、声敏剂结构设计不佳以及声动力效率低下的问题。
5.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种mn-in2s3/inooh纳米颗粒的制备方法，包括：
6.将mncl2·
4h2o、in(no3)3加至水中，超声分散，得到mn和in源溶液；
7.将na2s加至水中，超声分散，得到na2s溶液；
8.将mn和in源溶液滴加至na2s溶液中，形成均匀淡黄溶液；
9.将稀硝酸溶液滴加至上述淡黄溶液中，调ph至3以下，得到还未形成稳定颗粒的
mn-in2s3/inooh前驱体溶液；
10.将还未形成稳定颗粒的mn-in2s3/inooh前驱体溶液转移至水热反应釜中反应，反应后离心洗涤，得到mn-in2s3/inooh溶液。
11.优选地，所述mn和in源溶液中，mncl2·
4h2o的浓度为0-3.5mg/ml，in(no3)3的浓度为12-24mm。
12.优选地，所述na2s溶液中，na2s的浓度为30-60mm。
13.优选地，将mn和in源前驱体溶液滴加至na2s前驱体溶液中，滴加速度为0.5-2ml/min。
14.优选地，ph调至2.6-3。
15.优选地，所述水热反应釜中反应的反应温度为180℃，反应时间为12-24h。
16.优选地，所述的mn-in2s3/inooh纳米颗粒，粒径为10-30nm，形状不规则，分散性稳定性良好。
17.本发明还提供了一种由所述的制备方法制备得到的mn-in2s3/inooh纳米颗粒。
18.本发明还提供了一种所述的mn-in2s3/inooh纳米颗粒在制备声动力制剂中的应用。
19.本发明的有益效果：本发明通过一步水热法将in2s3与inooh配伍起来形成异质结，并在这个过程中将金属离子mn掺杂进复合材料里面，有利于材料在声动力过程中对超声的吸收，且促进了电子空穴的分离，极大程度上提高了声动力的效率，达到了好的肿瘤抑制效果。
20.本发明通过一步水热法合成了mn-in2s3/inooh纳米颗粒。本发明中的mn-in2s3/inooh纳米颗粒中，异质结的形成促进了复合材料对超声波的吸收。在超声波辐照下，in2s3和inooh均能吸收超声波实现电子从价带到导带的跃迁，由于异质结的形成以及in2s3和inooh不同的费米能级，根据能量最低原理，in2s3导带上的电子会向inooh的导带上迁移；inooh价带上的空穴会向in2s3的价带上迁移，由此促进了电子空穴的分离，提高了量子产率。另外，金属离子mn的掺杂能够在in2s3和inooh的导带附近形成缺陷能级，从而在活化电子向价带上跃迁的过程中，捕获活化电子，从而进一步减少电子空穴的复合，促进电子空穴的分离。活化的电子可以与表面吸附的o2发生还原反应，产生有毒的o2·-和1o2，从而杀死肿瘤细胞。这样的设计验证了mn-in2s3/inooh作为声敏剂的可行性，为异质结和金属离子掺杂在肿瘤领域的应用提供了指导意义。在本发明中，通过一步水热法合成mn掺杂的in2s3/inooh异质结构，实现了高效的声动力手段。迄今为止，本领域尚未开发出一种基于mn-in2s3/inooh纳米颗粒的声动力手段。而本发明则填补了这一空白。本发明的制备方法简单，分散性稳定性良好，具有较大应用前景。
附图说明
21.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本技术的实施例，并与说明书一起用于解释本技术的原理。
22.图1为本发明中不同mn掺杂浓度的in2s3/inooh纳米颗粒的透射电镜图，(a)为无掺杂图，(b)为1％掺杂图，(c)为5％掺杂图；
23.图2为本发明中不同mn掺杂浓度的in2s3/inooh纳米颗粒的xrd图；
24.图3为本发明中不同mn掺杂浓度的in2s3/inooh纳米颗粒在不同超声辐照时间后对dpbf的降解图，(a)为control(dpbf本身)图，(b)为无掺杂图，(c)为1％掺杂图，(d)为5％掺杂图；
25.图4为本发明中不同材料对dpbf的降解百分比图；
26.图5为本发明中不同材料的固体漫反射光谱图，(a)为固体漫反射光谱图，(b)为固体漫反射转换曲线图；
27.图6为本发明中不同材料的交流阻抗谱图；
28.图7为本发明中不同材料培养24h后的细胞毒性图；
29.图8为本发明中不同组别下的流式细胞仪凋亡检测图；
30.图9为本发明中不同组别下的ros水平图，(a)为ros荧光照片图，(b)为流式细胞仪ros水平检测图。
具体实施方式
31.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本技术的一些方面相一致的装置和方法的例子。
32.在本技术使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本技术。在本技术和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
33.下面结合附图和具体实例对本发明作进一步的说明。
34.应理解为以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述实例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
35.实施例1
36.一种mn-in2s3/inooh纳米颗粒的制备方法，可以包括以下步骤：
37.步骤(1)，将mncl
2 4h2o、in(no3)3加入至超纯水中，超声分散，得到mn和in源溶液；
38.具体地，称取3.5mg的mncl2·
4h2o和72mg的in(no3)3(24mm)，溶于10ml的超纯水中，超声清洗仪分散10min后得到均一澄清透明的溶液。
39.步骤(2)，将na2s加入至超纯水中，超声分散，得到na2s溶液；
40.具体地，称取144mg的na2s，溶于10ml的超纯水中，超声清洗仪分散10min后得到均一澄清透明的溶液。
41.步骤(3)，将mn和in源溶液滴加至na2s溶液中，形成均匀淡黄溶液；
42.具体地，将mn和in源混合后地均一透明澄清溶液缓慢滴加至na2s溶液中，滴加速度为2ml/min，搅拌均匀，形成淡黄溶液。
43.步骤(4)，将稀硝酸溶液滴加至上述淡黄溶液中，调ph至3以下，得到mn-in2s3/
inooh前驱体溶液；
44.具体地，将稀硝酸(10％wt浓硝酸)缓慢滴加至上述混合溶液中，用ph计检测溶液实时ph变化。调节溶液ph至2.67，后继续室温下搅拌10min，得到mn-in2s3/inooh前驱体溶液。
45.步骤(5)，将mn-in2s3/inooh前驱体溶液转移至水热反应釜中反应，反应后离心洗涤，得到mn-in2s3/inooh溶液；
46.具体地，将所得到的溶液转移至50ml容积的水热反应釜中密封，将反应釜置于180℃烘箱中反应12h，自然冷却至室温后离心洗涤3-4次，洗涤后得到mn-in2s3/inooh纳米颗粒(1-miso)。反应完毕后的固液分离，使用的是12000rpm高速离心，时间为8min。所述的洗涤方式是使用超纯水进行洗涤的，洗涤后的产物重新分散在超纯水中。
47.实施例2
48.一种mn-in2s3/inooh纳米颗粒的制备方法，可以包括以下步骤：
49.步骤(1)，将mncl
2 4h2o、in(no3)3加入至超纯水中，超声分散，得到mn和in源溶液；
50.具体地，称取17.5mg的mncl2·
4h2o和72mg的in(no3)3(24mm)，溶于10ml的超纯水中，超声清洗仪分散10min后得到均一澄清透明的溶液。
51.步骤(2)，将na2s加入至超纯水中，超声分散，得到na2s溶液；
52.具体地，称取144mg的na2s，溶于10ml的超纯水中，超声清洗仪分散10min后得到均一澄清透明的溶液。
53.步骤(3)，将mn和in源溶液滴加至na2s前驱体溶液中，形成均匀淡黄溶液；
54.具体地，将mn和in源混合后地均一透明澄清溶液缓慢滴加至na2s溶液中，滴加速度为2ml/min，搅拌均匀，形成淡黄溶液。
55.步骤(4)，将稀硝酸溶液滴加至上述淡黄溶液中，调ph至3以下，得到mn-in2s3/inooh前驱体溶液；
56.具体地，将稀硝酸(10％wt浓硝酸)缓慢滴加至上述混合溶液中，用ph计检测溶液实时ph变化。调节溶液ph至2.67，后继续室温下搅拌10min，得到mn-in2s3/inooh前驱体溶液。
57.步骤(5)，将mn-in2s3/inooh前驱体溶液转移至水热反应釜中反应，反应后离心洗涤，得到mn-in2s3/inooh溶液；
58.具体地，将所得到地溶液转移至50ml容积的水热反应釜中密封，将反应釜置于180℃烘箱中反应12h，自然冷却至室温后离心洗涤3-4次，洗涤后得到mn-in2s3/inooh纳米颗粒(5-miso)。反应完毕后的固液分离，使用的是12000rpm高速离心，时间为8min。所述的洗涤方式是使用超纯水进行洗涤的，洗涤后的产物重新分散在超纯水中。
59.实施例3
60.一种in2s3/inooh纳米颗粒的制备方法，可以包括以下步骤：
61.步骤(1)，将in(no3)3加入至超纯水中，超声分散，得到in源溶液；
62.具体地，称取72mg的in(no3)3(24mm)，溶于10ml的超纯水中，超声清洗仪分散10min后得到均一澄清透明的溶液。
63.步骤(2)，将na2s加入至超纯水中，超声分散，得到na2s溶液；
64.具体地，称取144mg的na2s，溶于10ml的超纯水中，超声清洗仪分散10min后得到均
一澄清透明的溶液。
65.步骤(3)，将in源溶液滴加至na2s前驱体溶液中，形成均匀淡黄溶液；
66.具体地，将in源混合后地均一透明澄清溶液缓慢滴加至na2s溶液中，滴加速度为2ml/min，搅拌均匀，形成淡黄溶液。
67.步骤(4)，将稀硝酸溶液滴加至上述淡黄溶液中，调ph至3以下，得到in2s3/inooh前驱体溶液；
68.具体地，将稀硝酸(10％wt浓硝酸)缓慢滴加至上述混合溶液中，用ph计检测溶液实时ph变化。调节溶液ph至2.67，后继续室温下搅拌10min，得到in2s3/inooh前驱体溶液。
69.步骤(5)，将in2s3/inooh前驱体溶液转移至水热反应釜中反应，反应后离心洗涤，得到in2s3/inooh溶液；
70.具体地，将所得到地溶液转移至50ml容积的水热反应釜中密封，将反应釜置于180℃烘箱中反应12h，自然冷却至室温后离心洗涤3-4次，洗涤后得到in2s3/inooh纳米颗粒(0-miso)。反应完毕后的固液分离，使用的是12000rpm高速离心，时间为8min。所述的洗涤方式是使用超纯水进行洗涤的，洗涤后的产物重新分散在超纯水中。
71.实施例4
72.本实施例与实施例1的区别在于将步骤(1)中加入36mg的in(no3)3(12mm)得到mn和in源溶液；将步骤(2)中加入72mg的na2s(30mm)得到na2s溶液。
73.实施例5
74.本实施例与实施例1的区别在于步骤(3)中滴加速度为0.5ml/min。
75.实施例6
76.本实施例与实施例1的区别在于步骤(4)中将稀硝酸溶液滴加至上述淡黄溶液中，调ph至3.0，得到in2s3/inooh前驱体溶液。
77.实施例7
78.本实施例与实施例1的区别在于步骤(5)中水热反应中，反应时间为24h。
79.mn-in2s3/inooh纳米颗粒通过一步水热法制备。图1中的(a)图、(b)图、(c)图分别是不同mn掺杂浓度的in2s3/inooh纳米颗粒的透射电镜图片，可以看出，不同的掺杂浓度并不改变纳米颗粒的形貌，尺寸均为20nm左右，形状不规则。
80.图2为不同mn浓度掺杂的in2s3/inooh纳米颗粒的xrd图谱。可以看出，成功合成了in2s3/inooh纳米颗粒，其晶相为四方结构的β-in2s3(jcpds 25-0390)和inooh相(jcpds17-0549)，且结晶状况良好；所述jcpds 25-0390为pdf卡片编号。除此之外可以看出，mn的掺杂影响了复合材料中in2s3和inooh的比例，较少的mn掺杂(1-miso)相对于无掺杂的纳米颗粒(0-miso)，有na
0.6
mno2相出现(jcpds 69-0060)，较多的mn掺杂(5-miso)中in2s3的比例降低，且在22.26
°
处出现明显in(oh)3相的峰(jcpds 01-85-1338)。
81.实施例8
82.本实施例提供一种上述实施例制备得到的mn-in2s3/inooh纳米颗粒在肿瘤声动力中的应用。
83.该应用包括：在超声波辐照下，in2s3和inooh均能吸收超声波(us)实现电子从价带到导带的跃迁，由于异质结的形成以及in2s3和inooh不同的费米能级，根据能量最低原理，in2s3导带上的电子会向inooh的导带上迁移；inooh价带上的空穴会向in2s3的价带上迁移，
由此促进了电子空穴的分离，提高了量子产率。另外，金属离子mn的掺杂能够在in2s3和inooh的导带附近形成缺陷能级，从而在活化电子向价带上跃迁的过程中，捕获活化电子，从而进一步减少电子空穴的复合，促进电子空穴的分离。活化的电子可以与表面吸附的o2发生还原反应，产生有毒的o2·-和1o2，从而杀死肿瘤细胞。
84.以下实施例对实施例1、2、3中的miso纳米颗粒进行性能表征。
85.实施例9
86.采用典型的ros检测探针dpbf来检测超声辐照下的miso纳米颗粒的ros生成能力。声动力过程中产生的活性氧(ros，包括o2·-，1o2等)可以降解dpbf，使dpbf在415nm处的特征吸收峰降低。将100μl的dpbf(2mm)加入至3ml的miso水醇混合溶液(50μg/ml)中，然后将混合物在黑暗中暴露于超声(1.0mhz,1.0w/cm2)下，用紫外可见光谱检测不同辐照时间下的吸光度变化(每两分钟)。
87.图3所示为不同mn掺杂浓度的in2s3/inooh纳米颗粒对dpbf的声动力降解曲线。可以看出，miso在超声辐照(us)下，能够有效的降解dpbf，这表明了miso的声动力特性。图4为不同材料对dpbf的降解百分比。可以发现，control，0-miso，1-miso，5-miso在10min内的降解百分比分别为16.68％，53.94％，100％和96.51％。其中1-miso表现了最强的声动力效率。这表明了in2s3/inooh的异质结对于超声动力有促进作用；mn的掺杂有利于提高in2s3/inooh的声动力效率。但是掺杂过多会降低其活性。
88.实施例10
89.为了科学地研究miso纳米颗粒性能不同的原因，本研究使用了固体漫反射光谱来计算不同mn掺杂浓度miso的带隙。
90.图5中的(a)图为miso地固体漫反射光谱，(b)图为根据图5(a)和tauc方程计算出的转换曲线。从图5(a)可以看出，mn掺杂有利于提高材料对超声波的吸收。从图5(b)可以计算出不同材料的带隙，可以发现，0-miso、1-miso、5-miso的带隙分别使3.72ev、2.677ev、3.2398ev。0-miso的带隙证实了异质结的形成有利于电子空穴的产生。而mn掺杂对带隙的影响意味着金属离子作为缺陷能级的作用。然而掺杂浓度一直提高并不能持续减小其带隙。同时，本研究还使用电化学阻抗谱(eis)来评估miso的电荷转移能力和载流子分离效率。图6表明了mn掺杂的纳米颗粒的eis nyquist图显示比0-miso更小的半圆，说明了其电荷转移电阻变小，mn掺杂可以诱导更高的电子空穴分离效率，进一步证实了金属离子mn掺杂作为缺陷能级可以捕获跃迁的电子并促进电子和空穴的分离的作用。因此，可以推测出其机理在于：首先，inooh具有3.75ev的带隙，in2s3具有2.12ev的带隙，两个半导体均可以在吸收超声能量的情况下引起电子和空穴的分离，两者的配伍可以使得在两者吸收超声能量下，引起各自电子从价带到导带的跃迁，由于in2s3和inooh费米能级的差异和能量最低原理，使得in2s3导带上的电子迁移至inooh的导带上，inooh价带上的空穴迁移至in2s3的价带上。另一方面，mn的掺杂使得in2s3和inooh导带附近存在缺陷能级，可以捕获电子空穴复合过程中的电子。异质结和掺杂两者协同作用较少了材料中的电子和空穴的复合，提高了量子产率。此外，我们期望被重新分配的活化电子能够驱动环境中存在的溶解氧分子的还原，产生有毒性的o2·-、1o2。
91.实施例11
92.本实验通过在细胞层面的杀伤作用来说明材料在肿瘤方面的应用。所用的细
胞是小鼠乳腺癌细胞(4t1)，使用的材料是1-miso。将4t1细胞与50μg/ml的1-miso共同培养，测定有无超声辐照下培养24h后的细胞存活率。如图7所示，超声本身和材料本身对细胞无杀伤作用，而4t1细胞在材料和超声共同作用下，4t1细胞存活率显著降低，表现了值得注意的声动力效率。
93.本实验也通过膜联蛋白v-异硫氰酸荧光素(annexin-ftic)和pi双重染原理，利用流式细胞仪对材料的声动力效果进行进一步验证。如图8所示，大多数细胞被miso+us处理杀死，这表明了超声辅助下的miso对细胞显示的高的超声毒性。其本身则具有很好的生物相容性。
94.通过氧化敏感探针2’,7
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二氯荧光素二乙酸酯(dcfh-da)来验证材料在细胞内生成ros的能力。该探针在ros的存在下可被氧化成二氯荧光素(dcf)，表现绿荧光。图9(a)为细胞被不同组别处理之后的荧光图像，可以发现miso+us处理后的细胞，表现增强的荧光，这证明了miso能够产生超声诱导的ros。而us本身和miso本身则未表现明显dcf荧光。图9(b)用流式细胞仪定量的测定了不同组处理后细胞内的ros水平，进一步印证了以上结论。
