[发明专利]一种金属离子配位的碳点/二氧化钛异质结及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种金属离子配位的碳点/二氧化钛异质结及其制备方法和应用。本发明首先通过制备一种表面氧空位掺杂的TiO_2‑x纳米片来达到减小其禁带宽度的目的，使得在US作用下电子更容易被激发；随后通过配位作用制备一种金属离子(Cu²⁺、Co³⁺、Fe³⁺、Pt⁴⁺、Mn⁴⁺)配位的碳点，以赋予碳点消耗GSH的目的，此外金属离子配位的碳点可用做GSH检测用于区分正常细胞以及肿瘤细胞；最后，通过构建金属离子配位的碳点/TiO_2‑x纳米片异质结，从而极大地加速载流子传输速率以及抑制电子空穴对的再复合，同时借助金属离子消耗GSH的能力，实现对肿瘤微环境调控以及增强的声动力肿瘤治疗。

技术领域

本发明涉及生物医药技术领域，具体是一种金属离子配位的碳点/二氧化钛异质结及其制备方法和应用。

背景技术

癌症作为世界范围内最严重的疾病之一，已造成数以百万计的死亡，成为对人类健康的最大威胁。近年来，由外源性刺激敏化剂产生高生物毒性活性氧(ROS)的治疗策略被认为是改善癌症治疗现状的有效方法。例如，光动力治疗(PDT)，它利用近红外光(NIR)激活光敏剂产生的ROS造成DNA的损伤进而诱导癌细胞凋亡或坏死。然而，近红外光的穿透深度有限(1cm)，无法实现对深层肿瘤的治疗，极大的限制了PDT在临床上的应用。因此，基于PDT的机制开发一种治疗深部肿瘤的有前景的替代方法具有重要的意义。声动力疗法(SDT)主要是通过超声(US)触发声敏剂产生活性氧(ROS)来杀死癌细胞。相比于近红外激光，US具备更深的组织穿透深度(大于10cm)，并且已经在临床诊断中得到了广泛的应用。因此，用US作为激发源，发展US介导的SDT，有望从本质上突破传统PDT治疗光穿透深度的限制，提升深层肿瘤的治疗效果。

目前广泛报道的声敏剂主要是有机和无机声敏剂两类。以卟啉衍生物为代表的有机声敏剂在取得一定声动力治疗效果的同时也存在水溶性较差，体外清除快和血液循环时间较短等局限性。相比于有机声敏剂，无机半导体纳米材料如二氧化钛(TiO₂)具有对生物组织的化学惰性、成本低、易于制造等优势，近年来被广泛应用于SDT。但是TiO₂宽的带隙结构(3.2eV)以及电子空穴对的快速复合(50±30ns)会降低ROS的量子产率，导致差的SDT治疗效果。因此，研制高效，安全的声敏剂对声动力治疗肿瘤有重要意义。

另外一方面，随着肿瘤的发生和发展，肿瘤微环境会发生明显改变，合理利用或调控肿瘤微环境是增强肿瘤治疗效果的重要途径。研究表明，肿瘤细胞内还原水平(谷胱甘肽，GSH)较正常细胞高，过量的GSH会大量消耗US作用下声敏剂产生的ROS，进而极大的降低SDT的治疗效率并限制其临床应用。此外，GSH是一种重要的抗氧化剂，具有抗氧化、清除自由基以及调控细胞内重要生理生化过程的作用。目前GSH含量的测定主要有电化学法、高效液相色谱法和荧光光度法等方法，传统比色法测定GSH例如DTNB法和新铜试剂法等存在灵敏度低、易受干扰以及检出限低等问题。因此，设计合成新型纳米声敏剂，既具有增强的声动力性能，又具有消耗GSH的能力，同时具有灵敏度高、选择性好且简便的GSH检测能力，是目前SDT研究的重点和难点。

发明内容

本发明就是为了解决上述技术问题，所提出了一种金属离子配位的碳点/二氧化钛异质结及其制备方法和应用。

本发明采用了如下的技术方案。

一种金属离子配位的碳点/二氧化钛异质结的制备方法，包括以下步骤：

a.吡啶N掺杂碳点的制备

S1.将芘按照质量体积比为1:(50～100)的比例加入到浓硝酸中，80-85℃下冷凝回流24-96h；冷却后洗涤至中性，烘干得到三硝基芘；