一种铂纳米粒子/石墨烯量子点复合纳米材料及其

本技术涉及生物医药材料，尤其涉及一种铂纳米粒子/石墨烯量子点复合纳米材料及其制备方法和应用。背景技术：1、癌症是危害人类生命健康的全球性疾病，预计将取代心血管疾病成为全球第一大致死疾病。随着患癌率越来越高，人们对各类癌症早已不陌生。世界卫生组织国际癌症研究机构(iarc)发布了全球癌症负担数据，2021年全球新发癌症病例超过2000万例，癌症死亡病例达到1002万例，。癌症治疗方法包括手术、放疗、化疗、光动力治疗、光热治疗、磁热治疗、基因治疗和免疫治疗等。每种方法的适用范围不一样，各有优点和局限性，但是，由于癌细胞的易转移特性，通常的治疗方案中都会采用化疗药物。化疗是利用化学药物阻止癌细胞的增殖、浸润和转移，直至最终杀灭癌细胞的一种全身性治疗方式。2、近年来，铂纳米粒子(platinum nanoparticles,ptnps)的化疗作用受到广泛关注。在肿瘤特殊微环境下(如酸性偏高、过氧化氢浓度偏高等)，具有表面效应的高活性ptnps被氧化分解，释放出癌细胞毒性的离子铂或相关二价铂配合物，产生化疗作用，另一方面，在正常中性或弱碱性体液中，ptnps难以被氧化分解，而且通过肿瘤的增强渗透滞留效应(enhanced permeability and retention effect，epr)蓄集于肿瘤组织，从而呈现出相比于铂类分子药物更小的毒副作用。此外，ptnps是一种多功能抗肿瘤药物，还具有纳米酶、高能射线增敏、高效光热转换等特殊性能。所以，相对于临床常用的顺铂、奥沙利铂等铂类分子药物，具有化疗作用的ptnps表现出更低的毒副作用，对铂类分子药物耐药的一些肿瘤也表现出明显的抑制作用，ptnps化疗药物有望成为下一代铂类抗癌药物。3、ptnps化疗药物的临床应用仍然面临着巨大挑战,原因主要有:1)在稳定剂和还原剂(如硼氢化钠、水合肼、抗坏血酸等)存在下，通过直接湿法还原得到超细ptnps是广泛使用的一种合成方法，在合成过程中，稳定剂、还原剂、高价铂化合物、有机溶剂、反应副产物、以及毒素或细菌污染都可能是体内毒副作用的来源，导致纳米药物的纯化过程比较繁杂；2)静脉注射的纳米药物需经过体内血液循环、肿瘤蓄积、肿瘤内渗透、被癌细胞内吞和在胞内释放五步级联过程才能在肿瘤细胞内发挥药效，在肿瘤组织中渗透能力的缺失是大多数纳米药物的“短板”，它们在肿瘤的递送效率少于0.7％，主要原因是分散性和溶解性差；3)药物的物理化学稳定性、药理学、药代动力学、毒理学需要综合评估，以验证药物的有效性和安全性。由于以上原因，使大批量合成药效稳定的铂纳米药物难以实现，目前没有ptnps化疗药物进入临床试验和应用的相关报道。技术实现思路1、鉴于此，本技术提供了一种铂纳米粒子/石墨烯量子点复合纳米材料及其制备方法和应用；主要解决现有技术中具有化疗作用的铂纳米粒子难以批量合成、稳定性差、溶解性低等癌症临床治疗上的用药问题。2、一方面，本技术提供了一种铂纳米粒子/石墨烯量子点复合纳米材料，所述复合纳米材料包括铂纳米粒子和石墨烯量子点；所述铂纳米粒子以聚集体形式分散于所述石墨烯量子点中；所述铂纳米粒子被所述石墨烯量子点保护而不团聚。3、可选地，所述石墨烯量子点与所述铂纳米粒子未结合前，所述石墨烯量子点相互堆叠形成纳米片，所述石墨烯量子点的粒径为15～30nm；所述石墨烯量子点与所述铂纳米粒子结合后，所述铂纳米粒子镶嵌于所述石墨烯量子点中。4、可选地，所述铂纳米粒子在所述复合纳米材料中的含量为6wt％～20wt％；所述铂纳米粒子的粒径为1.5～3nm。5、可选地，在所述复合纳米材料中，铂的含量选自6％、8％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％中的任意值或任意两者之间的范围值。6、可选地，所述复合纳米材料的水溶液中的全部溶质能通过220nm孔径的微孔滤膜。7、可选地，所述复合纳米材料的水溶解度为80～200mg/ml。8、可选地，所述复合纳米材料的水溶解度选自80mg/ml、85mg/ml、90mg/ml、95mg/ml、100mg/ml、110mg/ml、120mg/ml、130mg/ml、140mg/ml、150mg/ml、160mg/ml、170mg/ml、180mg/ml、190mg/ml、200mg/ml中的任意值或任意两者之间的范围值。9、可选地，所述石墨烯量子点中含有氮、硫、氧元素等杂原子。10、可选地，所述石墨烯量子点为含氮石墨烯量子点，含有羧基、羟基、氨基、共轭氮如吡啶以及吡咯基团中的至少一种基团。11、可选地，所述复合纳米材料经高分辨透射电镜观察到铂纳米粒子(1 1 1)晶面；12、经高分辨透射电镜观察到石墨烯量子点的(002)和(102)晶面；13、经粉末衍射光谱观察到石墨烯量子点的特征峰为2θ＝260；14、经荧光发射光谱观察到石墨烯量子点由于量子限域效应产生明亮的蓝色荧光。15、可选地，所述石墨烯量子点作为所述铂纳米粒子的辅助基质和稳定剂。16、本技术中的石墨烯量子点(graphene quantum dots,gqds)是由细小石墨烯(2～100nm)组成的新型零维碳基纳米材料，其具有量子限域产生的特殊荧光、丰富的活性位点、可调的物理化学性能、光生活性氧、高效光热效应、良好溶解性、高生物相容性、与蛋白和dna的强结合能力等。17、本技术利用石墨烯量子点中的羧基、羟基、氨基、共轭氮如吡啶、吡咯等基团增加纳米复合物的分散性和溶解性，石墨烯量子点作为超细铂纳米粒子的多功能辅助基质和稳定剂，有力保护高活性超细铂纳米粒子，使之在肿瘤特殊微环境下析出抗癌活性组分并有效杀灭癌细胞。18、本技术的超细铂纳米粒子(粒径为1.5-3nm)以聚集体形式分散于无定形石墨烯量子点基质中，此复合物高效溶解于去离子水中，全部溶质能通过220nm孔径的微孔滤膜，水溶解度大于80mg/ml，放置2个月后无沉集现象。19、本技术利用高生物相容的gqds保护具有化疗作用的ptnps，可有效提高药物的分散性和溶解性，并通过epr效应加大ptnps@gqds化疗药物在肿瘤组织中的蓄积，使之被动靶向于癌细胞。此外，作为纳米载体的gdqs可以负载靶向分子(生物素、叶酸、rgd肽、透明质酸、tat穿膜肽等)，提高复合药物对肿瘤和癌细胞的主动靶向能力，增强抗肿瘤效果20、第二方面，本技术提供了上述铂纳米粒子/石墨烯量子点复合纳米材料的制备方法，包括以下步骤：21、s1、获得石墨烯量子点；22、s2、将含有所述石墨烯量子点、铂源、还原剂的混合物，热还原得到所述复合纳米材料。23、本技术的还原剂选自挥发性有机溶剂乙醇或甲醇。24、本技术的制备方法是一种简便的热还原法，克级别合成高溶解性的ptnps@gqds化疗药物。在制备过程中，不需要额外加入有毒还原剂(不采用硼氢化钠、水合肼有毒还原剂)，所加入的还原剂(甲醇或乙醇)可以通过旋蒸、冻干等工艺去除。由于ptnps与gqds的协同作用，所合成的复合药物具有高分散性和高水溶性。25、可选地，所述铂源选自氯亚铂酸钠、氯亚铂酸钾、氯亚铂酸铵、四氯化铂、氯铂酸以及氯铂酸钠中的至少一种；所述铂源溶于水。26、可选地，所述铂源选自同时溶于水和乙醇的氯亚铂酸钠、氯铂酸、氯铂酸钠中的至少一种。27、可选地，所述还原剂选自甲醇和/或乙醇；优选乙醇。28、可选地，所述热还原合成所用的溶剂为高纯度去离子水。29、可选地，所述石墨烯量子点与所述铂源的的质量比为1:0.2～0.5。30、可选地，所述石墨烯量子点与所述铂源的质量比选自1:0.2、1:0.25、1:0.3、1:0.35、1:0.4、1:0.45、1:0.5中的任意值或任意两者之间的范围值。31、可选地，所述石墨烯量子点的质量与所述还原剂的体积比为0.04g/ml～0.08g/ml。32、可选地，所述石墨烯量子点的质量与所述还原剂的体积比选自0.04、0.045、0.050、0.055、0.060、0.065、0.070、0.075、0.080中的任意值或任意两者之间的范围值。33、可选地，所述热还原的过程包括第一阶段和第二阶段；其中，34、所述第一阶段的温度为45～55℃，所述第一阶段的时间为0.8～1.2h；35、所述第二阶段的温度为55～65℃，所述第二阶段的时间为0.3～0.7h。36、可选地，所述第一阶段的温度独立地选自45℃、46℃、47℃、48℃、49℃、50℃、51℃、52℃、53℃、54℃、55℃中的任意值或任意两者之间的范围值；所述第一阶段的时间独立地选自0.8h、0.85h、0.90h、0.95h、1.00h、1.05h、1.10h、1.15h、1.20h中的任意值或任意两者之间的范围值。37、可选地，所述第二阶段的温度独立地选自55℃、56℃、57℃、58℃、59℃、60℃、61℃、62℃、63℃、64℃、65℃中的任意值或任意两者之间的范围值；所述第二阶段的时间独立地选自0.3h、0.35h、0.40h、0.45h、0.50h、0.55h、0.60h、0.65h、0.70h中的任意值或任意两者之间的范围值。38、可选地，步骤s2中，将含有铂源的溶液滴加到含有所述石墨烯量子点的溶液中，再加入还原剂。39、可选地，所述热还原后还包括纯化、冷冻干燥。40、可选地，所述纯化、冷冻干燥的过程包括：加热真空旋蒸除去乙醇至水溶液，用naoh调节溶液ph值至7-7.5；高速离心溶液除去溶液中大颗粒；真空冷冻干燥溶液得到固体；用乙醇洗涤固体，真空冷冻干燥后得到复合纳米材料。41、可选地，步骤s1中，石墨烯量子点的制备如下：42、将含有单一小分子的混合物置于密闭容器中，加热反应得到所述石墨烯量子点；其中，所述单一小分子选自柠檬酸铵、柠檬酸氢二铵、柠檬酸、叶酸、尿素、硫脲以及二氰二胺中的至少一种。43、可选地，所述单一小分子的浓度为0.2～0.4mmol/ml。44、可选地，所述单一小分子的浓度选自0.2mmol/ml、0.25mmol/ml、0.30mmol/ml、0.35mmol/ml、0.40mmol/ml中的任意值或任意两者之间的范围值。45、可选地，所述加热反应的温度为180～250℃；所述加热反应的时间为8～12h。46、可选地，所述加热反应的温度独立地选自180℃、185℃、190℃、195℃、200℃、205℃、210℃、215℃、220℃、225℃、230℃、235℃、240℃、245℃、250℃中的任意值或任意两者之间的范围值；所述加热反应的时间独立地选自8h、8.5h、9.0h、9.5h、10.0h、10.5h、11.0h、11.5h、12.0h中的任意值或任意两者之间的范围值。47、可选地，所述单一小分子为0.2～0.4mmol/ml的柠檬酸氢二胺；48、或，所述单一小分子为0.2～0.3mmol/ml的柠檬酸和0.3～0.35mmol/ml的二氰二胺的混合物；49、或，所述单一小分子为0.2～0.3mmol/ml的柠檬酸和0.45～0.55mmol/ml的尿素的混合物。50、可选地，所述加热反应为溶剂热反应。51、本技术的上述制备步骤1)：石墨烯量子点前体的合成包括由上而下法和由下而上法；优选的，采用由下而上法合成高水溶性、高生物相容性的石墨烯量子点。具体的，由柠檬酸铵、柠檬酸氢二铵、柠檬酸、叶酸、尿素、硫脲、二氰二胺等单一小分子或混合物作为起始原料，采用溶剂热法缩合形成石墨烯量子点。优选的，合成含氮、硫、氧等的石墨烯量子点，以便有利于配位锚定高价铂化合物并进行原位还原。近一步优选的，采用高温水热合成石墨烯量子点，有利于形成石墨烯纳米片，使之对超细铂纳米粒子具有适中的保护能力，有利于超细铂纳米粒子在肿瘤微环境下发挥化疗作用。52、本技术的铂纳米粒子/石墨烯量子点化疗药物的高剂量合成方法，原位热还原锚定在含氮、硫、氧等石墨烯量子点的铂离子，精确控制温度，使铂离子缓慢还原形成超细铂纳米粒子/石墨烯量子点复合物。热还原合成所用溶剂为高纯度去离子水，还原剂选用挥发性的有机溶剂乙醇或甲醇(优选乙醇)。加入的高价铂化合物为溶于水的氯亚铂酸钠、氯亚铂酸钾、氯亚铂酸铵、四氯化铂、氯铂酸、氯铂酸钠等中一种，优选同时溶于水和乙醇的氯亚铂酸钠、氯铂酸、氯铂酸钠等中一种。53、本技术制备方法中，随着还原反应的进行，溶液颜色逐渐加深，由黄色-棕色-棕黑色变化，说明铂纳米粒子缓慢形成。在制备过程中，不需要额外加入有毒还原剂，所加入的还原剂(甲醇或乙醇)可以通过旋蒸、冻干等工艺去除。未反应的氯亚铂酸钠、氯铂酸、氯铂酸钠等铂化合物可以通过乙醇洗涤去除。此绿色合成方法适合于铂纳米粒子/石墨烯量子点化疗药物的可控高剂量合成。54、本技术提供了一种具体的上述铂纳米粒子/石墨烯量子点化疗药物的制备方法，基本步骤包括：55、1)石墨烯量子点前体的合成和纯化；56、2)利用石墨烯量子点配位锚定高价铂化合物，并在石墨烯量子点基质上原位热还原高价铂化合物，形成超细铂纳米粒子/石墨烯量子点复合物；57、3)铂纳米粒子/石墨烯量子点复合物的纯化和冷冻干燥。58、第三方面，本技术提供了上述一种复合纳米材料或上述制备方法得到的一种复合纳米材料在制备抗肿瘤药物中的应用。59、本技术的上述复合纳米材料可以高效杀灭各种人癌细胞，在人癌小鼠移植瘤模型试验中表现出良好的抗肿瘤效果。60、可选地，所述复合纳米材料中的石墨烯量子点作为载体，负载有靶向分子。61、可选地，所述靶向分子选自生物素、叶酸、rgd肽、透明质酸和tat穿膜肽中的至少一种。62、与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：63、(1)本技术提供的一种复合纳米材料，其溶解性高、物化性能稳定且化疗效果显著；利用高生物相容的gqds保护具有化疗作用的ptnps，可有效提高药物的分散性和溶解性，并通过epr效应加大ptnps@gqds化疗药物在肿瘤组织中的蓄积，使之被动靶向于癌细胞。此外，作为纳米载体的gdqs可以负载靶向分子(生物素、叶酸、rgd肽、透明质酸、tat穿膜肽等)，提高复合药物对肿瘤和癌细胞的主动靶向能力，增强抗肿瘤效果。64、(2)本技术提供的一种复合纳米材料的制备方法，是一种高剂量绿色制备方法，其通过简便的热还原合成方法，克级别合成高溶解性的铂纳米粒子/石墨烯量子点化疗药物。在制备过程中，不需要额外加入有毒还原剂，石墨烯量子点同时作为具有化疗作用的超细铂纳米粒子的多功能辅助基质和稳定剂。65、(3)本技术提供的超细铂纳米粒子/石墨烯量子点化疗药物具有优越的溶解性和物理化学稳定性，并且高效杀灭各种人癌细胞，在人癌小鼠移植瘤模型试验中表现出良好的抗肿瘤效果；此外，由于铂纳米粒子与石墨烯量子点的协同作用，其纳米复合材料在催化领域也具有潜在应用价值；铂纳米粒子/石墨烯量子点纳米材料将成为抗肿瘤治疗和催化有应用前景的平台，同时也将在其它领域得到广泛的应用。