一种高光热转换效率的材料及其制备方法和在神经调控中的应用

本发明涉及生物医学，尤其涉及一种高光热转换效率的材料及其制备方法和在神经调控中的应用。

背景技术：

1、心血管疾病已成为导致死亡的主要原因，急性心肌梗死是最有害的疾病之一。心肌缺血经常诱发急性室性心律失常，使患者无法得到及时有效治疗。此外，传统的心肌梗死介入手术无法规避伴随的心肌再灌注损伤和相关的室性心律失常。自主神经系统，包括交感神经和副交感神经，在心血管调节中起作用，两者天然拮抗。抑制交感神经或激活副交感神经已被证明可以稳定心脏电生理学，预防心肌梗死，并降低室性心律失常的发病率。然而，心脏交感神经去神经支配术、星状神经节阻滞术和肾去神经支配术会造成一些不良反应，包括 霍纳综合征、意外出血和消融结果不理想。传统的迷走神经刺激和光遗传学神经调控都需要植入体内电刺激或光源设备。此外，光遗传学神经调控需要病毒转染光敏蛋白，上述缺陷均会限制这些治疗方法的临床发展。

2、近年来，几项研究表明，光激活的纳米换能器可以诱导局部加热效应，导致神经的激活或抑制。这一发现归因于神经元中温度敏感离子通道，例如瞬时瞬时受体电位香草素1（transient receptor potential vanilloid 1，trpv1）蛋白和twik相关的k+通道1（twik-related k+channel 1，trek1）蛋白。特定温度敏感离子通道的激活需要精确的温度范围。神经的反应是急性的，因此需要一种具有快速准确调节的治疗策略。然而，这仍然受到低光热转换效率的限制。

3、例如公开号为cn114767852a的中国发明专利公开了一种光控释放型中空金银纳米探针在用于制备肿瘤诊疗一体化制剂中的应用，以氯金酸为金源、硝酸银为银源，依次加入还原剂、拉曼信号分子和稳定剂，采用种子生长法制备而成。该方法简单温和、绿色环保，所制备的中空金银纳米颗粒具有表面增强拉曼散射（surface enhancement of ramanscattering，sers）成像、光声（photoacoustic，pat）成像和荧光（(fluorescence，fl）成像等多模态成像功能，可以实现肿瘤手术切除的精准可视化。该纳米颗粒在808 nm近红外光照射下，具有较高的光热转换效率，可作为肿瘤光热治疗（photothermal therapy，ptt）的治疗剂。但该方法需要采用还原剂由银源制备银纳米离子，由于涉及到氧化还原的化学平衡，其不可避免的将导致原料的损失；同时该工艺还需要稳定剂等助剂，步骤较为复杂，生产成本较高。此外，该方法制备的中空纳米颗粒种类单一，适用面窄，亦进一步限制了其作为光热转换材料的应用。

4、综上所述，提供一种简单易操作、适用面广的具有高光热转换效率的材料的制备方法，满足神经调控快速准确调节的治疗策略需求，对评估神经的功能和活性乃至疾病的防治中具有重要意义。

技术实现思路

1、有鉴于现有技术的上述缺陷，在本发明的第一方面，提供了一种工艺简捷、适用面广的高光热转换效率的材料的制备方法，包括如下步骤：

2、（1）液态金属于溶剂中经超声处理，使液态金属颗粒的粒径降至纳米级，收集得到液态金属纳米颗粒分散液；

3、（2）将金属盐溶液加至液态金属纳米颗粒分散液中并进行反应，通过金属盐电偶置换反应，得到中空金属纳米壳（mnp-shell），即高光热转换效率的材料。

4、优选的，所述步骤（1）中，液态金属的类型包括镓、铟、锡、铋、锌及其合金；

5、优选的，所述步骤（1）中，超声的时间为0.5-6 h。

6、优选的，所述步骤（1）中，液态金属纳米颗粒分散液中液态金属纳米颗粒的尺寸为20-500 nm。

7、优选的，所述步骤（1）中，收集的方式为离心后取上层液体，离心的离心力为10-3000 g，时间为0.5-10 min。

8、优选的，所述步骤（1）和步骤（2）中，液态金属的用量为0.05-0.5 g；金属盐溶液中金属元素的含量为0.05-0.5 mmol，金属盐溶液的浓度为0.01-0.5 mol l-1。

9、现有技术中采用银元素的方案，ag+/ag的氧化还原电位为0.799，这限制了其方法合成的金属种类。相比之下，上述液态金属中，以镓为例，ga3+/ga的氧化还原电位为-0.529v，氧化还原电位更高的金属均可以适用于本发明，因此本方法具有更广的金属适用面。

10、优选的，所述步骤（2）中，金属盐溶液中金属盐的类型包括铂、钯、金、银、铜、铁、钴、镍、锗、铈、钼、锝、钌、铑、镉、铟、锡、锑、钨、铼、锇、铱、汞、铊、铅、铋的可溶性盐中的至少一种。

11、进一步优选的，所述金属盐为六氯代铂(ⅳ)酸钠（na2ptcl6）、四氯代钯(ⅱ)酸钠（na2pdcl4）、硝酸银（agno3）、硝酸铜（cu(no3)2）、硫酸铜（cuso4）、四氯金酸钠（naaucl4）、硝酸铈（ce(no3)2）、硝酸钼（mo(no3)2）、硝酸镍（ni(no3)2）、硝酸钴（co(no3)2）、硝酸铁（fe(no3)3）中的至少一种。

12、优选的，所述步骤（2）中，反应在常温下进行，反应时间为1-4 h。

13、在本发明的第二方面，提供了一种光吸收能力强、光热转换效率高的高光热转换效率的材料，采用本发明第一方面提供的方法制备而成。

14、优选的，高光热转换效率的材料的光热转换效率≥70%。

15、在本发明的第三方面，提供了一种本发明第二方面的高光热转换效率的材料在神经调控中的应用，包括如下步骤：

16、1）将高光热转换效率的材料与磷酸盐缓冲溶液（phosphate buffer saline，pbs）配制为注射液；将注射液微注射至神经节中，通过激光照射诱导高光热转换效率的材料升温，对神经进行调控；

17、2）电刺激经激光照射的神经节，评估神经的功能和活性；

18、3）基于神经的功能和活性评估结果，评估疾病的防治效果。

19、本应用具有良好的适用性，技术人员可根据高光热转换效率的材料中金属的种类选择合适的激光进行处理，通过光热转换达到神经调控的目的。

20、优选的，所述步骤1）中，注射液中高光热转换效率的材料的浓度为5-400 μg ml-1。

21、优选的，所述步骤1）中，激光照射的激光波长范围为700-1700 nm，功率密度为0.4-1 w cm-2，照射时间为1-10 min。

22、优选的，所述步骤2）中，电刺激的频率为2-160 hz，脉宽为0.01-0.2 ms，电压设置5个级别，分别为0-2 v、2-4 v、4-6 v、6-8 v、8-10 v。

23、通过mnp-shell的光热神经调控防治疾病的方法安全高效，具有良好的开发和应用前景。mnp-shell可应用于自主神经相关疾病的防治领域，例如治室性心律失常、心肌缺血、心肌缺血再灌注损伤、高血压、癫痫、疼痛、偏瘫、抑郁症、抗炎、调节血糖等。

24、优选的，所述步骤3）中，疾病的防治包括防治室性心律失常、心肌缺血、心肌缺血再灌注损伤、高血压、癫痫、疼痛、偏瘫、抑郁症、抗炎、调节血糖。

25、基于上述技术方案，本发明的发明构思在于，液态金属在常温下呈液态，液态金属纳米颗粒亦然，出于这种特性，以液态金属纳米颗粒为模板，通过简单的电偶联取代反应制备由超小金属纳米颗粒组成的中空金属纳米壳（mnp-shell），无需使用还原剂。其表面不但粗糙，而且存在孔洞。以镓为例，反应中镓的副产物羟基氧化镓（gaooh）作为中空纳米壳的骨架。这种特殊的结构有别于现有技术制备的中空金银双金属纳米颗粒等材料，能够大幅降低光子在mnp-shell中的逃逸能力，使mnp-shell表现出黑体的性质，产生近乎完美的黑体吸收，无差别的增强了光吸收，最终实现了在近红外（near infrared，nir）区的超高光热转换效率。这使mnp-shell在神经结组织内实现超快的升温速率，达到快速且精准调控神经的目标，借此可充分评估神经的功能和活性，进而有效防治室性心律失常等疾病。

26、与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

27、本发明提供了一种高光热转换效率的材料的制备方法，将液态金属超声成纳米级的颗粒，以液态金属纳米颗粒为模板，通过与金属盐的电偶置换反应可制备出由超小金属纳米颗粒组成的中空纳米壳，该方法简单易操作，适用于多种金属的优势。

28、本发明提供了一种高光热转换效率的材料，该材料呈中空结构，表面粗糙且存在孔洞，这种特殊的结构赋予其超强的光子捕获能力，大幅增强了光吸收，具有超高光热转换效率的特性。

29、本发明提供了一种高光热转换效率的材料在神经调控中的应用，利用该材料优异的光热效应实现了快速且精准的神经调控，进而实现了自主神经相关疾病的有效防治，具有良好的应用前景。