一种NIR-Ⅱ响应型甜甜圈结构磁铁矿纳米酶及制备方法和应用与流程

本发明涉及铁基纳米酶制备与生物医学领域，具体涉及一种具有近红外二区(nir-ⅱ)光响应型的独特甜甜圈结构碳包覆磁铁矿纳米酶及制备方法和应用。

背景技术：

1、肿瘤微环境响应的纳米催化治疗是一种新型的癌症治疗策略，旨在利用特定纳米酶在肿瘤微环境的独特条件下(包括低ph值、高还原性以及特定蛋白的表达)被激活，从而在肿瘤部位催化产生具有毒性的反应性氧种(ros)。这一机制有效促进肿瘤细胞的氧化损伤和细胞死亡，进而高效地抑制肿瘤生长。在不同类型的纳米酶中，铁基纳米酶因其催化活性高、制备成本低、良好的稳定性和优异的生物相容性等优点引起了研究人员的广泛关注，尤其是磁铁矿纳米酶，已在肿瘤治疗领域展示出其卓越的催化性能。当进入微酸性的肿瘤微环境时，磁铁矿纳米酶通过芬顿反应将胞内过量的内源性过氧化氢(h2o2)转化为具有细胞毒性的羟基自由基(·oh)，同时自身完成fe2+与fe3+之间的转换。然而，现有磁铁矿纳米酶大多数在肿瘤部位的积聚和铁离子释放量不足，限制了充分产生·oh的能力，从而制约了其治疗效果。

2、温度是调节纳米酶活性的另一关键因素。具有光热转换特性的纳米酶能够吸收外部光能并转化为热能，提升局部温度以杀死癌细胞。纳米酶诱导的化学动力学疗法与光热疗法的联合应用不仅增强了治疗效果，而且通过光热效应的温度提升进一步活化了芬顿反应。尽管如此，目前报道的磁铁矿纳米酶的光吸收主要局限于近红外一区(700-950nm)，其较低的组织穿透率和较高的散射限制了其在协同治疗中的应用。因此，开发具有近红外二区长波长光响应型的磁铁矿纳米酶对于提高光热增强的化学动力学疗法的效果具有重要意义。

3、纳米酶的结构对其催化效能至关重要。已有研究表明[k.yang,y.ma.computersimulation of the translocation of nanoparticles with different shapes acrossa lipid bilayer,nat.nanotechnol.2010,5]，准二维纳米盘相较于球形结构展现出更高的细胞吸收能力。甜甜圈结构的纳米酶，由于其独特的形态和空腔的存在，不仅能提高细胞摄取和肿瘤部位的聚集能力，还能增大与肿瘤微环境酸的接触面积，从而加速芬顿催化反应的进程。公布号为cn114873642a的中国专利申请文献，公开了一种甜甜圈状钼酸锶纳米材料及其制备方法，通过结构的控制成功提高了材料比表面积，减小了禁带宽度，提高了光催化活性；公布号为cn114377691a的中国专利申请文献，公布了一种甜甜圈状空心多孔pt-ni纳米粒子负载氧化钛材料，甜甜圈的空腔增加了金属的负载量，从而提高硼氢化钠水解制氢性能。但这些专利并没有涉及本发明的的甜甜圈结构磁铁矿纳米酶，也没有涉及其作为光热增强的化学动力学治疗试剂的应用。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于如何得到一种既具有近红外二区光响应能力又具有过氧化物酶和谷胱甘肽氧化酶双催化活性的独特甜甜圈结构碳封装的磁铁矿纳米酶。

2、本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

3、本发明提出一种甜甜圈结构磁铁矿纳米酶的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)将氯化铁、氨水和乙醇混合，进行水热反应，得到碳包覆的甜甜圈结构非磁性氧化铁；

5、所述氯化铁质量与氨水体积的比为(15-25)mg：(8-14)ml；

6、(2)将步骤(1)所得的非磁性氧化铁与硼氢化钠、乙醇和水混合，超声处理，进行水热反应，即得甜甜圈结构磁铁矿纳米酶；

7、所述非磁性氧化铁与硼氢化钠的质量比为(16-20)：(450-550)；

8、所述步骤(1)中水热反应的温度为220-250℃，时间为24-28h；

9、所述步骤(2)中水热反应的温度为120-150℃，时间为12-18h。

10、有益效果：本发明中具体以氯化铁和氨水为前驱体，以乙醇为溶剂，以硼氢化钠为还原剂，得到了甜甜圈状磁铁矿纳米粒子，其形貌独特，尺寸适中，细胞摄取能力出众，具有近红外二区光响应能力，同时具备过氧化物酶及谷胱甘肽氧化酶双重催化活性。

11、优选地，所述步骤(1)中氯化铁质量与乙醇体积的比(15-25)mg：(8-12)ml。

12、优选地，所述步骤(2)中非磁性氧化铁质量与乙醇、水体积的比为(16-20)mg：(8-12)ml：(8-12)ml。

13、优选地，所述氯化铁质量与氨水体积的比为18mg：10ml。

14、优选地，所述非磁性氧化铁与硼氢化钠的质量比为18：500。

15、优选地，所述步骤(1)还包括将水热反应产物离心，洗涤，干燥；所述离心的速率为10000-14000rpm，离心的时间为6-12min；所述干燥的温度为50-70℃，干燥的时间为22-26h。

16、优选地，所述步骤(2)还包括将水热反应产物离心，洗涤，干燥；所述离心的速率为10000-14000rpm，离心的时间为6-12min；所述干燥的温度为50-70℃，干燥的时间为22-26h。

17、优选地，该制备方法包括以下两个步骤：

18、1)将氯化铁、氨水、乙醇按照18mg:10ml:10ml的用量比混合得到反应液；将得到的反应液置于水热反应釜中，在真空干燥烘箱中240℃下反应25h，反应结束后待冷却至室温，收集反应釜中反应溶液，在12000rpm转速下离心10min并用去离子水溶液洗涤若干次，直至上清液呈现无色；将试管底部的沉淀物以乙醇溶液洗涤3次，放入真空干燥箱中60℃干燥24h，所得红棕色粉末即为初步产物非磁性的氧化铁；

19、2)将步骤1)所得氧化铁、硼氢化钠、乙醇和去离子水按照18mg:500mg:10ml:10ml的用量比混合，超声处理30min后将混合液置于水热反应釜中，在真空干燥箱中140℃反应15h，反应结束后冷却至室温，将所得反应溶液在12000rpm转速下离心10min收集试管底部沉淀物，以乙醇溶液反复洗涤5次，放入真空干燥箱中60℃干燥24h，所得黑色粉末即为所述甜甜圈结构磁铁矿纳米酶。

20、本发明还提出采用上述制备方法制得甜甜圈结构磁铁矿纳米酶。

21、本发明还提出一种所述的甜甜圈结构磁铁矿纳米酶作为近红外二区光热增强的化学动力学治疗试剂的应用。

22、本发明的优点在于：

23、(1)本发明生成甜甜圈结构碳封装的磁铁矿纳米酶，可以应用到肿瘤治疗、污染降解、抗菌消炎等方面。

24、(2)相较于其他磁铁矿纳米酶，本发明所合成的独特甜甜圈形貌的磁铁矿纳米酶能够更高效地被细胞摄取，其高比表面积亦增加了丰富的催化活性位点。两方面协同作用，从而极大地提升了肿瘤治疗的效率。

25、(3)相较于其他方法，本发明利用的原料成本低、安全性良好，合成条件温和，合成步骤简单，能够在短时间内合成大量的磁铁矿纳米颗粒，在未来应用到工业大规模制造有着很大的前景。

26、(4)该纳米酶具有高效的光热转换效率，优异的过氧化物酶和谷胱甘肽氧化酶双重活性，可以将三阴性乳腺癌细胞内的过量过氧化氢转化为具有毒性的羟基自由基杀伤癌细胞，同时消耗细胞内过表达的谷胱甘肽，阻碍有效杀伤物质的损耗。再通过将外部光能转换为热能，造成局部温度升高，这一系列机制共同促进对肿瘤的高效催化治疗效果。