二硫化钛纳米片材料用于光声成像指导下的肿瘤光热治疗研究.docx

二硫化钛纳米片材料用于光声成像指导下的肿瘤光热治疗探讨中文摘要最近，有者不寻常物理化学性质的二维纳米材料在材料科学与1：程领域被广泛的探讨。石里烯是种由碳原子组成呈蜂巢晶格的二维层状材料，显示出特别的电子，光学，热力学，和机械性能。作为一种石墨烯类似物，过渡族金属二维硫化物如MoS”MoSe2,W&,WSe和BiRe”都是由六边形的金属原子夹在两层畸族元素之间组成三明治结构。近些年这些过渡金属二维硫化物已经发展成为材料科学领域的明星材料，并在包括纳米医药在内的诸多领域有着潜在的应用。二硫化钛是种典型的过渡族金属二维硫化物材料，其在电子器件领域或作为一种储氢材料在最近被广泛探讨。在此篇I：作中，我们用自下而上的液相合成方法合成了二硫化钛纳米片，然后用聚乙二醇(PEG)修饰，在各种生理溶液中获得很好的稳定性，以与在体外没有明显的赤性。由于在近红外区有很强的汲取，TiS：-PEG能够被用作光声成像的造影剂。在对携带肿痛的小鼠进行全身给药后发觉材料能够在肿瘤部位实现很高的富集。然后我们将TiS2-PEG纳米片用于体内肿瘤光热治疗，在尾静脉注射纳米材料以与外加近红外激光照耀的状况下能够实现肿瘤的完全消融。我们的工作表明，在经过良好的表面修饰后，TiS二纳米片能够作为种新的光热制剂用于成像指导下的肿瘤治疗。关键词：二硫化钛光声成像光热治疗Two-Dimensiona1.TiS:NanosheetsforinvivoPhotoacousticImagingandPhototherma1.CancerTherapyAbstractRecent1.y,two-dimensiona1.(2D)nanomateria1.swithunusua1.physica1.andchemica1.propertieshavebeenextensive1.yexp1.oredinmateria1.sscienceandengineering.Graphene,a2Dsing1.e1.ayerofcarbonatomsofhoneycomb1.atticestructure,asatypica1.examp1.e,hasshownexceptiona1.e1.ectronic,optica1.,thena1.,andmechanica1.properties.Astheana1.oguesofgraphene,transition-meta1.dicha1.cogenides(TMDCs)suchasMoS.,MoSe2,WS,WSeiandBi2Sesiconsistingofhexagona1.1ayersofmeta1.atomssandwichedbetweentwo1.ayersofcha1.cogenatoms,havea1.sobecomeastarinmateria1.sscienceinrecentyears,showingpromisingapp1.icationsinmanydifferentareasinc1.udingnanomcdicine.Titaniumdichaicogenides(TiS.)isatypica1.c1.assofTMDCmateria1.sandhasa1.sobeenstudiedrecent1.yine1.ectronicdevicesorasahydrogen-storagemateria1.Inthisstudy,TiSjnanosheets,aresynthesizedbyabottom-upso1.ution-phasemethodandthenmodifiedwithpo1.yethy1.eneg1.yco1.(PEG),obtainingTiSg-PEGwithhighstabi1.ityinphysio1.ogica1.so1.utionsandnoappreciab1.einvitrotoxicity.Duetotheirhighabsorbanceinthenear-infrared(NIR)region,TiSa-PEGnanosheetscou1.dofferstrongcontrastinphotoacousticimaging,whichuncoversthehightumoruptakeandretentionofthosenanosheetsaftersystemicadministrationintotumor-bearingmice.Wefurtherapp1.yTiS2-PEGnanosheetsforinvivophototherma1.therapy,whichisab1.etocomp1.ete1.yeradicatethetumorsonmiceuponintravenousinjectionofTiS-PEGandthefo1.1.owedNIR1.aserirradiation.OurworkindicatesthatTiSZnanosheetswithappropriatesurfacecoating(e.g.PEGy1.ation)wou1.dbepromisingnewc1.assofPhototherma1.agentforimaging-guidedcancertherapy.Keywords：TiSIphotoacousticimagingphototherma1therapy其次章TiS:纳米薄片的制备和表面修饰2. I引言有着不寻常物理化学性质的二维纳米材料在材料科学与工程领域被广注的探讨1O石墨烯是一种由碳原子组成呈蜂巢晶格的二维层状材料，显示出特别的电子，光学，热力学，和机械性能iO作为一种石墨烯类似物，过渡族金属二硬属化物如MoS,MoSe.,WS2fWSa和BiBe”都是由六边形的金属原子夹在两层硫族元素之间组成三明治结构%近些年这些过渡族金属二硫属化物已经发展成为材料科学领域的明星材料，并在包括纳米医药在内的诸多领域有着潜在的应用基过渡族金属二硫属化物的生物传感技术在最近的许多报道中被阐明"。多个课题组包括我们课题组已经探究若运用过渡族金属二硫属化物作为一种新的近红外吸光材料用作肿瘤的光热治疗:因为过渡金属硫化物的大比表面积，过渡金属硫化物纳米薄片也能作为我药平台用作肿瘤的联合治疗3',oTiS,是一种典型的拓扑绝缘体材料，其在电子器件领域或作为一种储氢材料在最近被广泛探讨“传统的二硫化钛薄片是通过化学气相沉积法制备的。这种方式须要在基底上温度超过500度时分解不同的钛和硫前驱体,相对比较困难而且昂贵。在本篇工作中，我们用自下而上溶液法大规模高质量地合成了TiS,纳米薄片。然后用亲水性的高分子一CJ>MH-PEG（聚马来酸好-十八烯一聚乙一.醇）修饰，合成TiSPEG。经过修饰后的TiS薄片获得良好的水溶性和生理稳定性，以其进行后续的细胞和动物试验。2.2 试验部分试验试剂和器材全部化学试剂通过商业渠道购买，未再经过处理或者纯化。全部试验用水均为去离子水。聚乙二醇(mPEG-W1.，MW-5000)购买自浙江嘉兴博美公司。油胺(OM),碳十八烯(ODE)、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC),聚马来酸肝T-十八烯(CwPMH)ASigma-A1.drich公司购买.乙醇、四氯化钛(TiC1.1)x磁粉、三乙胺(TEA).二氯甲烷(CH2C1.2).氯仿(CH.C1)等从国药集团上海化学试剂公司购买。试验所需耗材购自苏州科益特生物有限公司。试验步骤2. 2.2.1TiS?纳米薄片的合成标准的步骤描述如下：hnmo1.四氟化钛在室温下加入到20m1.油胺(OM)和IOm1.碳十八烯(ODE)混合液的三颈烧瓶中。在氨气爱护的环境中，溶液被加热到140T并且磁力搅拌约30分钟，去除水分和氧气。然后，溶液的温度被快速加热到300',C并在城气的环境中保持30分钟。将2Mo1.的硫粉末溶于5m1.的油胺溶液，然后在300'C时IO分钟内加入到烧版中。反应在300"C保持1小时。然后降低到室温，加入过量的乙醉后，二硫化钛纳米薄片能够被沉淀出来，经过离心收集，并用乙醇反攵清洗。3. 2.2.2CuPMI-PEG的合成为了制备CwPMH-PEG,分别称取IomgGePMH和143IngmPEG-NH2(5K)溶解在5m1.二氯甲烷中,然后向溶液中加入61.三乙胺,称取IImgEDC加入混合溶液中，血清瓶瓶口用封口膜封好，磁力搅拌反应24h°反应结束后，用氮气将二氯甲烷吹干，加水溶解产物后，将其用移液枪吸入并先打算好的透析袋中，将两端封I的透析袋放入满是双蒸水的大烧杯中进行透析，期间换水5次。透析完后将液体取出进行冻干。得到的产物为白色海绵状。4. 2.2.3TiS纳米薄片的表面修饰2m1.的TiS2储存液(5mg/m1.)经过14800rpm离心5min后去除上清收集沉淀。向沉淀中加入乙醉清洗两遍后，离心收集沉淀溶广氯仿。将20mg的C1.kPMH-PEG溶于2m1.氯仿后加入到TiS,溶液中。搅拌反应4小时后用氮气吹干氯仿，残余物能够特别简单地溶于水中。离心除去大颗粒从而获得TiS2-PEGe5. 2.2.4TiSz纳米薄片的表征一辨别透射电子显微镜(HRTEM,加速电压200kV):美国FEI公司，TecnaiF20<,X-射线粉末衍射仪(XRD):荷兰PANaIytiCa1.公司，Empyroan,CU靶。动态光散射仪：英国Ma1.vern公司，ZEN3690。紫外可见近红外分光光度计(UY-ViS-NIR)：HORIBA公司,1.AMBDA750.2.3 结果与探讨2.3.1TiS：纳米薄片的合成与表征TiS2的合成:在油胺(OM)和十八碳烯(ODE)的混合溶液中加入TiC1.前卵体，整个过程通以氮气并进行加热。在此过程中，钛前卵体溶液渐渐变成深红色，可能是由于TiC1.,和OM反应生成了TiC1.-OM豆合物。当温度达到300X时，溶J-OM的硫粉加入到反应溶液中。溶液颜色立即变成了棕褐色，表明白TiS2快速的形成。对形成的产物用XRD进行分析。图中峰位与资料K片相一样，并且结果表明合成的TiSz为立方晶相（图2-1.a）oTEM图片显示合成的TiS；为二维层状结构，尺寸均一，直径在100nm左右（图2Tb）。高辨别率TEM表明TiS：有着0.254nm的晶格间隔（图2-1.c）除了C,0,Cu等基底上的元素，只有Ti和S的峰能够在EDS波谱中检测到（图2Td）.ab.88Jjcp（h“24/920(degree)Energy(KV)图2-1.（八）TiS2的XRD分析。（b）Ti2的TEM图。（C）Tisa的HRTEM图。（d）TiS:的X射线能量色散光谱。Ti&纳米薄片的表面修饰与表征由于疏水性的油胺包袱在TiSz表面，基于疏水作用，两亲性的高分子如CfPvH-PEG能被用来修饰TiS：,使其获得良好的水溶性。动态光散射数据表明TiS2-PEG最终的尺寸在也许100nm（图2-2a）。经过表面修饰后，TiSPEG在包括生理盐水，细胞培育液，牛血清等多种溶液中表现出很好的稳定性（图2-2binset）（“3252“1JJOqUJnNa100Size(nm)UeqJoSq4400500600700800»001000Wave1.Qt(nm)图2-2.（八）PEG修饰的Ti&纳米薄片在水中的动态光散射数据,（b）TiS?纳米薄片的UV-ViS-N1.R汲取光谱。插图：TiS2-PEG在水、PBS、培育基、牛血清等溶液中的稳定性。2.3.3TiS,纳米薄片的光热稔定性TiS,纳米薄片的UV-Vis-NI