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编辑|秋稷始
前言
控制药物释放和协同治疗对于提高肿瘤治疗的疗效具有重要影响，本研究开发了一种新型的近红外光控制的多功能纳米平台，用于肿瘤的协同化学光热疗法，在该纳米系统中，阿霉素盐酸盐，全氟戊烷同时被加载到介孔SiO2通道中作为第一步。
在其表面涂覆了聚多巴胺层作为门控器，以减少药物在生理温度下的过早释放，在808 nm NIR照射下，纳米平台核心的金纳米棒表现出较高的光热转化效率，既可以为光热疗法提供热量，又可以分解聚合物PDA以释放介孔SiO2通道中的DOX。
最重要的是，GNR的光热转化还可以导致PFP的液-气相转变，产生气泡加速DOX的释放，从而实现肿瘤的化疗，随后的协同化学光热疗法，显示出良好的抗癌活性，近红外触发的多功能纳米平台对于未来的药物输送和癌症治疗具有重要意义。
全球癌症的发病率和死亡率正在上升，并很快将成为主要死因 ，临床上用于治疗转移性癌症的现有疗法包括激进手术、放射治疗和化学疗法，化学疗法是临床应用中常见的肿瘤治疗方法，依靠化学药物有效杀灭癌细胞。
尽管化学疗法是临床癌症治疗的主要方法，但仍存在非特异性生物分布、毒副作用、易产生药物抗性和有效浓度较低等问题 ，随着医学领域对癌症治疗新方法的不断探索，基于纳米材料的光热疗法取得了出色的成果。
PTT引起了广泛关注，它利用新型近红外激光光吸收剂实现对癌细胞的激光热消融，在这个过程中，一旦肿瘤组织暴露在NIR光下，由激光光吸收剂产生的高温，将损坏癌细胞的细胞膜结构和亚细胞结构，导致癌细胞内部组织结构破坏和细胞活性丧失。
虽然对健康器官和组织毒性较小，但单独使用PTT通常无法达到预期效果 ，在PTT期间，由于肿瘤内部热量传递和物质分布不均匀，通常会出现肿瘤不完全破坏和癌细胞复发，一个将PTT和化疗相结合的单一纳米诊断系统有望成为提高整体疗效的前景性研究方法。
已经广泛报道了大量药物输送系统，可以应用于有效的综合协同治疗，包被二氧化硅壳层的金纳米棒，修饰的金纳米颗粒中空碳系统和胶束，基于金的纳米材料不仅可以作为优秀的光热转换材料，还可以作为稳定的药物载体。
基于金的纳米材料已成为化疗-光热诊断方法中的优质材料，pH和光热均对药物释放具有响应性，但药物释放速率仍受限于这些药物输送过程，增加药物释放速率是一个紧迫的问题。
设计药物载体的内部结构和组成，以直接促进药物的快速释放，被认为是一种有前景的策略。各种载药泡泡广泛应用于超声成像对比剂，由于泡泡的高成像质量，治疗剂可以实现更精确的超声成像和治疗。
超声与泡泡结合通过泡泡的空化作用与细胞相互作用介导细胞内药物输送，在光热效应下，全氟正戊烷促进纳米材料的膨胀和阿霉素盐酸盐的释放。
一种基于介孔二氧化硅包覆的金纳米棒，的近红外光控制联合治疗纳米平台，用于肿瘤的协同化疗-光热疗法，在这个纳米系统中，阿霉素盐酸盐和全氟正戊烷同时被加载到介孔二氧化硅的孔道中作为第一步。
聚多巴胺被接枝在表面上，作为中性pH下孔道的门卫，PDA对pH非常敏感，因此药物分子会在较低的pH下释放，之前关于使用泡泡促进药物释放的多功能平台的报告相对较少。
GNR在近红外光的激发下发生光热转换，产生大量热量，导致全氟正戊烷的相变，由全氟正戊烷相变产生的大量气泡促进了介孔二氧化硅通道中DOX的释放，PDA被用于在生理温度下封装和携带DOX分子，避免过早释放。
GNR的热效应和全氟正戊烷产生的气泡削弱了药物和介孔二氧化硅之间的静电作用力，在存在全氟正戊烷和近红外光的情况下，药物的释放量非常大，随着静电效应的减弱，DOX从多功能平台中分离并迅速释放。
GNR的热效应还可以继续对肿瘤进行热治疗，从而实现联合光热疗法和高效化疗，用于癌症治疗。
实验部分
化学品和材料
氯金酸水合物、阿霉素和四氢硼酸钠从Adamas获得，溴化十六烷基三甲基铵、硝酸银、抗坏血酸、氢氧化钠和正硅酸四乙酯分别从Sigma、中国医药集团化学试剂有限公司、General-Reagent、Alfa和Aldrich获得。
三甲基氨甲醇从中国医药集团化学试剂获得，全氟正戊烷从上海法科拉科技有限公司购买，胎牛血清和杜氏改良鹰精培养基从GIBCO Life Technologies购买，CCK-8试剂盒和Calcein-AM/PI从Dojindo Laboratories获得。
表征技术
使用透射电子显微镜观察纳米材料的显微形态，使用紫外可见分光光度计，测量吸收光谱，傅里叶变换红外光谱仪用于表征光谱，使用Tecan微孔板测量细胞活性，使用奥林巴斯激光扫描共聚焦显微镜成像系统拍摄细胞图像。
金纳米棒是通过种子介导法制备的，在此基础上进行了一些改进，第一步是制备种子溶液，将0.25 ml的0.01 M HAuCl4 · xH2O分散在9.75 ml的0.01 M CTAB中，然后转移到一个25 ml的圆底烧瓶中。
轻轻搅拌2分钟后，加入0.6 ml的0.01 M NaBH4用，并持续搅拌10分钟，搅拌后，将溶液静置3小时室温下，获得种子溶液，将10 ml的HAuCl4与190 ml的CTAB一起在磁力搅拌下混合，然后加入2 ml的AgNO3直至均匀混合。
添加1.1 ml的L-AA后，溶液的颜色从黄色变为无色，将0.24 ml的事先制备好的种子溶液加入上述混合物中，在30°C下轻微振荡24小时制备金纳米棒，在纳米颗粒表面上合成介孔硅的生长机制。
主要包括三个阶段：硅聚合过程、硅/CTAB颗粒的自组装过程以及随后的硅/CTAB颗粒聚集过程 ，由于金纳米棒主要被CTAB包围，硅/CTAB颗粒会自动聚集在金纳米棒表面，从而限制了游离硅纳米颗粒的形成 。
金纳米棒溶液中的CTAB浓度在硅层形成过程中起着至关重要的作用,在一定的CTAB胶束浓度之后，金纳米棒表面不会形成硅层 ，为了控制CTAB的浓度，金纳米棒溶液被洗涤两次并浓缩至20 ml。
将200 µl的CTAB注入浓缩的金纳米棒溶液中，使CTAB的浓度为1 mM，溶液在搅拌过夜后达到表面的平衡，溶液的pH值通过滴加200 µl的NaOH溶液来控制，然后注入400 µl的20% TEOS-甲醇混合溶液，并继续搅拌24小时以得到最终的样品。
结果和讨论
在mSiO2涂层过程中，GNR周围形成了CTAB层，这是由mSiO2形成的有机模板，透射电子显微镜图像显示成功制备了GNR和GNR@mSiO2，均匀的二氧化硅层约20 nm厚，并由无序介孔组成，它自然地作为药物载体使用。
氮吸附/脱附等温线的结果显示，介孔二氧化硅的平均孔径约为2.19 nm，制备的GNR在近红外区域具有纵向表面等离子共振峰值。
包覆了二氧化硅壳的GNR@mSiO2显示出小的红移，这也验证了相应的理论模拟结果，由于GNR@mSiO2中GNR之间的距离较大，聚集现象不会影响NIR窗口中SPR峰的位置。
在NIR光激活下，抗癌药物被释放，通过精确控制光的区域、时间和剂量，可以实现对药物的精确控制，根据DOX的拟合标准曲线计算DOX的释放量，应用FTIR技术验证了由PDA壳改性的PFP@GNR@mSiO2的成功合成。
1500 cm^-1处的吸收峰表明了C=C共振振动与PDA的N–H弯曲振动的重叠，图像中可以看到颗粒表面的粗糙性，表明PDA成功地包覆在介孔二氧化硅表面上。
光热转换和药物释放
GNR具有优异的性能，当激光波长与其LSPR峰值匹配时，可以有效将光能转化为热能，通过紫外光谱进行表征，GNR和GNR@mSiO2在近红外范围内显示强烈的吸收，通过近红外激发可以实现更好的光热效应。
实验评估了GNR和GNR@mSiO2的光热性能，利用热电偶评估了GNR和GNR@mSiO2在近红外连续波长激光照射下的光热转化效应，在一定功率下，GNR和GNR@mSiO2溶液的温度随着浓度的增加而升高。
GNR包覆介孔二氧化硅后的光热效应几乎没有减弱，在808 nm的激光照射下，经过7分钟的照射，GNR@mSiO2溶液的温度从20°C升高到27°C，可以得出结论：硅化物包覆后的GNR仍然表现出良好的光热效应。
为了深入研究GNR@mSiO2的光热效应，我们观察了GNR@mSiO2在808 nm照射下的温度变化，并根据先前报道的方法进行了时间拟合，根据冷却阶段的线性时间数据与驱动力温度的负对数之间的关系。
得到了系统传热的时间常数τs = 363 s，将τs的值代入公式，得到mH为2 g，CH为4.2 J g−1，可以得到hM的值。然后将hM的值代入公式，GNR@mSiO2的光热转化效率达到了44.85%。
与其他用作光热治疗载体的材料相比，如Cu2−xSe纳米晶体和Cu9S5纳米晶体，GNR@mSiO2纳米材料的光热效率要高得多，PFP的沸点为29°C。
静脉注射后，当血压升高时，PFP的沸点升高到40-50°C，当GNR@mSiO2暴露在近红外光下时具有光热效应，并能达到PFP的相变温度，促进DOX的释放，为进一步研究GNR@mSiO2-DOX/PFP纳米粒子作为治肿瘤疗药物载体的其他用途。
通过热效应促进近红外下的气泡生成，我们使用显微镜在玻璃片上收集了不同浓度的GNR@mSiO2-PFP溶液的图像在激光照射之前，基本上没有气泡生成。
在近红外照射后，通过显微镜观察到GNR@mSiO2-PFP溶液中产生了大量气泡，并逐渐增多，在激光照射后，溶液温度达到相变剂的气化阈值，PFP发生相变，气泡从GNR@mSiO2-PFP释放出来。
在功率密度为2 W cm−2的条件下，随着GNR@mSiO2-PFP溶液浓度的增加，气泡数量增加。在不同浓度的GNR@mSiO2-PFP溶液的激光照射下，产生的气泡数量随着GNR@mSiO2-PFP溶液浓度的持续增加而增加。
对气泡产生的数量进行了量化，在一定功率下，气泡数量随着浓度的增加而增加，气泡数量随浓度的增加而增加，为加速DOX的释放提供了条件，进一步证实了PFP在GNR的热效应下加速药物释放的作用。
为了研究GNR@mSiO2-DOX/PFP中DOX的释放特性，我们还选择了不含PFP的GNR@mSiO2-DOX作为对照，两种材料在激光照射下都会有DOX的释放，在808 nm激发下，GNR@mSiO2-DOX/PFP释放的DOX量远远优于同样释放时间内GNR@mSiO2-DOX释放的DOX量。
通过紫外光谱仪定量分析环境中释放的剂量，在短时间内，GNR@mSiO2-DOX/PFP在激光照射下的释放速率接近50%，在酸性环境中，GNR@mSiO2-DOX系统在5小时内只能释放28%的DOX 。
GNR@mSiO2-DOX/PFP是一个优秀的药物输送系统，能够有效缩短药物释放时间，具有广阔的应用前景，还进一步研究了酸性和光触发的药物释放，在pH 5.7条件下，与无照射相比，GNR@mSiO2-DOX/PFP纳米粒子在近红外光照射下释放了超过70%的DOX。
体外抗肿瘤活性
在细胞计数试剂盒-8的实验中，通过测定GNR@mSiO2-DOX/PFP对HeLa细胞的毒性，得到了以下结果：可以看出，细胞与GNR@mSiO2纳米颗粒和GNR@mSiO2-DOX纳米颗粒共培养时，细胞存活率没有明显变化。
随着它们的浓度增加，细胞存活率没有明显下降，说明它们具有良好的生物相容性，随着GNR@mSiO2-DOX/PFP纳米颗粒浓度的增加，细胞存活率逐渐下降，无需NIR照射即可表明GNR@mSiO2-DOX/PFP纳米颗粒具有细胞毒性。
而PFP本身基本无毒性，这表明PFP的部分相变可能促使释放少量DOX，从而导致细胞存活率降低，PDA具有生物相容性，在微弱酸性环境中降解，因此是防止DOX泄漏的最佳聚合物。
PDA是一种有潜力的分子，可以作为粘附层，用于封装DOX分子并在中性pH值下储存，在酸性环境中，PDA薄膜会解体，PDA包裹的GNR@mSiO2-DOX/PFP增加了细胞存活率超过85%。
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