本发明涉及生物材料，尤其涉及一种氧化铪/石墨烯量子点复合纳米材料及其制备方法和应用。
背景技术：
1、癌症是危害人类生命健康的全球性疾病，预计将取代心血管疾病成为全球第一大致死疾病。手术治疗、放射治疗和化学治疗是目前临床上常用的治疗癌症三种手段。目前在中晚期肿瘤治疗中，手术治疗仍然占主要地位，然而单纯的手术治疗存在较高的复发率和死亡率，术前术后的放射治疗和化学治疗起到了很好的补充作用。
2、放射治疗肿瘤是一种局部治疗方法，使用的放射线包括放射性同位素产生的α、β、γ射线和各类x射线治疗机或加速器产生的x射线、电子线、质子束、其它粒子束等。随着放射肿瘤学的发展，放射治疗的地位愈发增高，大约70％的肿瘤患者需要接受放射治疗。据世界卫生组织统计，目前可治愈的45％肿瘤患者中，22％是通过手术治愈，5％是通过化疗药物取得，而放射治疗则高达18％。
3、目前，医院常用高能x射线和γ射线进行放射治疗，其机制是通过射线与物质作用，产生光电子和次级电子，电子与周围物质作用生成活性氧或自由基，电子、活性氧、自由基诱导癌细胞凋亡和破坏肿瘤组织。然而，放射治疗有自身局限性：由于肿瘤的异质性及各种原因(例如肿瘤乏氧环境致使活性氧难以生成)引起的辐射抗性，临床中不得不增加放射剂量以提高疗效，而高辐射剂量对人体产生伤害。如何降低辐射剂量是放射治疗需解决的关键问题，其中，通过放疗增敏剂来增强放射治疗的效果是可行方案中的一种。高效吸收高能射线的放疗增敏剂与肿瘤细胞结合，促使产生更多的电子、活性氧、自由基等物质，因此，通过放疗增敏作用，放射线对肿瘤细胞的放射损伤效应增大，同时降低对正常组织的放射损伤。
4、化学治疗是利用化学药物阻止癌细胞的增殖、浸润和转移，直至最终杀灭癌细胞的一种全身性治疗方式。化学治疗也有自身局限性：临床使用的化疗药物绝大部分为小分子药物，小分子药物无差别进入肿瘤组织和正常器官，造成高毒副作用，而且，由于各种原因(例如癌细胞对低溶解性药物的溢出效应、肿瘤组织的乏氧及高浓度过氧化氢微环境等)，肿瘤对化疗药物产生耐药性。如何降低化疗药物的毒副作用和克服肿瘤对化疗药物的耐药性是化学治疗需解决的关键问题；其中，对小分子化疗药物进行聚型改造是现代医学常用的化疗解决方案，以期增强化疗药物的疗效并降低毒副作用。把化疗药物搭载于高溶解性纳米平台，形成纳米化疗药物，使之被动或主动靶向于肿瘤组织，这是化疗药物聚型改造的研究热点。
5、带有重元素的纳米材料的小尺寸效应使得它对放射线的吸收增加，直接提升了辐射效率，引起dna的损伤，而且，纳米材料的表面原子高度活泼，表面能和表面结合能增加，使其表面易于功能化，成为新型药物运输载体。近年来，对纳米药物的研究趋势已由单一疗法转向多治疗策略的联合疗法,一次给药即可实现多重治疗效果。可以预见，放疗增敏剂和化疗药物耦合于高溶解性纳米平台，并聚集于肿瘤组织，将实现放疗-化疗的1+1>2联合治疗效果。
技术实现思路
1、鉴于此，本发明针对现有技术中具有放疗增敏作用的纳米氧化铪难以批量合成、稳定性差、溶解性低等癌症临床治疗上的用药问题，为解决现有技术的不足，本发明提供一种氧化铪/石墨烯量子点复合纳米材料以及其简便高剂量的制备方法；进一步利用上述纳米平台有效负载和助溶化疗药物，使复合物被动或主动靶向于肿瘤组织，实现放疗-化疗的1+1>2联合治疗效果。
2、一方面，本发明提供了一种氧化铪/石墨烯量子点复合纳米材料，所述复合纳米材料包括纳米氧化铪和石墨烯量子点；
3、所述纳米氧化铪的化学式为hfo2-x，其中，0≤x<1；
4、所述石墨烯量子点包裹在所述纳米氧化铪的外围。
5、可选地，所述石墨烯量子点与所述纳米氧化铪配位络合。
6、可选地，x独立地选自0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9中的任意值或任意两者之间的范围值。
7、可选地，所述纳米氧化铪在所述复合纳米材料中的含量为45wt％以上。
8、可选地，所述纳米氧化铪在所述复合纳米材料中的含量为45wt％～90wt％。
9、可选地，所述纳米氧化铪在所述复合纳米材料中的含量独立地选自45wt％、46wt％、47wt％、48wt％、49wt％、50wt％、51wt％、52wt％、53wt％、54wt％、55wt％、56wt％、57wt％、58wt％、59wt％、60wt％、61wt％、62wt％、63wt％、64wt％、6wt 5％、66wt％、67wt％、68wt％、69wt％、70wt％、71wt％、72wt％、73wt％、74wt％、75wt％、76wt％、77wt％、78wt％、79wt％、80wt％、81wt％、82wt％、83wt％、84wt％、85wt％、86wt％、87wt％、88wt％、89wt％、90wt％中的任意值或任意两者之间的范围值。
10、可选地，所述纳米氧化铪的粒径为2～5nm。
11、可选地，所述复合纳米材料的水溶液中，全部溶质通过220nm孔径的微孔滤膜。
12、可选地，所述复合纳米材料的水溶解度大于80mg/ml。
13、可选地，所述复合纳米材料的水溶解度为80～250mg/ml。
14、可选地，所述复合纳米材料的水溶解度独立地选自80mg/ml、90mg/ml、100mg/ml、110mg/ml、120mg/ml、125mg/ml、130mg/ml、135mg/ml、140mg/ml、145mg/ml、150mg/ml、155mg/ml、160mg/ml、165mg/ml、170mg/ml、175mg/ml、180mg/ml、185mg/ml、190mg/ml、195mg/ml、200mg/ml、210mg/ml、220mg/ml、230mg/ml、240mg/ml、250mg/ml中的任意值或任意两者之间的范围值。
15、可选地，所述石墨烯量子点含有羧基、羟基、氨基、吡咯。
16、可选地，所述复合纳米材料经高分辨透射电镜观察分析，纳米氧化铪为(-1 1 1)晶面，晶格间距为石墨烯量子点为(1 0 2)晶面，晶格间距为
17、可选地，所述复合纳米材料经红外光谱分析，在红外光谱图800cm-1之前出现hf-o伸缩振动峰，包括540±10cm-1、692±10cm-1、791±10cm-1；
18、在红外光谱图800cm-1之后出现石墨烯量子点的特征振动峰，包括：850～1000cm-1波段的c-h、n-h和o-h面外弯曲振动峰；1000～1260cm-1波段的c-c、c-n和c-o的伸缩振动峰；1400±10cm-1和1625±10cm-1的羧基的对称和反对称伸缩振动峰；2900～3700cm-1波段的c-h、n-h和o-h伸缩振动峰。
19、可选地，所述复合纳米材料经光电子能谱测试分析，包括：c1s的高分辨光电子能谱观察到c-c/c＝c、c-o/c-n、c＝o/c＝n各种化学键，其结合能分别在284.8±1ev、286.4±1ev和288.6±1ev；n1s的高分辨光电子能谱观察到共轭氮或吡咯氮、氨基氮的存在，其结合能分别在399.7±1ev和401.3±1ev；o1s的高分辨光电子能谱观察到与铪和碳键合的氧的化学环境，其结合能分别在530.0±1ev和531.6±1ev；hf4f的高分辨光电子能谱说明体相氧化铪和带氧空位氧化铪的存在，其结合能分别在17.0±1ev和18.7±1ev。
20、本发明提供的上述复合纳米材料，该材料由石墨烯量子点保护纳米氧化铪得到的产物，氧化铪在纳米复合物中的含量高达45％以上。
21、本发明利用高溶解性和生物相容的石墨烯量子点(graphene quantum dots,gqds)有力保护纳米氧化铪、防止纳米氧化铪的团聚并促进其溶解，同时，gqds也具有放疗增敏作用，内在机制是：具有半导体性能的gqds在高能射线作用下产生活性氧，使溶酶体破裂，释放组织蛋白酶，引起细胞凋亡。具体的，纳米氧化铪受外围石墨烯量子点保护，形成的纳米复合物为水溶性纳米材料，石墨烯量子点中的羧基、羟基、氨基等基团增加纳米复合物的分散性和溶解性，纯化的产物均匀地分散在纯水溶剂中，水溶解度大于80mg/ml，全部溶质能通过220nm孔径的微孔滤膜，放置2个月后无沉集现象。
22、第二方面，本发明提供了上述复合纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
23、含有铪源、有机阴离子、碱性前驱体的混合物在密闭条件下，经过溶剂热反应后，得到所述复合纳米材料。
24、可选地，所述铪源选自氯化铪、氯氧化铪和硫酸铪中的至少一种。
25、可选地，所述有机阴离子选自柠檬酸阴离子和/或乙二胺四乙酸阴离子。
26、可选地，所述柠檬酸阴离子选自柠檬酸、柠檬酸三胺、柠檬酸氢二胺中的至少一种。
27、可选地，所述碱性前驱体选自柠檬酸三胺、柠檬酸二胺、尿素、硫脲以及二氰二胺中的至少一种。
28、可选地，所述铪源、所述有机阴离子、所述碱性前驱体的摩尔比为1：2～3：2～6。
29、可选地，所述铪源、所述有机阴离子、所述碱性前驱体的摩尔比为1：2～2.5：2.5～6。
30、可选地，所述铪源、所述有机阴离子、所述碱性前驱体的摩尔比为1：2：4～6。
31、可选地，所述铪源、所述有机阴离子、所述前驱体的摩尔比为1：2.5：2.5～3.3。
32、可选地，所述溶剂热反应的温度为160～250℃；所述反应的时间为8～12h。
33、可选地，所述溶剂热反应的温度为180～250℃；所述溶剂热反应的时间为8～24h。
34、可选地，所述溶剂热反应的温度为160～220℃。
35、可选地，所述溶剂热反应的温度独立地选自160℃、170℃、180℃、185℃、190℃、195℃、200℃、205℃、210℃、215℃、220℃、225℃、230℃、235℃、240℃、245℃、250℃中的任意值或任意两者之间的范围值。
36、可选地，所述溶剂热反应的时间独立地选自8h、8.5h、9.0h、9.5h、10.0h、10.5h、11.0h、11.5h、12.0h、16.0h、20.0h、24.0h中的任意值或任意两者之间的范围值。
37、可选地，所述溶剂热反应后的产物还经过纯化过程，得到纯化后的复合纳米材料；所述纯化过程包括过滤、真空旋蒸、超滤。
38、本发明提供了一种具体的氧化铪/石墨烯量子点纳米材料的制备方法，其基本原理和步骤包括：
39、氧化铪/石墨烯量子点纳米材料的制备方法，基本原理和步骤包括：
40、1)氯化铪、氯氧化铪、硫酸铪等含铪化合物与有机阴离子(如柠檬酸阴离子、乙二胺四乙酸阴离子等)混合，有效络合保护铪离子，避免铪离子在中性或碱性溶液中快速产生氢氧化铪、氧化铪等沉淀；
41、2)加入乙二胺四乙酸、柠檬酸胺、尿素、硫脲、二氰二胺等碱性前驱物，进行高温溶剂热反应，这些前驱物分解产生氨气等碱性物质，使溶液逐渐由酸性变为中性或弱碱性，促使铪络合物在高温条件下形成纳米氧化铪，同时，乙二胺四乙酸、柠檬酸、柠檬酸胺、尿素、硫脲、二氰二胺等物质聚合形成高溶解性石墨烯量子点，聚集于纳米氧化铪周围，避免形成氧化铪沉淀；
42、3)氧化铪/石墨烯量子点复合纳米材料的纯化：溶剂热反应后的溶液通过过滤、真空旋蒸、超滤等方法除去大颗粒沉淀、挥发性物质、有机小分子、无机盐等杂质，得到纯净的氧化铪/石墨烯量子点复合纳米材料。
43、本发明能够克级别得到纯纳米材料，而且产率较高，以铪化合物原料为基准计算得到的产率高于60％。
44、本发明在合成过程中，优选柠檬酸阴离子，使其与硬酸铪离子配位，原料可选用柠檬酸、柠檬酸三胺、柠檬酸氢二胺等物质。热解产生碱性物质的前驱物包括柠檬酸三胺、柠檬酸氢二胺、尿素、硫脲、二氰二胺等物质。柠檬酸三胺、柠檬酸氢二胺等单一物质在高温合成过程中产生氨气，溶液逐渐变为中性或弱碱性。额外加入的尿素、硫脲、二氰二胺等前驱物的含量需要调控，以保证适中碱性物质的生成，同时，避免溶液碱性过强而产生不溶解的氧化铪沉淀。以210度水热反应10小时为例，在60ml水中加入氯氧化铪、柠檬酸、尿素的量分别为6mmol、12mmol、24mmol,最后的反应溶液为澄清黄色溶液，几乎无沉淀生成，如果尿素加入量变为36mmol，最后的反应溶液有大量沉淀生成。另一实例，在60ml水中加入氯氧化铪、柠檬酸、二氰二胺的量分别为6mmol、15mmol、15mmol，210度水热反应10小时后溶液为澄清黄色溶液，几乎无沉淀生成，如果二氰二胺加入量变为20mmol，最后的反应溶液有大量沉淀生成。在水热反应过程中，低温(如160度)不利于纳米氧化铪的形成，或颗粒度过小，致使之后纯化得到的样品产率不高，另一方面，高温会促使产生更多的碱性物质，从而形成过多的氧化铪沉淀，因此，优选水热温度为160～220度。
45、第三方面，本发明提供了上述复合纳米材料在制备抗肿瘤药物中的应用。
46、可选地，所述复合纳米材料作为纳米平台负载化疗药物。
47、可选地，所述化疗药物与所述复合纳米材料的质量比为1:10～40。
48、可选地，所述化疗药物与所述复合纳米材料的质量比独立地选自1：10、1：20、1：30、1：40中的任意值或任意两者之间的范围值。
49、本发明提供的氧化铪/石墨烯量子点复合纳米材料在抗肿瘤药物中的应用，包括自身的放疗增敏作用和其作为纳米平台负载抗肿瘤药物的应用。
50、可选地，所述化疗药物选自顺铂、奥沙利铂、奈达铂、卡铂、阿霉素、表柔比星、伊达比星、柔红霉素、米托蒽醌、紫杉醇、多西他赛、道诺霉素、盐酸吉西他滨、长春新碱、伊立替康、舒尼替尼、喜树碱、阿糖胞苷、博来霉素、5-氟尿嘧啶(5-fu)、埃博霉素、吉非替尼以及拉帕替尼中的至少一种。
51、可选地，所述复合纳米材料与铂类药物配位负载。
52、可选地，所述复合纳米材料与蒽醌类药物通过静电作用和超分子作用负载。
53、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
54、1)本发明提供的一种复合纳米材料，由于含有高效吸收高能射线的重原子铪(hf,z＝72)，而且耐强酸强碱、易排泄、对人体无毒副作用，纳米氧化铪(hfo2-x,0≤x<1)是有一种极有应用前景的放疗增敏剂。另一方面，单一纳米氧化铪易团聚、溶解性低，加入生物兼容的表面活性剂以提高其稳定性和溶解性，因此，高剂量合成高溶解性、生物兼容的复合物可以有效解决纳米氧化铪临床放疗增敏的用药问题。本发明利用高溶解性和生物相容的石墨烯量子点(graphene quantum dots,gqds)有力保护纳米氧化铪、促进纳米氧化铪的团聚并促进其溶解。此外，本发明利用石墨烯量子点的特殊基团和构型，使hfo2-x@gqds纳米平台有效负载顺铂、阿霉素等经典化疗药物，在解决癌症用药问题的同时，有望实现放疗-化疗的1+1>2联合治疗效果。
55、2)本发明提供的一种复合纳米材料的制备方法，通过高温溶剂热法和切向流超滤可以克级别得到氧化铪/石墨烯量子点纳米复合物hfo2-x@gqds，以铪化合物原料为基准，计算得到的产率约为60％，而且氧化铪在纳米复合物中的含量高达45％以上。
1.一种氧化铪/石墨烯量子点复合纳米材料，其特征在于，所述复合纳米材料包括纳米氧化铪和石墨烯量子点；
2.根据权利要求1所述的氧化铪/石墨烯量子点量子点复合纳米材料，其特征在于，所述纳米氧化铪在所述复合纳米材料中的含量为45wt％～90wt％；所述纳米氧化铪的粒径为2～5nm；
3.根据权利要求1所述的氧化铪/石墨烯量子点复合纳米材料，其特征在于，所述复合纳米材料经高分辨透射电镜观察分析，纳米氧化铪为(-11 1)晶面，晶格间距为石墨烯量子点为(1 0 2)晶面，晶格间距为
4.权利要求1～3任一项所述的一种氧化铪/石墨烯量子点复合纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述铪源选自氯化铪、氯氧化铪和硫酸铪中的至少一种；
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述铪源、所述有机阴离子、所述碱性前驱体的摩尔比为1：2～3：2～6；
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂热反应的温度为180～250℃；所述溶剂热反应的时间为8～24h；
8.权利要求1～3任一项所述的复合纳米材料在制备抗肿瘤药物中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述复合纳米材料作为纳米平台负载化疗药物；所述化疗药物与所述复合纳米材料的质量比为1:10～40。
10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述化疗药物包括顺铂、奥沙利铂、奈达铂、卡铂、阿霉素、表柔比星、伊达比星、柔红霉素、米托蒽醌、紫杉醇、多西他赛、道诺霉素、吉西他滨、长春新碱、依立替康、舒尼替尼、喜树碱、阿糖胞苷、博来霉素、5-氟尿嘧啶、埃博霉素、吉非替尼以及拉帕替尼中的至少一种；
