一种单原子金/缺陷型二氧化钛纳米声敏剂及其制备方法和应用与流程

本发明涉及功能纳米材料及肿瘤治疗制剂领域，尤其涉及一种单原子金/缺陷型二氧化钛纳米声敏剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、透明细胞肾细胞癌(ccrcc)是最常见的肾细胞癌亚型，也是最具侵袭性的组织学类型之一。迄今为止，手术仍是治疗肾细胞癌的最佳方法，但手术治疗的效果不理想。但是，一个具有挑战性的方面是大约30％的手术患者经历复发和转移。因此，迫切需要在ccrcc治疗中表现出改善的疗效和降低的毒性的新疗法。

2、在过去的十年中，人们对使用纳米材料根除癌细胞的疗法进行了广泛的探索，包括光动力疗法(pdt)和声动力疗法(sdt)。sdt主要由超声(us)诱导，通过声敏剂引发活性氧(ros)的产生，导致细胞损伤。鉴于超声的组织穿透深度令人满意(最大10cm)，sdt已被证明可有效治疗深部肿瘤。因此，预期声增敏剂的设计将有效地产生ros。

3、二氧化钛(tio2)纳米材料不仅具有光催化活性，还具有us响应特性。超声刺激启动tio2介导的能量转移至氧分子，导致细胞毒性自由基和超氧化物的产生。然而，由于电子(e-)和空穴(h+)的容易络合而导致固有的低量子产率，基于tio2的us活化的ros产生的效率仍然不令人满意。因此，研究人员开发了各种改性方法，以提高tio2的性能。氧空位和掺杂的过渡金属离子已成为提高tio2光催化活性的新策略。该技术也适用于掺杂过渡金属离子的声敏剂，其中掺杂过渡金属离子显著增强了电子(e-)和空穴(h+)的分离，抑制了它们的络合，并因此提高了ros产生的效率，以诱导癌细胞死亡。

4、针对现有技术中存在的tio2的us活化的ros产生的效率仍然不令人满意、现有tio2掺杂策略未能进一步探究对深部肿瘤的治疗效果等问题，目前尚未提出有效的解决方案，且单原子au修饰tio2材料在肾癌肿瘤领域仍未得到应用。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术中的至少一个不足，提供一种单原子金/缺陷型二氧化钛纳米声敏剂及其制备方法和应用，其有效提高了基于tio2的us活化的ros产生的效率，进一步探究了对深部肿瘤的治疗效果，并对单原子au修饰tio2材料的性能进行验证，将其首次应用于肾癌肿瘤治疗。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

3、本发明的第一个方面是提供一种单原子金/缺陷型二氧化钛纳米声敏剂，所述声敏剂为具有氧空位的单原子金修饰的二氧化钛纳米片或由其改性制成(即，对所述单原子金/缺陷型二氧化钛纳米片进行改性制得)，所述具有氧空位的单原子金修饰的二氧化钛纳米片命名为au-sa/def-tio2(asdt)，其宽度为40nm～60nm，优选为50nm。

4、进一步地，所述单原子金/缺陷型二氧化钛纳米声敏剂的制备方法，包括以下步骤：

5、s1、使用钛酸四正丁酯、氢氟酸溶液和haucl4-4h2o通过沉积-沉淀法合成au-sa/def-tio2(asdt纳米片)；

6、s2、将asdt纳米片粉末溶解在去离子水中，并加入改性剂，再进行搅拌、洗涤得到改性au-sa/def-tio2(改性asdt纳米片)。

7、上述asdt纳米片或改性asdt纳米片均可作为声敏剂使用，但改性asdt纳米片效果较佳。

8、进一步地，步骤s1中，所述沉积-沉淀法合成au-sa/def-tio2包括以下步骤：

9、s1-1、将氢氟酸溶液和钛酸四正丁酯ti(obu)4-(tbot)的混合物搅拌1～3小时，再转移到高压釜中放置30～40h后进行洗涤获得粉末，然后将粉末在naoh溶液中室温搅拌5～10小时，洗涤、干燥获得二氧化钛纳米片；

10、s1-2、将获得的二氧化钛纳米片，通过还原法置于含氢气和氩气的还原气氛中，获得表面氧空位，合成缺陷二氧化钛纳米片；

11、s1-3、在碳酸铵溶液中加入缺陷二氧化钛纳米片，然后将混合物搅拌，将稀释后的haucl4-4h2o溶液加入混合物中，再进行干燥和煅烧，得到au-sa/def-tio2。

12、进一步地，步骤s1-1中，所述氢氟酸溶液与钛酸四正丁酯的体积比为2：20～4：30，其中，所述氢氟酸溶液的浓度为30～50wt％，所述钛酸四正丁酯的浓度≥99.0wt％；优选地，氢氟酸溶液与钛酸四正丁酯的体积比为3：25，所述氢氟酸溶液浓度为40wt％。

13、进一步地，步骤s1-1中，所述搅拌的搅拌参数为300～800r/min搅拌1.5～2.5小时；优选为，500r/min2小时；

14、进一步地，步骤s1-1中，所述高压釜为特氟隆高压釜，高压釜温度设置为150℃～200℃；优选为180℃放置36小时；

15、进一步地，步骤s1-1中，在0.1mol naoh溶液中室温搅拌8小时。

16、进一步地，步骤s1-1中，所述洗涤为在乙醇中洗涤。

17、进一步地，步骤s1-1中，所述干燥条件为60℃～100℃下干燥4～8小时，优选为在80℃下干燥6小时。

18、进一步地，步骤s1-2中，所述还原反应的反应条件为150～250℃下反应1.5～2.5小时；优选为200℃下反应2小时。

19、进一步地，所述的还原气氛中氢气和氩气的体积比为5：95。

20、进一步地，步骤s1-3中，所述碳酸铵溶液、缺陷二氧化钛纳米片、haucl4-4h2o溶液的配比为20～30ml：0.5～3g：20～30ml，其中，所述碳酸铵溶液的浓度为0.5～2mol/l，所述haucl4-4h2o溶液的浓度为0.2～1mg/ml；优选配比为25ml：1g：25ml，碳酸铵溶液的浓度为1mol/l，haucl4-4h2o溶液的浓度为0.4mg/ml。可理解的是，述碳酸铵溶液、缺陷二氧化钛纳米片、haucl4-4h2o溶液的体积、质量可按配比比例进行放大配制，例如采用250ml碳酸铵溶液、10g缺陷二氧化钛纳米片、250ml haucl4-4h2o。

21、在一具体实施方案中，上述操作包括：在碳酸铵溶液(25毫升)中加入1克有缺陷的二氧化钛纳米片，然后将混合物搅拌15分钟；随后，用25毫升超纯水稀释haucl4-4h2o(10毫克)，并将其加入混合物中。

22、进一步地，步骤s1-3中，所述搅拌为300～800r/min搅拌10～20分钟；优选为500r/min，搅拌15分钟。

23、进一步地，步骤s1-3中，所述干燥条件为60℃～80℃空气中干燥3～5小时；优选为70℃空气中干燥4小时。

24、进一步地，步骤s1-3中，所述煅烧条件为150℃～300℃氢气(5％体积)和氩气(95％体积)中，煅烧1.5～2.5小时；优选为200℃煅烧2小时。

25、进一步地，步骤s2中，所述改性剂为聚乙烯吡咯烷酮(pvp)。

26、进一步地，步骤s2中，所述au-sa/def-tio2与所述改性剂的重量比为5～20：50～200，优选为10：100(即1：10)。

27、进一步地，步骤s2中，所述au-sa/def-tio2与所述去离子水的配比为5～20mg：5～20ml；优选为10mg：10ml(即1mg：1ml)。可理解的是，au-sa/def-tio2与去离子水可按配比比例进行放大配制，例如采用au-sa/def-tio2100 mg，去离子水200ml。

28、在一具体实施方案中，上述操作为：将10毫克au-sa/def-tio2粉末溶解在10毫升去离子水中，然后分别加入100毫克pvp。

29、进一步地，步骤s2中所述的搅拌条件为300～800r/min搅拌20～30小时，优选为500r/min，搅拌24小时。

30、进一步地，步骤s2中所述洗涤为使用水和乙醇反复洗涤。

31、本发明的第二个方面是提供一种由第一个方面所述的单原子金/缺陷型二氧化钛纳米声敏剂制备的制剂，所述制剂包含单原子金/缺陷型二氧化钛纳米声敏剂。

32、进一步地，所述治疗剂的超声处理参数为：1.0w/cm-2，1.0mhz，50％duty cycle，处理0.5～2min，优选为处理1min。

33、本发明的第三个方面是提供一种第一个方面中任一所述的单原子金/缺陷型二氧化钛纳米声敏剂或如第二个方面中任一所述的治疗剂的应用，所述应用选自以下应用中的至少一种：在制备声动力学治疗剂中的应用、在制备诱导线粒体功能障碍的制剂中的应用、在制备肿瘤治疗剂中的应用。

34、进一步地，所述肿瘤包括浅表肿瘤和深部肿瘤；其中，浅表肿瘤包括乳腺肿瘤、黑色素瘤等，深部肿瘤包括肾癌(具体为透明细胞肾细胞癌)、肝癌等。进一步地，所述应用为用于制备透明细胞肾细胞癌的声动力学治疗剂。

35、本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：

36、在本发明中，优化设计了具有氧空位的单原子金修饰tio2(au-sa/def-tio2，asdt)纳米片，并对其进行改性，以增强ros的生成。简而言之，本发明使用钛酸四正丁酯、氢氟酸溶液和haucl4-4h2o通过沉积-沉淀法并使用pvp改性合成了宽度约为50nm的改性asdt纳米片。结合x射线衍射(xrd)和透射电镜结果，观测纳米片的组成和形态，成功证明了纳米片中加入了单原子金。并通过密度泛函理论(dft)表明，在tio2结构中引入单原子金会产生显著的调节作用。此外，改性asdt纳米片不仅能催化h2o2和超氧阴离子自由基(-o2-)生成·oh，还能诱导线粒体功能障碍。在异位和原位肿瘤模型中，改性asdt纳米片都能有效抑制肿瘤在超声辐照下的生长。

37、综上，本发明制备的改性asdt纳米片具有产生ros的能力，在根除深部肿瘤治疗方面是有效的sdt纳米材料，在抑制肿瘤生长中、治疗透明细胞肾细胞癌中具有的重要的应用价值。