[發(fā)明專利]氧化鈦光熱材料、其制備方法及在第二生物紅外窗口下光熱腫瘤治療中的應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111081041.4
• 申請(qǐng)日: 2021-09-15
• 公開（公告）號(hào): CN114031112B
• 公開（公告）日: 2023-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 江俊;王育才;朱青;蔣為
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): C01G23/053
• 分類號(hào): C01G23/053;C01G23/04;A61K41/00;A61P35/00;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵

本發(fā)明提供了一種氧化鈦光熱材料，所述氧化鈦光熱材料的晶型為金紅石相；所述氧化鈦光熱材料為藍(lán)灰色。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的氧化鈦光熱材料具有高自由電子濃度，造成帶隙變窄，使得材料可以吸收利用的光譜范圍被有效地拓寬，從而增強(qiáng)其對(duì)紅外光的吸收范圍和強(qiáng)度，尤其是增強(qiáng)材料吸收利用第二生物近紅外窗口中的光能，同時(shí)降低非輻射能量損失，最終實(shí)現(xiàn)高效的第二生物紅外光窗口下的高效光熱轉(zhuǎn)換；并且該氧化鈦光熱材料擁有優(yōu)良的生物安全性，不會(huì)對(duì)正常生物組織造成破壞作用，用于第二生物紅外窗口下的癌癥光熱治療，效果顯著。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光熱治療技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種氧化鈦光熱材料、其制備方法及在第二生物紅外窗口下光熱腫瘤治療中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

癌癥的光熱療法正在成為一種引人注目的微創(chuàng)腫瘤治療技術(shù)，具有顯著的治療效果，并逐漸成為替代傳統(tǒng)癌癥治療中化療、放療、基因治療和免疫治療的潛在方案。然而長(zhǎng)久以來于對(duì)腫瘤的預(yù)防、發(fā)生、轉(zhuǎn)移和血管生成認(rèn)識(shí)不足，以及目前診斷方法的局限性，阻礙了癌癥臨床治療技術(shù)的發(fā)展，導(dǎo)致癌癥仍然是世界上威脅人類健康的重要疾病之一。原則上，癌癥的光療法主要是指光熱療法(photothermal?therapy，PTT)，由于毛細(xì)血管的高滲透性以及內(nèi)皮和淋巴引流不足，光熱劑(photothermal?agents，PTAs)可以被給藥，并通過增強(qiáng)的滲透性和保留效(enhanced?permeability?and?retention?effect,EPR)在腫瘤組織中積累。當(dāng)用特定波長(zhǎng)的近紅外光局部照射腫瘤組織時(shí)，納米PTAs中的電子被光激發(fā)，它可以通過非輻射振動(dòng)弛豫方式釋放熱量對(duì)腫瘤細(xì)胞造成熱損傷。

在原子水平上設(shè)計(jì)具有顯著光熱轉(zhuǎn)換效率的納米PTAs對(duì)腫瘤熱療具有重要意義。迄今為止，已被廣泛報(bào)道的PTAs材料包括貴金屬、石墨烯、過渡金屬二硫?qū)倩铩Xene、聚合物以及無機(jī)有機(jī)雜化材料。其中一些先進(jìn)的技術(shù)已開始應(yīng)用于臨床試驗(yàn)，這為癌癥患者帶來新的曙光，并且它們?nèi)栽谘芯亢透倪M(jìn)中。值得注意的是，這些PTAs中很大一部分通常只能在第一生物窗口(NIR-I，λ＝780～1000nm)中吸收和利用近紅外光，對(duì)于開發(fā)具有可以在第二生物窗口(NIR-Ⅱ，λ＝1000～1350nm)的紅外光照射下有效工作的PTAs材料很少被關(guān)注。但NIR-II光可以提供更大的組織穿透深度，并且皮膚對(duì)NIR-II激光的最大允許暴露量更高。

半導(dǎo)體是被充分研究的功能納米材料之一，它們也是具有優(yōu)異生物相容性的有前途的PTAs材料候選者。其中，金屬氧化物由于其具有多種陽(yáng)離子和陰離子組合、化學(xué)計(jì)量和晶相的可調(diào)性而特別有吸引力，其導(dǎo)帶和價(jià)帶具有很強(qiáng)的還原和氧化能力，可以將吸收的電磁波轉(zhuǎn)化為熱能，用于多種領(lǐng)域。然而，大多數(shù)基于金屬氧化物-PTAs的光熱療法的研究?jī)H集中在NIR-I區(qū)域，這是由于半導(dǎo)體固有的寬帶隙結(jié)構(gòu)導(dǎo)致低紅外光吸收、低光熱效率和高電子空穴復(fù)合速度。為了將金屬氧化物PTAs的光學(xué)響應(yīng)范圍拓展至NIR-Ⅱ區(qū)間，通常采用引入雜質(zhì)進(jìn)行摻雜、氧空位、構(gòu)建異質(zhì)結(jié)、復(fù)合染料分子進(jìn)行敏化處理或復(fù)合上轉(zhuǎn)換納米顆粒的主導(dǎo)策略，但低摻雜含量、低自由載流子濃度和剩余的寬能帶間隙，使得發(fā)生在NIR-Ⅱ生物窗中的金屬氧化物的電子躍遷過程仍然很難獲得。

TiO₂是一種經(jīng)典的金屬氧化物半導(dǎo)體材料，其不僅具有多功能性，還具有低成本，可擴(kuò)展性和生物體安全性。TiO₂的生物學(xué)效應(yīng)已經(jīng)被證實(shí)，對(duì)某些微生物，細(xì)菌，病毒，癌細(xì)胞等的影響包括調(diào)控生物膜的脂質(zhì)過度氧化，以及導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)部條件改變的蛋白質(zhì)之間相互作用和最終的細(xì)胞代謝凋亡過程。也有研究表明，TiO₂作為消毒劑可以利用臭氧、紫外線輻射、氯等化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行污水處理消毒，為現(xiàn)代社會(huì)中人類的生活生產(chǎn)提供安全用水。然而，化學(xué)計(jì)量比的TiO₂(Ti與O的原子比例為1:2)的能帶間隙大，約為3.2eV，這造成了TiO₂材料自身對(duì)可見光以及紅外光的能量利用效率低下，只能吸收利用光波長(zhǎng)在380nm以下的紫外光，不適合用作PTAs材料媒介進(jìn)行紅外響應(yīng)光熱方面的應(yīng)用。因此，開發(fā)出新型的TiO₂材料，且具有高紅外光吸收利用能力并應(yīng)用于癌癥的近紅外光熱治療，仍然是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)。