一种用于光热治疗的纳米材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于纳米材料制备技术领域，特别涉及一种具有极高光热转换效率的Cu7S4纳米超晶格，可以应用于光热治疗。
技术背景
[0002]由于基于近红外纳米材料的光热烧蚀被认为是一种无损伤、无公害、高效率的癌症疗法，因此近红外光热纳米材料的设计、合成及组装引起了广泛的关注。迄今为止，为提高光热转换效率及增强对皮下肿瘤的热杀伤力，人们探索了大量具有近红外光强吸收的光热药剂。包括金纳米壳、金纳米棒、金纳米笼、分层的金纳米颗粒和空心的金纳米球在内的几种纳米结构已被用于近红外光热治疗的研究。虽然基于金的纳米结构具有不引起细胞结构明显变化的生物惰性和临床光热烧蚀的良好前景，但是这些材料在长期的激光照射下光稳定性不好，并且有潜在的长期毒性效应。包含碳纳米管、石墨烯在内的碳纳米材料具有良好的光热稳定性，但是使它们在水中单分散的氧化过程影响了它们的光热效果。
[0003]纳米材料的组成、形貌、表面修饰及组装是提高光热转换效率的关键因素。因此，需要理性的设计纳米结构，使其在近红外光照射下的光热效果达到最大化。由于局域表面等离子体共振效应，包括MoS2、WS2在内的半导体纳米材料不仅在近红外区有较强的吸收，而且光热转换效率优良，这引起了广泛的关注。近来，包括Cu9S5、Cu7。2S4、Cu2 xSe在内的铜的硫属化物纳米晶，其光热转换效率分别为25.7% (980nm) ,56.7% (980nm) ,22% (808nm)，以其低价、低毒、光热稳定的优势引起了特别的注意。据报道，增加Cu2xS纳米颗粒的尺寸可以增强光热转换效率，这说明组装纳米晶的操作将会影响局域表面等离子体共振效应及其导致的光热转换效率。另一方面，808nm的近红外光对人体的损害较小，并且血红蛋白和水对其吸收很小，可以更深入地穿透患病的器官和组织，所以808nm比980nm的近红外光更适用于体内治疗。因此，发展在808nm处具有高光热效率并且形貌可控的Cu2 XS纳米结构，是生物医学应用领域的重要需求。
【发明内容】
[0004]本发明为满足生物医学应用领域的需求，特别设计一种具有极高光热转换效率的Cu7S4纳米超晶格，可以应用于光热治疗。
[0005]本发明采用热分解单一前驱体的方法，得到疏水的Cu7S4纳米晶，在保持材料原有结构的前提下，通过包覆两亲性的高分子改变其表面性质，将其转化为水相，得到单分散的片状、棒状组装和纳米超晶格三种类型的纳米材料，该材料可应用于光热治疗。
[0006]本发明所述的用于光热治疗的纳米材料的制备方法，其具体步骤如下:
[0007]a.将4_6ml油胺、4_6ml十八稀、O-1OOmg的硫代乙酰胺和0.05-0.4mI的十二硫醇混合并缓慢搅拌，在150-210°C下注射10-20mg的Cu(S2CNBut2)前驱体，在145-190°C保持10_60min ；
[0008]b.反应自然冷却后，取出反应液离心，得到疏水的Cu7S4纳米晶，然后分散到氯仿中；
[0009]c.向1mL浓度为0.5-10mM的NaOH水溶液中加入PSImJ勺氯仿分散液和步骤b得到的疏水的Cu7S4纳米晶的氯仿分散液，其中PSI _含量为20-100mg，疏水的Cu 7S4纳米晶含量为2-10mg，超声分散；
[0010]d.最后在30-60°C下搅拌蒸掉氯仿，离心得用于光热治疗的纳米材料，将其分散到水中。
[0011 ] 所述的PSIqabi的制备方法为:50-70 °C条件下将1.2_2.0g聚琥珀酰亚胺溶于25-40mL四氢呋喃中，随后加入1.5-1.8mL油酸，混合物在85-120 °C条件下反应3_8h，冷却至室温，甲醇沉淀反应产物，离心分离即得PSImbi;聚琥珀酰亚胺数均分子量范围5000-7500 ο
[0012]步骤a中不加入硫代乙酰胺时，最终得到的用于光热治疗的纳米材料为片状。
[0013]步骤a中硫代乙酰胺加入量为0_30mg，且不包括O时，最终得到的用于光热治疗的纳米材料为棒状。
[0014]步骤a中硫代乙酰胺加入量为30_80mg，且不包括30时，最终得到的用于光热治疗的纳米材料为超晶格。
[0015]本发明的有益效果:本发明合成得到具有极高光热转换效率、卓越的光热稳定性以及良好的生物相容性的Cu7S4纳米结构。本发明首先得到具有不同形貌的疏水Cu 7S4纳米结构，然后在保持原有的形貌及光热转换效率的前提下，将其成功地转为水相。在相同条件下，单分散的片状和棒状组装的Cu7S4纳米颗粒的光热转换效率分别为48.62%和56.32%，而Cu7S4纳米超晶格在808nm的近红外光照射下的光热转换效率最强而且稳定，达到65.7%。将其应用于癌细胞的体外光热治疗表明该发明有希望成为光热治疗药剂，这将在材料科学、纳米科学及生物医药等领域引起广泛的关注。
【附图说明】
[0016]图1:实施例1-3合成的光热治疗的纳米材料分别分散在油相和水相的电镜图。
[0017]图2:光功率密度为lW/cm2的808nm近红外光照下，实施例1_3合成的光热治疗的纳米材料浓度为0.15mg/mL时的光热转换曲线。
[0018]图3:光功率密度为lW/cm2的808nm近红外光照下，实施例1_3合成的光热治疗的纳米材料浓度为0.15mg/mL时，360s内的升温曲线及360s后移除光照后的降温曲线。
[0019]图4:实施例3合成的光热治疗的纳米材料的光热转换曲线及光照前后实例照片，a、b分别为改变了纳米晶浓度和光功率密度的光热转换曲线，c图为日光下玻璃板上的BUCT字符，其中UT涂有实施例3合成的光热治疗的纳米材料，d图为c图所述的玻璃板在光功率密度为lW/cm2的808nm近红外光照Imin后的光热图像。
[0020]图5:光热消蚀海拉细胞的检测，在光功率密度为lW/cm2的808nm近红外光照5min后，无材料加入(a、d)、加入油相纳米材料(b、e)和加入实施例3合成的光热治疗的纳米材料(c、f)的海拉细胞光学照片。
【具体实施方式】
[0021]实施例1
[0022]a.将6ml油胺(OAM)、4ml十八烯(ODE)和(λ 08ml的十二硫醇(DDT)混合并缓慢搅拌，在205°C时注射15mg的Cu(S2CNBut2)前驱体，在190°C保持1min ；
[0023]b.反应自然冷却后，取出反应液离心(15000转/分)lOmin，得到疏水的Cu7S4纳米晶，然后分散到Iml氯仿中；
[0024]c.向1mL 1mM NaOH水溶液中加入包含30mg PSIm^P Img疏水的Cu 7S4纳米晶的氯仿分散液，超声(500W，6分钟)；
[0025]d.60°C下搅拌2h蒸掉氯仿，离心(12000转/分)1min得片状光热治疗的纳米材料，将其重新分散到2ml去尚子水中。
[0026]实施例2
[0027]a.将4ml油胺(OAM)、6ml十八烯(ODE)、13mg的硫代乙酰胺(TA)和0.1ml的十二硫醇(DDT)混合并缓慢搅拌，在160°C时注射15mg的Cu(S2CNBut2)前驱体，在145°C保持60min ；
[0028]b.反应自然冷却后，取出反应液离心(15000转/分)lOmin，得到疏水的Cu7S4纳米晶，然后分散到Iml氯仿中；
[0029]c.向1mL 0.5mM NaOH水溶液中加入包含40mg PSIm^P Img疏水的Cu 7S4纳米晶的氯仿溶液，超声(500W，6分钟)；
[0030]d.60°C下搅拌2h蒸掉氯仿。离心(12000转/分)1min得亲水纳米晶，得棒状光热治疗的纳米材料，将其重新分散到2ml去离子水中。
[0031]实施例3
[0032]a.将6ml油胺(OAM)、4ml十八烯(ODE)、75mg的硫代乙酰胺(TA)和0.4ml的十二硫醇(DDT)混合并缓慢搅拌，在200°C时注射15mg的Cu(S2CNBut2)前驱体，在190°C保持60mino
[0033]b.反应自然冷却后，取出反应液离心(15000转/分)lOmin，得到疏水的Cu7S4纳米晶，然后分散到Iml氯仿中；
[0034]c.向1mL 0.5mM NaOH水溶液中加入包含30mg PSIm^P 2mg疏水的Cu 7S4纳米晶的氯仿溶液，超声(500W，6分钟)；
[0035]d.60°C下搅拌2h蒸掉氯仿，离心(12000转/分)1min得亲水纳米晶，得超晶格光热治疗的纳米材料，将其重新分散到2ml去离子水中。
【主权项】
1.一种用于光热治疗的纳米材料的制备方法，其特征在于，其具体步骤如下: a.将4_6ml油胺、4_6ml十八稀、O-1OOmg的硫代乙酰胺和0.05-0.4mI的十二硫醇混合并缓慢搅拌，在150-210°C下注射10-20mg的Cu(S2CNBut2)前驱体，在145-190°C保持10_60min ； b.反应自然冷却后，取出反应液离心，得到疏水的Cu7S4纳米晶，然后分散到氯仿中； c.向1mL浓度为0.5-10mM的NaOH水溶液中加入PSIqabi的氯仿分散液和步骤b得到的疏水的Cu7S4纳米晶的氯仿分散液，其中PSI _含量为20-100mg，疏水的Cu 7S4纳米晶含量为2-1Omg，超声分散； d.最后在30-60°C下搅拌蒸掉氯仿，离心得用于光热治疗的纳米材料，将其分散到水中。2.根据权利要求1所述的一种用于光热治疗的纳米材料的制备方法，其特征在于，所述的PSImbi的制备方法为:50-70°C条件下将1.2-2.0g聚琥珀酰亚胺溶于25_40mL四氢呋喃中，随后加入1.5-1.8mL油酸，混合物在85-120°C条件下反应3_8h，冷却至室温，甲醇沉淀反应产物，离心分离即得？31_;聚琥珀酰亚胺数均分子量范围5000-7500。3.根据权利要求1所述的一种用于光热治疗的纳米材料的制备方法，其特征在于，步骤a中不加入硫代乙酰胺时，最终得到的用于光热治疗的纳米材料为片状。4.根据权利要求1所述的一种用于光热治疗的纳米材料的制备方法，其特征在于，步骤a中硫代乙酰胺加入量为0-30mg，且不包括O时，最终得到的用于光热治疗的纳米材料为棒状。5.根据权利要求1所述的一种用于光热治疗的纳米材料的制备方法，其特征在于，步骤a中硫代乙酰胺加入量为30-80mg，且不包括30时，最终得到的用于光热治疗的纳米材料为超晶格。
【专利摘要】本发明公开了一种可以应用于光热治疗的纳米材料及其制备方法，所设计材料具有极高的光热转换效率。本发明采用热分解单一前驱体的方法，得到疏水的Cu7S4纳米晶，在保持材料原有结构的前提下，通过包覆两亲性的高分子改变其表面性质，将其转化为水相，得到单分散的片状、棒状组装和纳米超晶格三种类型的纳米材料。在相同条件下，单分散的片状和棒状组装的Cu7S4纳米颗粒的光热转换效率分别为48.62％和56.32％，而Cu7S4纳米超晶格在808nm的近红外光照射下的光热转换效率最强而且稳定，达到65.7％。将其应用于癌细胞的体外光热治疗表明该发明有希望成为光热治疗药剂，这将在材料科学、纳米科学及生物医药等领域引起广泛的关注。
【IPC分类】B82Y30/00, C01G3/12
【公开号】CN105236466
【申请号】CN201510609744
【发明人】汪乐余, 崔家斌
【申请人】北京化工大学
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年9月22日