[发明专利]一种二氧化锰纳米片杂化水凝胶的制备方法及抗肿瘤应用

说明书

本发明涉及一种二氧化锰纳米片杂化水凝胶的制备方法及抗肿瘤应用，采用简单机械剥离的方式制备单片层二氧化锰纳米片，并通过纳米片表面原位氧化的方式瞬时交联咖啡酸修饰的壳聚糖，得到二氧化锰纳米片杂化水凝胶。水凝胶中存在大量氢键以及π‑π相互作用，使得该水凝胶具有良好的可注射性。同时，由于咖啡酸的酚羟基，使该水凝胶具有良好的组织粘附性。针对肿瘤微环境中高浓度过氧化氢的特点，二氧化锰纳米片杂化水凝胶催化过氧化氢分解，产生氧气，克服肿瘤细胞乏氧，提高其对化疗药物的敏感性，结合新兴光热治疗，实现对黑色素瘤的生长的有效抑制。本发明公开的制备方法，简便易行、生物相容性好，有望在临床中应用。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，涉及一种二氧化锰纳米片杂化水凝胶的制备方法及抗肿瘤应用。

背景技术

肿瘤是严重威胁人类健康的重大疾病，目前临床主要治疗手段有手术、化疗、放疗等，但都面临治愈率低，易复发和副作用明显等问题，严重影响肿瘤的治疗效果。其中，由于肿瘤细胞快速繁殖、血管发育不完全、分布不均一等原因导致瘤体内部乏氧，不仅进一步诱导肿瘤的发展和转移，更严重降低肿瘤组织对常规化疗、放疗等的敏感性，成为当前制约肿瘤治疗的难点之一。随着纳米材料领域的快速发展，针对肿瘤微环境过度表达过氧化氢的特点，利用纳米酶的技术，原位催化过氧化氢分解产生氧气，克服乏氧，并结合新兴肿瘤治疗方式，如光热治疗、光动力学治疗、化学动力学治疗和免疫治疗等，为实现肿瘤治疗带来了希望。二氧化锰纳米片，作为一种新型纳米酶，可以高效分解过氧化氢产生氧气，缓解肿瘤乏氧。同时，由于其在近红外光区间广泛的吸收光谱，表现出优异的光热转换效果，可以用于新兴的光热治疗。此外，其独特的二维纳米片状结构，具有高的载药效率，可作为药物递送的载体。然而，二氧化锰纳米片仍存在体内代谢时间短、分布不均以及提前分解等问题，成为制约其进一步走向临床研究的重要阻碍。

解决上述难题最有效的手段是将二氧化锰纳米片复合到可注射水凝胶中，提高其在病灶部位的滞留时间和治疗效果。然而，目前制备二氧化锰片杂化水凝胶的方法主要是将二氧化锰纳米材料通过物理共混的方式整合到现有水凝胶体系中，该方法存在二氧化锰纳米材料在水凝胶中分散较差导致光热不均匀，负载的药物释放速度不可控、复合后水凝胶组织亲和性差的问题，难以在临床中应用。因此，亟需开发一种新型二氧化锰纳米片杂化水凝胶具有均匀高效的光热性能，以及良好的组织粘附力，在缓解肿瘤乏氧的同时，实现抗癌药物的高效负载和缓释，并结合光热治疗，协同提高化疗效果，实现对肿瘤生长的有效抑制，以满足未来的临床应用需求。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种二氧化锰纳米片杂化水凝胶的制备方法及抗肿瘤应用，设计合成一种多功能二氧化锰纳米片杂化水凝胶，克服肿瘤乏氧，协同提高化疗效果。具体而言，本发明采用二价锰盐为锰源，以过氧化氢为氧化剂，四甲基氢氧化铵为碱源，结合机械剥离法制备单层结构的二氧化锰二维纳米片，在常温常压下，与咖啡酸修饰的壳聚糖混合，瞬时氧化交联，结合水凝胶中存在大量氢键以及π-π相互作用，形成双交联网络的二氧化锰纳米片杂化水凝胶。所制备材料结构和性能稳定，生物降解性优良，且方法过程简易、绿色无污染、易于商品化。将得到的二氧化锰纳米片杂化水凝胶用于黑色素瘤治疗，肿瘤乏氧得到缓解，体外和体内实验均取得明显的治疗效果。

技术方案

一种二氧化锰纳米片杂化水凝胶的制备方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将四甲基氢氧化铵溶于过氧化氢水溶液中，待四甲基氢氧化铵溶解后，加入二价锰盐溶液，形成有黑色沉淀的混合溶液；所述四甲基氢氧化铵与二价锰盐的投料摩尔比为2︰1；

步骤2：将得到的黑色沉淀离心分离，以去离子水多次洗涤干燥后，采用超声机械剥离的方法，得到单层结构的二氧化锰二维纳米片；

步骤3：采用1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐活化咖啡酸羧基，与壳聚糖表面氨基脱水缩合形成酰胺键，将含有酚羟基的咖啡酸接枝到壳聚糖聚合物链上；