一种光热转化材料及其制备方法与应用

本发明属于生物材料，涉及一种光热转化材料及其制备方法与应用。背景技术：1、癌症是当今世界危害人类健康的主要疾病之一，目前，癌症的发病率和死亡率仍在逐年增加，并呈现年轻化的趋势。在这样严峻的形势下，肿瘤的早期诊断以及精准治疗具有重要的意义。现阶段针对肿瘤的主要治疗手段主要有化疗、手术、放疗、光疗等。其中，近红外光热治疗肿瘤是利用具有较高光热转换效率的材料，将其注射入生物体内部，利用靶向性识别技术聚集在肿瘤组织附近，并在外部近红外光源的照射下将光能转化为热能来杀死癌细胞的一种治疗方法。与传统的治疗方法相比，近红外光源具有较强的组织穿透能力，对非照射部位无毒副作用，通过特异性刺激，可定点清除病灶，降低手术治疗对患者带来的痛苦。2、在实施光热治疗时，有效温度至关重要，通常需要达到45℃以上以确保肿瘤细胞遭受不可逆的热损伤和凋亡，但过高的温度也会对正常组织造成热损伤。然而，维持这一平衡温度颇具挑战性，因为它涉及到多个复杂变量的精密调控。光照功率是决定升温速率和最终温度的关键因素之一，过高会导致瞬时温度过高，不仅可能导致健康组织受损，还可能由于热效应扩散至非目标区域而影响治疗效果。光照时间同样重要，长时间的照射虽然可以积累足够的热量来杀死深部的肿瘤细胞，但也可能增加临近正常组织过热的风险。此外，肿瘤的位置与深度对热传导效率产生直接影响，深度较深的肿瘤需要更高效的光热转换剂和更强穿透力的光源来传递足够热量。光热材料在肿瘤部位的富集程度也是影响局部温度的重要因素。也正是因为光热治疗的平衡温度受到光照的功率和时间、肿瘤的深度、材料的富集程度的影响，在实际操作中，往往难以精确地调控病灶区域的温度。技术实现思路1、为解决现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种光热转化材料及其制备方法与应用，以克服现有技术的不足。2、本发明的一个目的通过以下技术方案来实现：3、一种光热转化材料，所述光热转化材料为金纳米组装结构，所述金纳米组装结构由巯基修饰的寡核苷酸对金纳米材料进行定向组装形成。4、优选地，巯基修饰的寡核苷酸诱导金纳米材料之间的等离子体耦合，使得金纳米组装结构在近红外波段的吸收强度高于金纳米材料的吸收强度；而当光热温度超过巯基修饰的寡核苷酸的熔点时，金纳米组装结构解体，近红外波段的吸收强度下降。5、进一步地，当光热温度超过巯基修饰的寡核苷酸的熔点时，金纳米组装结构解体，近红外波段的吸收强度下降至金纳米材料的吸收强度。6、巯基修饰的寡核苷酸的熔点指的是，在热变性过程中，双链dna分子开始从其稳定的双螺旋结构转变为两条单链dna时所需的温度。7、该光热转化材料以金纳米材料作为母体，利用末端修饰巯基的寡核苷酸之间进行定向组装。金纳米材料通过特异性互补的寡核苷酸桥接，金纳米材料之间的间距缩小到一定程度，可以引起局域表面等离子体共振耦合现象，使得近红外波段的吸收显著增强，从而用于肿瘤的光热治疗。当光热转化的温度超过巯基修饰的寡核苷酸的熔点时，金纳米组装结构逐渐解体引起近红外波段吸收的减弱，抑制温度进一步升高，光热温度最终以动态的方式平衡在寡核苷酸的熔点处。通过对自组装结构近红外波段吸收进行精准调控，将寡核苷酸序列的熔点与光热治疗的目标温度耦合，可实现智能控温的光热治疗，以最小的副作用对肿瘤进行有效的光热治疗。8、优选地，所述金纳米材料为金纳米颗粒和/或金纳米棒。9、优选地，金纳米颗粒的尺寸为5～100nm。进一步优选为10～80nm。10、优选地，金纳米棒的直径为5～100nm，进一步优选为10～80nm，长径比为1～10：1。11、本发明的另一个目的通过以下技术方案来实现：12、一种光热转化材料的制备方法，包括以下步骤：13、(1)在金纳米材料水分散液中加入第一巯基修饰的寡核苷酸，得到表面嫁接寡核苷酸的金纳米材料；14、(2)在金纳米材料水分散液中加入第二巯基修饰的寡核苷酸，得到表面嫁接互补寡核苷酸的金纳米材料，其中，第二巯基修饰的寡核苷酸的核苷酸序列与第一巯基修饰的寡核苷酸的核苷酸序列互补；15、(3)将表面嫁接寡核苷酸的金纳米材料和表面嫁接互补寡核苷酸的金纳米材料混合，加入无机盐溶液，升温反应后退火至室温得到金纳米组装结构。16、优选地，所述金纳米材料为金纳米颗粒和/或金纳米棒。金纳米颗粒和金纳米棒的制备方法不作特别限制，只要能制备得到金纳米颗粒或金纳米棒的方法都在本发明的保护范围内。17、优选地，第一巯基修饰的寡核苷酸或第二巯基修饰的寡核苷酸中，巯基修饰在寡核苷酸的末端，寡核苷酸的长度为5～80nt。即寡核苷酸由5至80个核苷酸单元组成。进一步优选，寡核苷酸的长度为10～40nt。18、优选地，第一巯基修饰的寡核苷酸或第二巯基修饰的寡核苷酸与金纳米材料(以金的摩尔量计算)的摩尔比为10:1～15000:1。进一步优选为50～10000:1。19、优选地，当金纳米材料为金纳米颗粒时，在金纳米材料水分散液中加入第一巯基修饰的寡核苷酸或第二巯基修饰的寡核苷酸后，静置0.2～20小时；进一步优选为0.5～10小时；20、当金纳米材料为金纳米棒时，在金纳米材料水分散液中加入第一巯基修饰的寡核苷酸或第二巯基修饰的寡核苷酸后，在-5～-40℃下冷冻0.2～10小时；进一步优选在-10～-30℃下冷冻0.5～5小时。21、优选地，表面嫁接寡核苷酸的金纳米材料和表面嫁接互补寡核苷酸的金纳米材料(以金的摩尔量计算)的摩尔比为0.1：1～5：1。进一步优选为1:1。22、优选地，无机盐包括但不限于氯化钠、氯化钾、溴化钾、溴化钠、氯化镁等中的一种或多种。23、优选地，无机盐溶液的浓度为1～1000mm。24、优选地，升温反应的温度为50～85℃，升温反应的时间为0.5～20min。25、本发明的第三个目的通过以下技术方案来实现：26、上述光热转化材料在制备肿瘤细胞单模态或多模态诊疗药物中的应用。27、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：28、1、本发明通过设计并制备基于巯基修饰的寡核苷酸组装金纳米材料形成的金纳米组装结构，该金纳米组装结构在近红外波段的表面等离子体共振(spr)吸收特性随长径比、尺寸可调；并利用巯基基团与金纳米材料具有良好亲和力的分子进行自组装，实现了等离子体耦合效应，显著增强了近红外区域的spr吸收，从而提高了光热转换效率。29、2、本发明的金纳米组装结构利用类似球形核酸的结构特点，相比于一般的线性dna，具有更狭窄且精确的熔化温度区间，仅为2-8℃，远小于线性dna约20℃的熔点范围，使得对“光热响应”温度的调控更为精准。30、3、当环境温度即接近或超过寡核苷酸熔点时，自组装结构会逐渐解体，导致近红外吸收减弱，形成一种动态平衡机制，有效限制了光热温度的过度升高，降低了热休克蛋白可能带来的不利影响，实现对实际治疗温度的精准控制。31、4、因所述光热转化材料在近红外波段存在吸收，因此可以通过光声成像技术，能够实时监测该光热转化材料在动物模型中的分布情况，提高治疗过程的可视化和可控性。32、5、金纳米组装结构中寡核苷酸对金纳米材料的包覆不仅增强了近红外吸收性能，还极大提升了整体材料的生物相容性和细胞渗透性，细胞毒性实验结果显示，该金纳米组装结构对人体细胞几乎无毒副作用。33、6、相对于现有技术，本发明提供的光热转化材料能更有效地针对肿瘤组织进行精准控温的光热治疗，既确保了治疗的有效性，又最大限度地减少了对正常组织的损伤和潜在的副作用，为临床应用提供了安全、高效的新型光热治疗方案。