一種光動力治療系統(tǒng)及持續(xù)產(chǎn)生單線態(tài)氧的方法與流程

本發(fā)明屬于醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域，更具體地，涉及一種光動力治療系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

光動力治療是一種非侵入性治療手段，已廣泛應(yīng)用于臨床淺表型腫瘤的治療，其具有選擇性高、毒副作用小、創(chuàng)傷小等優(yōu)點(diǎn)。但是目前光敏劑吸收的波長多為紫外或可見光，該波段光的組織穿透深度較淺；其次，光敏劑依賴于氧生成氧自由基，腫瘤組織內(nèi)部缺氧的微環(huán)境導(dǎo)致其產(chǎn)率低下。因此，提高光在組織中穿透深度、緩解腫瘤部位缺氧進(jìn)而提高單線氧產(chǎn)率的問題是臨床光動力治療需克服的難題。

光在生物組織中的穿透深度取決于多個參數(shù)，包括光的波長、強(qiáng)度、相干性和組織的生理學(xué)特征等。為了產(chǎn)生足夠的單線氧造成細(xì)胞毒性，光源發(fā)出的光譜應(yīng)和光敏劑的最大吸收波長范圍一致。臨床常用的照射光是紫外、可見光，這個波段的光能被生物組織中血紅蛋白、黑色素等有效吸收，導(dǎo)致這一波段的光無法穿透到腫瘤組織內(nèi)部。波長在700～1300nm的光能有效避免其他激發(fā)和發(fā)射波長對組織的干擾和損傷，具有良好的組織穿透深度，被稱為“光學(xué)窗口”或“近紅外窗口”。由于臨床上使用的光敏劑在近紅外區(qū)域存在吸收極弱等問題，目前為止近紅外光很少直接應(yīng)用于光動力治療。鑭系上轉(zhuǎn)換納米顆粒的發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)近紅外光在光動力治療中的應(yīng)用提供了可能。具有發(fā)光穩(wěn)定、不易光漂白、高信噪比等優(yōu)點(diǎn)，已發(fā)展成為生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域一類新興的納米材料。鑭系上轉(zhuǎn)換納米顆粒通過吸收兩個或多個近紅外光子轉(zhuǎn)換為一個高能的光子，產(chǎn)生紫外、可見或近紅外的發(fā)射光。因此，利用鑭系上轉(zhuǎn)換納米顆粒上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性激發(fā)傳統(tǒng)紫外光、可見光吸收的光敏劑，構(gòu)建鑭系上轉(zhuǎn)換納米顆粒光動力治療體系，是解決臨床使用的光敏劑在近紅外區(qū)域吸收極弱問題的有效手段。傳統(tǒng)鑭系上轉(zhuǎn)換納米顆粒使用980nm激光激發(fā)。但是生物組織中的水對980nm光吸收很大，會造成潛在的熱損傷。相對而言，生物組織對808nm光吸收較弱、對組織熱損傷小，重要的是808nm光源也能提供更高的組織穿透深度，所以構(gòu)建808nm激發(fā)的鑭系上轉(zhuǎn)換納米顆粒是近年國際研究熱點(diǎn)。構(gòu)建有效的808nm激發(fā)的鑭系上轉(zhuǎn)換納米顆粒，通常使用釹作為主敏化劑，但是，釹具有多重能級、能量躍遷復(fù)雜、淬滅效應(yīng)強(qiáng)等特點(diǎn)，極大地降低了釹鑭系上轉(zhuǎn)換納米顆粒熒光效率。構(gòu)建高效的808nm激發(fā)的釹鑭系上轉(zhuǎn)換納米顆粒光動力治療體系，提高單線態(tài)氧產(chǎn)率是實(shí)現(xiàn)808nm光源在光動力治療應(yīng)用中亟待解決的問題之一。

大多數(shù)實(shí)體腫瘤生長快速，隨著腫瘤細(xì)胞的增殖，其與周圍間質(zhì)血管的距離不斷增加，引起腫瘤內(nèi)部嚴(yán)重缺氧。此外，由于腫瘤新生血管生長速度快、結(jié)構(gòu)分布紊亂、管腔易于塌陷等原因，腫瘤內(nèi)部會進(jìn)一步缺氧。缺氧的腫瘤微環(huán)境反過來又會誘使腫瘤進(jìn)一步惡化，同時降低各種治療方法(例如化療、放射等)對腫瘤的治療效果。光動力治療過程中需要連續(xù)消耗氧氣，會加速腫瘤缺氧。因此，如何解決腫瘤缺氧，是光動力治療治療亟待解決的問題之一。目前已有研究多采用“自供氧方法”供氧，例如：“全氟化碳攜氧供氧”、納米二氧化錳催化過氧化氫供氧、紅細(xì)胞膜包裹法、利用過氧化氫酶催化過氧化氫供氧等。但是，這些方法仍存在供氧效率低、穩(wěn)定性差、臨床可行性不足等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種多功能鑭系納米顆粒、其制備方法，以及一種利用該納米顆粒產(chǎn)生單線態(tài)氧的方法及光動力治療系統(tǒng)，其目的在于通過在構(gòu)建該鑭系納米顆粒，同時利用近紅外激光激發(fā)該鑭系納米顆粒，并聯(lián)合高壓氧艙，實(shí)現(xiàn)供氧增氧，從而促進(jìn)納米顆粒藥物的靶向輸送以及單線態(tài)氧的產(chǎn)生，由此解決現(xiàn)有技術(shù)單線態(tài)氧產(chǎn)生不足、光動力治療系統(tǒng)效果不佳的技術(shù)問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種鑭系納米顆粒，所述鑭系納米顆粒內(nèi)核具有層層包裹的三明治結(jié)構(gòu)，外殼為介孔硅層，所述三明治結(jié)構(gòu)的化學(xué)組成為nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz@nand(1-t-z)f4:gdt,caz@msio2，其中0≤x≤0.3；0≤y≤0.05；0≤z≤0.1；0≤t≤0.4,所述介孔硅層的厚度為2～20nm。

優(yōu)選地，所述鑭系納米顆粒內(nèi)核的平均粒徑為10～100nm。

優(yōu)選地，所述納米顆粒表面吸附有光敏劑，所述光敏劑為520nm、550nm或660nm處有吸收的光敏劑。

優(yōu)選地，所述光敏劑為玫瑰紅、mc540、甲基藍(lán)或二氫卟吩。

按照本發(fā)明的另一個方面，提供了一種所述的鑭系納米顆粒的制備方法，包括如下步驟：

1)向乙酸釓、乙酸釔、乙酸鉺和乙酸鈣的混合物中加入油酸和十八烯，在惰性氣體環(huán)境下升溫至130～160℃，攪拌45～60min，得到溶液a；

2)將所述溶液a冷卻至20～30℃，向所述溶液a中滴加氫氧化鈉/氟化銨的甲醇溶液，得到溶液b；

3)將所述溶液b升溫至50～70℃，抽真空除去甲醇，在惰性氣體環(huán)境下以5～20℃/min升溫至260～320℃，反應(yīng)30～50min，得到油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz納米顆?；旌弦?；

4)將所述油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz納米顆粒混合液冷卻至20～30℃，再加入2～4倍混合液體積的乙醇，離心得到油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz納米顆粒，用乙醇洗滌，然后分散在己烷中，得到油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz納米顆粒的己烷溶液；

5)向乙酸釔和乙酸鈣的混合物中加入油酸和十八烯，在惰性氣體環(huán)境下升溫至130～160℃，攪拌45～60min，得到溶液c；

6)將所述溶液c冷卻至20～30℃，向所述溶液c中滴加氫氧化鈉/氟化銨的甲醇溶液和所述nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz納米顆粒的己烷溶液，得到溶液d；

7)將所述溶液d升溫至50～70℃，抽真空除去甲醇和己烷，在惰性氣體環(huán)境下以5～20℃/min升溫至260～320℃，反應(yīng)30～50min，得到油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz納米顆?；旌弦?；

8)將所述油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz納米顆粒混合液冷卻至20～30℃，再加入2～4倍混合液體積的乙醇，離心得到油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz納米顆粒，用乙醇洗滌，得到油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz納米顆粒成品；然后分散在己烷中，得到油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz納米顆粒的己烷溶液；

9)向乙酸釹、乙酸釓和乙酸鈣的混合物中加入油酸和十八烯，在惰性氣體環(huán)境下升溫至130～160℃，攪拌45～60min，得到溶液e；

10)將所述溶液e冷卻至20～30℃，向所述溶液c中滴加氫氧化鈉/氟化銨的甲醇溶液和所述nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz納米顆粒的己烷溶液，得到溶液f；

11)將所述溶液f升溫至50～70℃，抽真空除去甲醇和己烷，在惰性氣體環(huán)境下以5～20℃/min升溫至260～320℃，反應(yīng)30～50min，得到油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz@nand(1-t-z)f4:gdt,caz納米顆?；旌弦?；

12)將所述油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz@nand(1-t-z)f4:gdt,caz納米顆粒混合液冷卻至20～30℃，再加入2～4倍混合液體積的乙醇，離心得到油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz@nand(1-t-z)f4:gdt,caz納米顆粒，用乙醇洗滌，得到油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz@nand(1-t-z)f4:gdt,caz納米顆粒成品，用乙醇洗滌，然后分散在己烷中，得到油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz@nand(1-t-z)f4:gdt,caz納米顆粒的己烷溶液；

13)取十六烷基三甲基溴化銨加入到水中，攪拌0.5～2小時，形成溶液g；隨后升溫至60～80℃；

14)將所述nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz@nand(1-t-z)f4:gdt,caz納米顆粒的己烷溶液滴加入所述溶液g，攪拌條件下反應(yīng)0.5～48小時；然后滴加乙酸乙酯、氫氧化鈉和50～300ul的teos，攪拌條件下反應(yīng)2～8小時，得到溶液h；將所述溶液h離心后，得到如權(quán)利要求1所述的鑭系納米顆粒。

優(yōu)選地，步驟(1)、步驟(5)和步驟(9)中每溶解1mmol的鑭系元素化合物，所述油酸用量為3～10ml，所述十八烯用量在5～10ml；

按照本發(fā)明的另一個方面，提供了一種所述的鑭系納米顆粒的應(yīng)用，應(yīng)用于制備治療腫瘤的藥物。

按照本發(fā)明的另一個方面，提供了一種利用鑭系納米顆粒持續(xù)產(chǎn)生單線態(tài)氧的方法，將所述的鑭系納米顆粒置于高壓氧環(huán)境中，同時對所述鑭系納米顆粒進(jìn)行近紅外激光照射。

優(yōu)選地，所述高壓氧環(huán)境由高壓氧艙提供。

優(yōu)選地，所述近紅外激光的波長為980、915、808或780nm。

優(yōu)選地，所述置于高壓氧環(huán)境中的時間為30min～4h/次，所述高壓氧的壓力為大于1個大氣壓，但不大于3個大氣壓。

按照本發(fā)明的另一個方面，提供了一種光動力治療系統(tǒng)，所述光動力治療系統(tǒng)包括如下模塊：載藥模塊、高壓氧供給模塊和光照模塊；

其中，所述載藥模塊用于負(fù)載藥物；所述藥物優(yōu)選為所述的負(fù)載光敏劑的鑭系納米顆粒；

所述高壓氧供給模塊用于向所述載藥模塊提供高壓氧氣，所述載藥模塊置于所述高壓氧供給模塊提供的高壓氧環(huán)境中；

所述光照模塊用于向所述載藥模塊提供光照，使所述藥物在光照下持續(xù)產(chǎn)生單線態(tài)氧。

本發(fā)明首先構(gòu)建一種可以用于光動力治療系統(tǒng)的鑭系納米顆粒，納米顆粒的構(gòu)建分為三步：首先是構(gòu)建一種層層包裹的三明治結(jié)構(gòu)的鑭系納米顆粒；其次，在三明治結(jié)構(gòu)的鑭系納米顆粒表面形成介孔硅層，用以達(dá)到提高納米顆粒在水中分散性和負(fù)載光敏劑的目的；第三，通過物理吸附的方式，將光敏劑連接到納米顆粒上。該納米顆粒在近紅外激光980、915、808、780nm的激發(fā)下，與細(xì)胞內(nèi)氧氣反應(yīng)，產(chǎn)生單線態(tài)氧。因?yàn)槟[瘤具有乏氧的特征，光動力治療系統(tǒng)需要氧氣的參與產(chǎn)生單線態(tài)氧，所以如何提高細(xì)胞內(nèi)氧氣的含量也就至關(guān)重要。本發(fā)明通過采用上述吸附有光敏劑的鑭系納米顆粒，并聯(lián)合高壓氧艙，提出了一種持續(xù)產(chǎn)生單線態(tài)氧的方法，增強(qiáng)了光動力治療系統(tǒng)的治療效果，同時也提高了納米顆粒在腫瘤的靶向輸送，增強(qiáng)了納米粒子的滲透滯留效應(yīng)(enhancedpermeationandretention，epr)，實(shí)現(xiàn)了兩者的協(xié)同，達(dá)到較好的治療效果。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果。

(1)本發(fā)明所制備的多功能鑭系納米顆粒為摻雜釔、鉺、釹等的復(fù)合納米顆粒，可以在近紅外光980、915、808或780nm激光下激發(fā)，產(chǎn)生綠色和紅色的熒光，實(shí)現(xiàn)上轉(zhuǎn)換熒光，且熒光強(qiáng)度高；油溶性多功能鑭系納米顆粒激發(fā)60min后熒光相對強(qiáng)度仍為98％，熒光穩(wěn)定性好，可長時間使用；本發(fā)明的油溶性多功能鑭系納米顆粒在若干天后再次激發(fā)，熒光相對強(qiáng)度保持穩(wěn)定，無光漂白的現(xiàn)象。

(2)本發(fā)明所制備的油溶性多功能鑭系納米顆粒摻雜鉺，最強(qiáng)熒光發(fā)射波長為550nm，熒光穿透性好。

(3)本發(fā)明所制備的油溶性多功能鑭系納米顆粒，尺寸為10～100nm，粒度小且均勻。制備方法簡單易行、便于控制，通過控制反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間，可精確調(diào)控油溶性鑭系納米顆粒；同時該制備方法所需時間短，生產(chǎn)效率高。

(4)本發(fā)明所用的外層的介孔硅，尺寸在2～20nm，有效的提高中心發(fā)光納米顆粒的水中分散性，同時為負(fù)載的光敏劑提供載體。

(5)本發(fā)明所用的光敏劑可以用玫瑰紅，也可以是mc540,二氫卟吩等在520、550或660nm波段有吸收的光敏劑。

(6)本發(fā)明提供的一種持續(xù)產(chǎn)生單線態(tài)氧的方法，利用本發(fā)明提供的鑭系納米顆粒結(jié)合近紅外激光照射，由于置于高壓氧環(huán)境中，可以持續(xù)不斷產(chǎn)生單線態(tài)氧。

(7)本發(fā)明提供的光動力治療系統(tǒng)，通過采用特定的油溶性多功能鑭系納米顆粒，并聯(lián)合高壓氧艙，提高了腫瘤病灶部位氧氣的溶解量，在近紅外激光激發(fā)下持續(xù)不斷產(chǎn)生單線態(tài)氧，同時高壓氧環(huán)境也能夠提高納米顆粒在腫瘤的靶向輸送，增強(qiáng)了納米顆粒的epr效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了協(xié)同效應(yīng)，因此本發(fā)明的光動力治療系統(tǒng)能夠取得了很好的治療效果。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1制備的內(nèi)核的nagd0.68f4:yb0.2，er0.02,ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1@nand0.6f4:gd0.3,ca0.1的透射電鏡圖(尺度：50nm)；

圖2是水溶性的nagd0.68f4:yb0.2，er0.02,ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1@nand0.6f4:gd0.3,ca0.1@msio2透射電鏡圖；

圖3a為nagd0.68f4:yb0.2，er0.02,ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1@nand0.6f4:gd0.3,ca0.1@msio2x-射線衍射圖，圖3a中縱坐標(biāo)數(shù)值為強(qiáng)度相對值；圖3b為該油溶性納米顆粒綠色發(fā)光效率；

圖4本發(fā)明實(shí)施例1所制備的nagd0.68f4:yb0.2，er0.02,ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1@nand0.6f4:gd0.3,ca0.1@msio2-玫瑰紅納米顆粒在808nm激光下產(chǎn)生的單線態(tài)氧，圖4中縱坐標(biāo)為dpbf(單線態(tài)氧產(chǎn)生的指示劑)熒光強(qiáng)度相對值；

圖5為采用本發(fā)明的納米顆粒在小鼠的腫瘤的靶向輸送效果比較圖；

圖6為采用本發(fā)明的光動力治療系統(tǒng)以及單線態(tài)氧的產(chǎn)生方法對小鼠腫瘤進(jìn)行處理的結(jié)果。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

本發(fā)明提供的鑭系納米顆粒，其內(nèi)核具有層層包裹的三明治結(jié)構(gòu)，外殼為介孔硅層，其中內(nèi)核三明治結(jié)構(gòu)的納米顆粒為油酸配位鍵合在納米顆粒晶體表面，其結(jié)構(gòu)化學(xué)組成為nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz@nand(1-t-z)f4:gdt,caz，其中0≤x≤0.3；0≤y≤0.05；0≤z≤0.1；0≤t≤0.4,該三明治結(jié)構(gòu)的外殼是可調(diào)控厚度的介孔硅層，其中內(nèi)核三明治結(jié)構(gòu)的鑭系納米顆粒的平均粒徑為10～100nm，外殼介孔硅層的厚度為2～20nm。

本發(fā)明制備的優(yōu)選的三種具有核殼結(jié)構(gòu)的鑭系納米顆粒結(jié)構(gòu)化學(xué)組成為：

nagd0.68f4:yb0.2，er0.02,ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1@nand0.6f4:gd0.3,ca0.1@msio2或

nagd0.73f4:yb0.2，er0.02,ca0.05@nayb0.95f4:ca0.05@nand0.65f4:gd0.3,ca0.05@msio2或

nagd0.7f4:yb0.2，er0.05,ca0.05@nayb0.95f4:ca0.05@nand0.65f4:gd0.3,ca0.05@msio2。

因此，本發(fā)明的鑭系納米顆粒整體的平均粒徑為12～120nm。

上述鑭系納米顆粒表面可吸附光敏劑，所述光敏劑為在520、550、660nm處有吸收的光敏劑，優(yōu)選為玫瑰紅、mc540、甲基藍(lán)或二氫卟吩等。

上述鑭系納米顆粒的制備方法，包括如下步驟：

1)向乙酸釓、乙酸釔、乙酸鉺和乙酸鈣的混合物中加入油酸和十八烯，在惰性氣體環(huán)境下升溫至130～160℃，攪拌45～60min，得到溶液a；

2)將所述溶液a冷卻至20～30℃，向所述溶液a中滴加氫氧化鈉/氟化銨的甲醇溶液，得到溶液b；

3)將所述溶液b升溫至50～70℃，抽真空除去甲醇，在惰性氣體環(huán)境下以5～20℃/min升溫至260～320℃，反應(yīng)30～50min，得到油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz納米顆?；旌弦?；

4)將所述油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz納米顆?；旌弦豪鋮s至20～30℃，再加入2～4倍混合液體積的乙醇，離心得到油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz納米顆粒，用乙醇洗滌，然后分散在己烷中，得到油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz納米顆粒的己烷溶液；

5)向乙酸釔和乙酸鈣的混合物中加入油酸和十八烯，在惰性氣體環(huán)境下升溫至130～160℃，攪拌45～60min，得到溶液c；

6)將所述溶液c冷卻至20～30℃，向所述溶液c中滴加氫氧化鈉/氟化銨的甲醇溶液和所述nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz納米顆粒的己烷溶液，得到溶液d；

7)將所述溶液d升溫至50～70℃，抽真空除去甲醇和己烷，在惰性氣體環(huán)境下以5～20℃/min升溫至260～320℃，反應(yīng)30～50min，得到油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz納米顆粒混合液；

8)將所述油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz納米顆粒混合液冷卻至20～30℃，再加入2～4倍混合液體積的乙醇，離心得到油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz納米顆粒，用乙醇洗滌，得到油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz納米顆粒成品；然后分散在己烷中，得到油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz納米顆粒的己烷溶液；

9)向乙酸釹、乙酸釓和乙酸鈣的混合物中加入油酸和十八烯，在惰性氣體環(huán)境下升溫至130～160℃，攪拌45～60min，得到溶液e；

10)將所述溶液e冷卻至20～30℃，向所述溶液c中滴加氫氧化鈉/氟化銨的甲醇溶液和所述nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz納米顆粒的己烷溶液，得到溶液f；

11)將所述溶液f升溫至50～70℃，抽真空除去甲醇和己烷，在惰性氣體環(huán)境下以5～20℃/min升溫至260～320℃，反應(yīng)30～50min，得到油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz@nand(1-t-z)f4:gdt,caz納米顆?；旌弦海?/p>

12)將所述油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz@nand(1-t-z)f4:gdt,caz納米顆粒混合液冷卻至20～30℃，再加入2～4倍混合液體積的乙醇，離心得到油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz@nand(1-t-z)f4:gdt,caz納米顆粒，用乙醇洗滌，得到油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz@nand(1-t-z)f4:gdt,caz納米顆粒成品，用乙醇洗滌，然后分散在己烷中，得到油溶性nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz@nand(1-t-z)f4:gdt,caz納米顆粒的己烷溶液；

13)取十六烷基三甲基溴化銨加入到水中，攪拌0.5～2小時，形成溶液g；隨后升溫至60～80℃；

14)將所述nagd(1-x-y-z)f4:ybx，ery,caz@naybf4:caz@nand(1-t-z)f4:gdt,caz納米顆粒的己烷溶液滴加入所述溶液g，攪拌條件下反應(yīng)0.5～48小時；然后滴加乙酸乙酯、氫氧化鈉和50～300ul的teos，攪拌條件下反應(yīng)2～8小時，得到溶液h；將所述溶液h離心后，得到如權(quán)利要求1所述的鑭系納米顆粒。

其中，步驟1)、步驟5)和步驟9)中每溶解1mmol的鑭系元素化合物，所述油酸用量為3～10ml，所述十八烯用量在5～10ml。

步驟2)所述nh4f的用量為鑭系元素化合物摩爾量的3～4倍；步驟2)所述naoh的用量為鑭系元素化合物摩爾量的2～3倍；步驟2)滴加所述naoh/nh4f的甲醇溶液的滴加時間為1～10min。步驟6)和步驟10)所述nh4f的用量為鑭系元素化合物摩爾量的1～2倍；步驟6)和步驟10)所述naoh的用量為鑭系元素化合物摩爾量的1～1.5倍。

步驟13)所述ctab加入量為0.1g/10毫升水。

步驟14)滴加時間為10分鐘～5小時。

負(fù)載光敏劑的方法為：將上述鑭系納米顆粒分散到適量的水中，加入適量的光敏劑水溶液，攪拌后離心，得到負(fù)載(吸附)有光敏劑的鑭系納米顆粒。

本發(fā)明所述的鑭系納米顆粒為一種多功能鑭系納米顆粒，可以應(yīng)用于制備治療腫瘤的藥物。

本發(fā)明還提供了一種利用鑭系納米顆粒持續(xù)產(chǎn)生單線態(tài)氧的方法，通過將吸附有光敏劑的鑭系納米顆粒置于高壓氧環(huán)境中，同時對該鑭系納米顆粒進(jìn)行近紅外激光照射。鑭系納米顆粒的濃度為10mg/ml，用量為10～200ul，鑭系納米顆粒表面的光敏劑為玫瑰紅時，玫瑰紅的濃度為0.5～1g/10ml水，該高壓氧環(huán)境由高壓氧艙提供，近紅外激光的波長為980、915、808或780nm。

將該方法用于腫瘤的治療時，將含有表面吸附光敏劑的該鑭系納米顆粒置于高壓氧環(huán)境中的時間為30min～4h/次，高壓氧的壓力為大于1個大氣壓，但不大于3個大氣壓，近紅外激光照射的時間為5min～5h/次，所述激光強(qiáng)度為0.35w/cm²～5w/cm²，可以根據(jù)單線態(tài)氧產(chǎn)生量的需要來確定置于高壓氧環(huán)境以及光照的次數(shù)和時間。

本發(fā)明的光動力治療系統(tǒng)，包括載藥模塊、高壓氧供給模塊和光照模塊；其中，載藥模塊用于負(fù)載表面吸附有光敏劑的鑭系納米顆粒；高壓氧供給模塊用于向載藥模塊提供高壓氧氣，載藥模塊置于高壓氧供給模塊提供的高壓氧環(huán)境中；光照模塊用于向載藥模塊提供光照，使負(fù)載光敏劑的鑭系納米顆粒在光照下持續(xù)產(chǎn)生單線態(tài)氧，產(chǎn)生的單線態(tài)氧用于病灶的光動力治療。

本發(fā)明通過改變鑭系元素的種類及配比調(diào)節(jié)油溶性納米顆粒的熒光發(fā)射強(qiáng)度，如實(shí)施例中采用乙酸釹、乙酸釓、乙酸鉺和乙酸鈣為反應(yīng)前體，制備得到油溶性nagd0.68f4:yb0.2，er0.02,ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1@nand0.6f4:gd0.3,ca0.1納米顆粒，具有粒徑小、粒徑均一的特點(diǎn)。該納米顆粒在近紅外光980、915、808和780nm激發(fā)下，產(chǎn)生發(fā)射波長為520、550和660nm的熒光，熒光強(qiáng)度高、熒光穩(wěn)定性好；當(dāng)鉺為發(fā)光中心，當(dāng)鉺的摻雜度為2％時，所制備的油溶性納米顆粒綠色發(fā)光效率最高。本發(fā)明的油溶性納米顆粒的粒徑通過控制反應(yīng)溫度和時間調(diào)控，溫度越高、反應(yīng)時間越長，油溶性納米顆粒的粒徑越大。

構(gòu)建的納米顆粒的外層包裹一層介孔硅，一方面可以提高納米顆粒的水溶性，另一方面由于其可控的層厚，可以作為載體，負(fù)載光敏劑。光敏劑的負(fù)載效率與孔隙率、比表面積有關(guān)。

上述納米顆粒在近紅外光980nm、915nm、808nm和780nm的激發(fā)下，產(chǎn)生的520nm和550nm熒光會被外殼的光敏劑玫瑰紅吸收，在細(xì)胞內(nèi)氧氣的參與下，產(chǎn)生單線態(tài)氧。

由于腫瘤具有乏氧的特征，而且光動力治療本身會消耗氧氣，因此現(xiàn)有技術(shù)的光動力治療系統(tǒng)治療效果低下。本發(fā)明提供的光動力治療系統(tǒng)，通過聯(lián)合高壓氧艙的方式，達(dá)到提高了腫瘤氧氣的溶解量的目的，增強(qiáng)了光動力治療的效果，同時也提高了納米顆粒在腫瘤病灶的靶向輸送，增強(qiáng)了納米顆粒的滲透滯留效應(yīng)(epr效應(yīng))，實(shí)現(xiàn)了兩者的協(xié)同，達(dá)到較好的治療效果。

以下為實(shí)施例：

實(shí)施例1

制備nagd0.7f4:yb0.18，er0.02,ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1@nand0.6f4:gd0.3，ca0.1@msio2-rosebengal

1.1制備nagd0.7f4:yb0.18，er0.02，ca0.1

1)稱取0.7mmol乙酸釓,0.18mmol乙酸釔,0.02mmol乙酸鉺,0.1mmol乙酸鈣，向其中加入4ml油酸和7ml十八烯，在氬氣環(huán)境下升溫至140℃，攪拌1h，得到溶液a；

2)溶液a冷卻至室溫，用蠕動泵向溶液a中滴加溶有4mmol氫氧化鈉/氟化銨的甲醇溶液10ml，控制蠕動泵的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)滴加速度為0.3ml/min，得到溶液b；

3)溶液b升溫至60℃，抽真空除去甲醇，在氬氣環(huán)境下以10℃/min升溫至280℃，反應(yīng)60min，得到油溶性nagd0.7f4:yb0.18，er0.02，ca0.1混合液；

4)油溶性nagd0.7f4:yb0.18，er0.02，ca0.1混合液冷卻至室溫，再加入3倍混合液體積的乙醇，12000rpm離心5min，得到油溶性nagd0.7f4:yb0.18，er0.02，ca0.1，用乙醇洗滌3次，得到油溶性nagd0.7f4:yb0.18，er0.02，ca0.1成品。將其分散于10ml的己烷溶液中。

1.2制備nagd0.7f4:yb0.18，er0.02,ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1

1)稱取0.9mmol乙酸釔、0.1mmol乙酸鈣，向其中加入4ml油酸和7ml十八烯，在氬氣環(huán)境下升溫至140℃，攪拌1h，得到溶液c；

2)溶液a冷卻至室溫，用蠕動泵向溶液b中滴加溶有4mmol氫氧化鈉/氟化銨的甲醇溶液5ml和10mlnagd0.7f4:yb0.18，er0.02，ca0.1的己烷溶液，控制蠕動泵的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)滴加速度為0.3ml/min，得到溶液d；

3)溶液d升溫至60℃，抽真空除去甲醇，在氬氣環(huán)境下以10℃/min升溫至280℃，反應(yīng)60min，得到油溶性nagd0.7f4:yb0.18，er0.02，ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1混合液；

4)油溶性nagd0.7f4:yb0.18，er0.02，ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1混合液冷卻至室溫，再加入3倍混合液體積的乙醇，12000rpm離心5min，得到油溶性nagd0.7f4:yb0.18，er0.02，ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1，用乙醇洗滌3次，得到油溶性nagd0.7f4:yb0.18，er0.02，ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1成品。

1.3制備nagd0.7f4:yb0.18，er0.02，ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1@nand0.6f4:gd0.3，ca0.1

1)稱取0.6mmol乙酸釹,0.3mmol乙酸釓,0.1mmol乙酸鈣混合物，向其中加入4ml油酸和7ml十八烯，在氬氣環(huán)境下升溫至140℃，攪拌1h，得到溶液e；

2)溶液e冷卻至室溫，用蠕動泵向溶液e中滴加溶有4mmol氫氧化鈉/氟化銨的甲醇溶液5ml和10mlnagd0.7f4:yb0.18，er0.02，ca0.1的己烷溶液，控制蠕動泵的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)滴加速度為0.3ml/min，得到溶液f；

3)溶液f升溫至60℃，抽真空除去甲醇，在氬氣環(huán)境下以10℃/min升溫至280℃，反應(yīng)60min，得到油溶性nagd0.7f4:yb0.18,er0.02，ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1@nand0.6f4:gd0.3，ca0.1混合液；

4)油溶性nagd0.7f4:yb0.18，er0.02，ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1@nand0.6f4:gd0.3，ca0.1混合液冷卻至室溫，再加入3倍混合液體積的乙醇，12000rpm離心5min，得到油溶性nagd0.7f4:yb0.18，er0.02，ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1@nand0.6f4:gd0.3，ca0.1，用乙醇洗滌3次，得到油溶性nagd0.7f4:yb0.18，er0.02，ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1@nand0.6f4:gd0.3，ca0.1成品。

1.4制備nagd0.7f4:yb0.18，er0.02，ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1@nand0.6f4:gd0.3，ca0.1@msio2

1)稱取0.1g十六烷基三甲基溴化銨加入到10ml水中，攪拌均勻，形成溶液g；隨后升溫至70℃；

2)適量的nagd0.68f4:yb0.2，er0.02,ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1@nand0.6f4:gd0.3,ca0.1納米顆粒的己烷溶液滴加入溶液g；

3)向上述中滴加乙酸乙酯、氫氧化鈉(2m)、teos(100ul)溶液，攪拌3h，得到溶液h；

4)將溶液h離心后，得到水溶性的nagd0.68f4:yb0.2，er0.02,ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1@nand0.6f4:gd0.3,ca0.1@msio2納米顆粒；

1.5制備nagd0.7f4:yb0.18，er0.02，ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1@nand0.6f4:gd0.3，ca0.1@msio2-rosebengal

將0.1gnagd0.68f4:yb0.2，er0.02,ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1@nand0.6f4:gd0.3,ca0.1@msio2分散到5ml水中，加入200ul玫瑰紅水溶液(100mg/ml)，攪拌24h后離心，得到

nagd0.68f4:yb0.2，er0.02,ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1@nand0.6f4:gd0.3,ca0.1@msio2-玫瑰紅納米顆粒.

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1制備的鑭系納米顆粒nagd0.68f4:yb0.2，er0.02,ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1@nand0.6f4:gd0.3,ca0.1的內(nèi)核的透射電鏡圖(尺度：50nm)；內(nèi)核的尺寸大概在10nm左右。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例1制備的水溶性的鑭系納米顆粒nagd0.68f4:yb0.2，er0.02,ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1@nand0.6f4:gd0.3,ca0.1@msio2透射電鏡圖；整體的尺寸大概在17nm左右，粒徑均一。

圖3a是本發(fā)明實(shí)施例1制備的鑭系納米顆粒nagd0.68f4:yb0.2，er0.02,ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1@nand0.6f4:gd0.3,ca0.1@msio2x-射線衍射圖，圖3a中縱坐標(biāo)數(shù)值為強(qiáng)度相對值，每個峰值對應(yīng)的晶面如圖3a所示。該納米顆粒在近紅外光980、915、808、780nm激發(fā)下，產(chǎn)生發(fā)射波長為520、550、660nm的熒光，熒光強(qiáng)度高、熒光穩(wěn)定性好；當(dāng)鉺為發(fā)光中心，當(dāng)鉺的摻雜度為2％時，所制備的油溶性納米顆粒綠色發(fā)光效率最高，如圖3b所示。

實(shí)施例2

nagd0.73f4:yb0.2，er0.02,ca0.05@nayb0.95f4:ca0.05@nand0.65f4:gd0.3,ca0.05@msio2或

nagd0.7f4:yb0.2，er0.05,ca0.05@nayb0.95f4:ca0.05@nand0.65f4:gd0.3,ca0.05@msio2也可按照實(shí)施例1類似的方法制備得到，本發(fā)明的油溶性納米顆粒的粒徑通過調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度和時間來進(jìn)行調(diào)控，溫度越高、反應(yīng)時間越長，油溶性納米顆粒的粒徑越大。

實(shí)施例3

一種光動力治療系統(tǒng)，包括載藥模塊、高壓氧供給模塊和光照模塊，其中，載藥模塊為4t1腫瘤、瘤體積約為100mm³的balbc小鼠，該腫瘤內(nèi)部含有50ul的實(shí)施例1制備得到的鑭系納米顆粒nagd0.7f4:yb0.18,er0.02,ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1@nand0.6f4:gd0.3,ca0.1@msio2-rosebengal(5mg/ml)；高壓氧供給模塊為高壓氧艙，壓力為3個大氣壓；光照模塊為880nm激光照射。

利用實(shí)施例1制備得到的鑭系納米顆粒持續(xù)產(chǎn)生單線態(tài)氧的方法，步驟為：將上述載藥模塊置于壓力為3個大氣壓的高壓氧艙中2小時，同時對含有該鑭系納米顆粒的上述腫瘤進(jìn)行近紅外激光照射(0.75w/cm²、16min/次)，每隔一天高壓氧一次，隨后照射一次，實(shí)驗(yàn)整個周期內(nèi)共處理三次，實(shí)驗(yàn)天數(shù)14天，觀察單線態(tài)氧的產(chǎn)生情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。圖4為本發(fā)明實(shí)施例1所制備的nagd0.68f4:yb0.2，er0.02,ca0.1@nayb0.9f4:ca0.1@nand0.6f4:gd0.3,ca0.1@msio2-玫瑰紅納米顆粒在808nm激光下產(chǎn)生的單線態(tài)氧的標(biāo)準(zhǔn)，圖4中縱坐標(biāo)為dpbf(單線態(tài)氧產(chǎn)生的指示劑)熒光強(qiáng)度相對值，dpbf的數(shù)值下降越快，提示單線態(tài)氧的產(chǎn)生率越高，圖4中ucnp+rb+hbo為高壓氧組，ucnp+rb+normoxia為正常氧組，ucnp+rb+hypoxia組為缺氧組，rb為光敏劑玫瑰紅，ucnp為上轉(zhuǎn)換熒光納米材料，從圖4中可以看出，高壓氧處理后的單線態(tài)氧的產(chǎn)生率最快，20分鐘時產(chǎn)生的單線態(tài)氧量為普通組的2倍，為缺氧組的8.5倍。

利用該光動力治療系統(tǒng)以及單線態(tài)氧的產(chǎn)生方法對腫瘤進(jìn)行處理和觀察，圖5為納米顆粒在小鼠的腫瘤的靶向輸送效果比較，normal組為常壓組，hbo組為高壓氧組，可以看出，從2小時后，高壓氧處理的納米顆粒的腫瘤靶向輸送肖國就高于普通組，隨著時間的延長，直到24小時，高壓氧處理的納米顆粒在腫瘤的靶向輸送效果都高于普通組。圖6為小鼠的腫瘤抑制效果。圖5中control組為pbs組，nir組為近紅外光照射組，hbo組為高壓氧組，ucnps+hbo為上轉(zhuǎn)換納米材料+高壓氧組，ucnps+nir為上轉(zhuǎn)換納米材料+近紅外光照射組，ucnps+nir+hbo為上轉(zhuǎn)換納米材料+近紅外光照射+高壓氧組，可以看出，相比較于其他的組別，高壓氧處理后的抑瘤效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于其他組別，處理時間14天。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。