一种增强活性氧产生的Janus纳米药物载体的制备方法及其应用

本发明涉及janus纳米药物载体的制备方法及其应用。

背景技术：

1、细菌感染在当今是一个日益严峻的公共卫生挑战。抗生素的广泛使用极大地减少了细菌感染的患病率和死亡率。然而，由于细菌自身的生物学特性以及抗生素的滥用，导致多种细菌对目前已知的抗生素产生了不同程度的耐药性，因而治疗细菌感染变得越来越具有挑战性。天然植物药物因其强大的抗菌活性而备受关注，在抗生素问世之前被广泛应用于细菌感染的治疗。与合成化合物如抗生素相比，天然植物药物具有较高的生物安全性，对常见细菌的抗菌效果良好，同时对某些耐药菌株也表现出显著的抑制作用。然而，许多天然植物药物的水溶性较差，生物利用度不高，这导致它们无法在感染部位有效发挥抗菌作用。

2、随着纳米医学技术的不断进步，对纳米药物载体的运用引发了广泛的关注。这些载体不仅具备将药物精准地输送至病变部位、提高药物生物利用率的能力，还能够构建多功能治疗平台，利用载体固有属性或装载相应功能药物实现化学动力学治疗、光热治疗等多种治疗手段的联合。举例而言，纳米药物载体可以充当类芬顿反应的催化剂，将感染微环境中的h2o2催化转化为有毒的活性氧(ros)，实现化学动力学治疗(cdt)；同时，纳米药物载体还可以作为光热剂(pta)，在特定波长的光源照射下将光能转化为热能，导致细菌膜破裂、蛋白质变性和不可逆性细菌损伤，从而实现广谱抗菌的光热治疗(ptt)效应。因此，设计能够介导多种治疗方式共同抗菌的纳米药物载体，以实现药物输送与多种治疗方式联合抗菌，对于抗菌治疗具有重要意义。

3、普鲁士蓝(prussian blue，pb)，分子式为fe4[fe(cn)6]3·nh2o，是微孔配位聚合物/金属-有机框架的原型。研究发现pb中的fe2+、fe3+和氰化物离子交替配位形成立方晶胞，fe2+和fe3+通过氰基传递电子，赋予pb可以在弱酸性的感染微环境中通过类芬顿反应催化过氧化氢(h2o2)生成羟基自由基(·oh)。但由于fe2+至fe3+的转化速率较低，导致其活性氧生成能力较弱，而且其功能单一，抗菌药物的生物利用度低，进而限制了其的实际应用。

技术实现思路

1、本发明要解决现有pb材料活性氧生成能力较弱、功能单一以及抗菌药物的生物利用度低的问题，进而提供一种增强活性氧产生的janus纳米药物载体的制备方法及其应用。

2、一种增强活性氧产生的janus纳米药物载体的制备方法，它是按以下步骤进行：

3、一、制备普鲁士蓝pb：

4、①调节去离子水的ph至1～1.5，得到溶剂；

5、②室温下将k3[fe(cn)6]溶于步骤一①制备的溶剂中，得到溶液a；

6、③室温下将聚乙烯吡咯烷酮溶于步骤一①制备的溶剂中，得到溶液b；

7、④室温下将溶液b滴加到溶液a中并搅拌，然后置于温度为75℃～80℃的条件下，反应18h～20h，反应后依次进行离心洗涤，得到pb，将pb分散于去离子水中，得到pb分散液；

8、二、制备janus纳米药物载体：

9、①将聚丙烯酸溶于水中，得到聚丙烯酸水溶液；

10、②将2-甲基咪唑溶于水中，得到2-甲基咪唑水溶液；

11、③将聚丙烯酸水溶液加入到pb分散液中，然后调节ph至7.8～8.0，ph调节后进行超声分散均匀，然后滴加异丙醇及cucl2·2h2o并搅拌反应，反应后依次进行离心洗涤，得到沉淀物b，将沉淀物b分散于去离子水中，加入2-甲基咪唑水溶液并搅拌反应，反应后依次进行离心洗涤，得到沉淀物c，将沉淀物c分散于去离子水中，最后真空冷冻干燥，得到增强活性氧产生的janus纳米药物载体。

12、一种增强活性氧产生的janus纳米药物载体的应用，它用于化学动力学治疗、光热治疗及负载药物；所述的药物为抗菌药物或抗癌药物。

13、本发明的有益效果是：

14、本发明制备的janus纳米药物载体(pbcm)，通过使用具有良好生物相容性、可降解性、生物吸附性的高分子聚合物聚丙烯酸作为模板在pb的一侧形成cu-mof，可以显著提高pb催化h2o2转化为高毒性羟基自由基的能力，铜离子的存在也可以消耗谷胱甘肽，进一步有助于羟自由基的累积。同时由于pb中fe2+及fe3+通过氰根电荷转移，可以用来发挥光热疗法。由于cu-mof的部分包覆，可以物理负载抗菌药物小檗碱(bbr)，得到负载了bbr的janus纳米药物载体(bbr@pbcm)，在808nm激光照射下pbcm与bbr协同发挥作用可以有效实现抗菌作用。同时由于bbr也具有抗癌的功效所以理论上由pbcm负载bbr构成的纳米药物也可用于癌症。

15、综上所述，本发明通过使用pb作为模板，利用paa的羧基与铜离子的配位作用，在pb的侧面生长一层cu-mof，创新性的制备了一种增强活性氧产生的janus纳米药物载体用于抗菌药物小檗碱(berberine，bbr)的递送，提高药物药效的同时实现高效的联合抗菌治疗。这种纳米药物载体不仅可以ph响应性释放铜离子协同增强pb的类fenton反应作用来实现化学动力学及光热抗菌治疗作用，同时可以实现抗菌药物小檗碱的缓释。这种联合抗菌治疗手段在提高药物药效的同时能够实现高效的联合抗菌治疗。

16、说明书附图

17、图1为实施例一制备的pb、pb-paa和pbcm的tem图像，a为pb，b为pb-paa，c为pbcm，d为pbcm的放大图像；

18、图2为cu-mof、实施例一制备的pb和pbcm的zeta电位对比；

19、图3为实施例一制备的pbcm的sem及tem图像，a为sem，b为tem；

20、图4为cu-mof水分散、实施例一制备的pb及pbcm的紫外可见吸收光谱；

21、图5为cu-mof、实施例一制备的pb及pbcm的傅立叶红外光谱图；

22、图6为实施例一制备的pb及pbcm的xrd图谱；

23、图7为实施例一制备的pbcm的xps的cu2p图谱；

24、图8为实施例一制备的pbcm光热升温的浓度依赖测试；

25、图9为实施例一制备的pbcm光热升温的功率依赖测试；

26、图10为实施例一制备的pbcm的升温-自然冷却曲线；

27、图11为实施例一制备的pbcm的光稳定性测试；

28、图12为在ph为5.4下，cu-mof、实施例一制备的pb及pbcm反应30min的活性氧产生情况，a为pb，b为cu-mof，c为pbcm；

29、图13为在ph为5.4下，不同浓度实施例一制备的pbcm反应30min的活性氧产生情况；

30、图14为在ph为5.4下，实施例一制备的pbcm在不同反应时间下的活性氧产生情况；

31、图15为h2o2浓度依赖的pbcm米氏常数拟合结果；

32、图16为在ph为5.4下，cu-mof、实施例一制备的pb及pbcm的gsh消耗情况；

33、图17为不同浓度实施例一制备的pbcm在弱酸性条件下的gsh消耗情况；

34、图18为bbr以水为溶剂的标准曲线；

35、图19为实施例二制备的bbr@pbcm光热/bbr/类fenton反应联合抗大肠杆菌的抗菌结果图；

36、图20为实施例二制备的bbr@pbcm光热/bbr/fenton反应联合抗金黄色葡萄球菌的抗菌结果图；

37、图21为实施例二制备的bbr@pbcm的溶血实验；

38、图22为实施例二制备的bbr@pbcm的细胞毒性实验；

39、图23为不同治疗组小鼠治疗过程中的伤口愈合情况；

40、图24为治疗第五天各组伤口组织处菌群生长代表性照片；

41、图25为不同治疗组小鼠在808nm激光照射下对应的实时热成像照片；

42、图26为不同治疗组小鼠在808nm激光照射下对应的温度变化曲线；

43、图27为不同治疗组小鼠治疗第3天和第8天的伤口组织h&e染色图片；

44、图28为不同处理组小鼠治疗过程中体重变化折线图；

45、图29为对照组与实验组小鼠在治疗第8天的主要器官h&e染色图片；

46、图30为不同处理组小鼠8天治疗结束后各项血液生化指标，a为总胆红素，b为丙氨酸转氨酶，c为天门冬氨酸转氨酶，d为碱性磷酸酶(alp)，e为crea，f为尿素；control，ⅰ为s.aureus+pbs+nir，ⅱ为s.aureus+pbs+h2o2，ⅲ为s.aureus+pbs+nir+h2o2，ⅳ为s.aureus+pb+nir+h2o2，ⅴ为s.aureus+cu-mof+nir+h2o2，ⅵ为s.aureus+pbcm+nir+h2o2，ⅶ为s.aureus+bbr@pbcm-100μg/ml+nir+h2o2，ⅷ为s.aureus+bbr@pbcm-200μg/ml+nir+h2o2、ⅸ：s.aureus+bbr。