一种金/季碳点核壳纳米复合材料及其制备方法与流程

本发明属于纳米复合材料领域，涉及核壳型纳米复合材料，具体的说是一种金/季碳点核壳纳米复合材料及制备方法。

背景技术：

恶性肿瘤(癌)是当今社会严重威胁人类生命的主要疾病之一，由于对癌症的常规诊断方法灵敏度低、特异性不强，在癌细胞出现早期很难被检测到。所以，很多患者一旦查出被癌细胞感染，大都是中晚期，已经错过了治愈的最佳时期。另外，化疗是目前治疗肿瘤疾病的主要手段之一，但它是一种全身性的治疗方法，在杀害肿瘤细胞的同时，也将正常细胞和免疫细胞一同杀灭，所以化疗是一种“玉石俱焚”的治疗方法。近年来，热疗是研究者们研究较多的一种治疗癌症的方法，致热的方式按所采用的热源不同可以分为射频加热、超声加热、传统的全身性热疗和热灌注。然而，这些加热手段具有热场分布不均匀、加热效率低等缺点，有的方式甚至需要手术植入热源。因此，开发一种对人体伤害小、并能迅速杀死癌细胞和实时形态监测的抗癌细胞药物体系已经成为了目前肿瘤治疗方面研究的热点，对癌细胞的早期诊断和治愈有着非常重要的意义。

技术实现要素：

本发明是针对背景技术中提及的技术缺陷，一是提供一种金/季碳点核壳纳米复合材料，二是提供这种复合材料的制备方法。

该材料是以金纳米粒子为核、季碳点为壳制作而成的金/季碳点核壳纳米复合材料，其中：

金纳米粒子具有粒径大小可控，低毒，表面易被小分子、多肽、DNA、蛋白等修饰以及易重复合成等优点，更重要的是它具有近红外吸收功能，经近红外激光照射后，金纳米粒子将吸收的光能转化成热能，使局域范围内的温度升高，以杀死肿瘤细胞(肿瘤细胞在42 oC左右可被杀死)，抑制肿瘤组织的生长。金纳米粒子还可以携带抗癌化疗药物，靶向地将药物分子输送到癌细胞区域，特异性地杀死癌细胞，而对正常细胞基本不产生作用。

作为一切生物有机体的骨架元素，碳元素是构成生命所需要的重要元素之一。因此，相对其他元素构成的纳米材料，碳纳米材料的生物安全性高，对生命体的毒性也比较低。作为碳纳米材料家族中的新成员，碳点不仅表现出荧光稳定性高、耐光漂白、无光闪烁现象、发射波长可调控等优良的荧光性能，还具有毒性低、生物相容性好、低分子量和粒径小等特点，可以用作生物荧光监测，有望取代传统荧光染料和量子点而应用于生命科学领域。

为了实现上述发明目的，本发明所采取的技术方案是：一种金/季碳点核壳纳米复合材料，所述复合材料是以金纳米粒子为核、季碳点为壳制作而成的金/季碳点核壳纳米复合材料，该核壳纳米复合材料的粒径为60~320nm；其中金纳米粒子粒径为10~35nm，季碳点粒径为8~30nm。

该金/季碳点核壳纳米复合材料是以金纳米粒子为核、季碳点为壳制作而成的复合材料，该核壳纳米复合材料的粒径为60~320nm；其中金纳米粒子粒径为10~35nm，季碳点粒径为8~30nm；

所述金/季碳点核壳纳米复合材料的制备方法包括如下步骤：

(1)制备季碳点：将1-2g的盐酸甜菜碱溶于20-40mL的去离子水中，加入摩尔比为1：1的三羟甲基氨基甲烷，待完全溶解后，加入30-60mL的异丙醇，得到的浆状物在60~80 ^oC下真空干燥1~2天；干燥后用马弗炉在250 ^oC下加热得到褐色固体，将该褐色固体加入到其50-100倍量的去离子水中，形成的褐色分散液用丙酮沉淀，丙酮用量与褐色分散液中去离子水用量比例为1:1-2:1，室温干燥即得到深褐色粉末，即季碳点；

(2)制备金纳米粒子：首先将2-3g的田菁胶加入20-40mL去离子水中，以8000~15000rpm的转速进行离心分离5~12分钟，取上清液部分5~20mL，加入2~10mL浓度为2×10^-4~5×10^-3mol/L的氯金酸溶液，在50~90^oC下磁力搅拌2-5h，得到金纳米粒子溶胶；

(3) 制备金/季碳点核壳纳米复合材料：将0.02~0.1g的季碳点溶于20~100mL的去离子水中，然后加入5~20mL的金纳米溶胶，在探头超声波破碎仪中超声分散，调节溶液的pH在8~12之间，温度控制在50~80 ^oC，反应10-60min后离心分离，多次洗涤，得到金/季碳点核壳纳米复合材料。

所述探头超声波破碎仪的功率为5~250W，单次超声时间为3~10s，单次间歇时间为5~15s，总工作时间为10~60min。

所述季碳点为表面带有季铵基团的碳点。

本发明所公开的这种复合材料是将碳点和金纳米粒子进行复合制备成核壳结构的纳米复合材料，将使其同时具有稳定的荧光性、近红外吸收功能、粒子尺寸的单分散性、发射波长可控性、低毒性及良好的生物相容性，能够实现在近红外光的作用下进行癌细胞热疗的同时，在一定波段紫外光照射下实时监测其治疗情况；所公开的制备方法不仅减少对环境的污染，而且方便快捷，效率高，效果好。

附图说明

图1是本发明所述金/季碳点核壳纳米复合材料的形貌图。

图2是季碳点(a)、金纳米粒子(b)和金/季碳点核壳纳米复合材料(c)的荧光光谱（激发波长为365 nm）。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

参见附图1-2，这种复合材料的主要制备方案是：首先以无毒、生物相容性好、已被广泛应用于生物学领域的三羟甲基氨基甲烷和盐酸甜菜碱为原料来制备表面带有季铵基的荧光季碳点，其表面的季铵基，使季碳点在水中具有很好的分散性和离子交换的能力；所得季碳点粒子尺寸和表面电荷密度均一，即使在高温和高压条件下都具有较高的荧光稳定性；然后选用绿色环保的天然高分子化合物田菁胶为还原剂和稳定剂制备金纳米粒子，与传统的柠檬酸钠法相比，不仅可以减少对环境的污染，并且其生物相容性使所得材料更适宜应用于生物医学领域。最后，通过静电相互作用使季碳点均匀的沉积在带有负电荷的金纳米粒子表面，制备金/季碳点核壳纳米复合材料。其主要步骤为：分别制备季碳点和金纳米粒子，然后将二者复合，形成金/季碳点核壳粒子。其中的季碳点为表面带有季铵基团的碳点。

实施例1

(1) 季碳点的制备：

称取1g盐酸甜菜碱溶于20mL去离子水中，然后加入摩尔比为1：1的三羟甲基氨基甲烷，待完全溶解后，加入过量的异丙醇，得到的浆状物在70 ^oC下真空干燥36h。干燥后的粘性白色物质用马弗炉250 ^oC下加热2小时后得到褐色固体0.8g，将其加入50mL去离子水中，此处用到的去离子水的量是褐色固体重量的50-100倍，形成的褐色分散液用65mL的丙酮沉淀，丙酮与褐色分散液中去离子水的用量比例为1:1-2:1，室温干燥即可得到深褐色粉末，即季碳点。

(2) 金纳米粒子的制备：

称取2g田菁胶加入20mL去离子水中，用高速离心机以11000rpm的转速进行离心分离6分钟，取上清液10mL，向上清液中加入6mL浓度为7.29×10^-4mol/L的氯金酸溶液，在75^oC下磁力搅拌3h，得到金纳米粒子溶胶，带紫色。

(3) 金/季碳点核壳粒子的制备：

将0.05g(1)步制备的季碳点溶于30mL的去离子水中，然后加入8mL(2)步制备的金纳米溶胶，调节溶液的pH为10，在探头超声波破碎仪中超声分散，超声波破碎仪的功率设为50W，单次超声时间为8s，单次间歇时间为10s，总工作时间为45min，温度控制在65 ^oC左右，反应结束后离心分离，多次洗涤，得到金/季碳点核壳纳米复合材料。

实施例2

(1) 季碳点的制备：

称取1.5g盐酸甜菜碱溶于30mL去离子水中，然后加入摩尔比为1：1的三羟甲基氨基甲烷，待完全溶解后，加入过量的异丙醇，得到的浆状物在65 ^oC下真空干燥48h。干燥后的粘性白色物质用马弗炉250 ^oC下加热2小时后得到褐色固体1.2g，将其加入100mL去离子水中，此处用到的去离子水的量是褐色固体重量的50-100倍，形成的褐色分散液用150mL的丙酮沉淀，丙酮与褐色分散液中的去离子水的用量比例为1:1-2:1，室温干燥即可得到深褐色粉末，即季碳点。

(2) 金纳米粒子的制备：

称取2.5g田菁胶加入30mL去离子水中，用高速离心机以12000rpm的转速进行离心分离7分钟，取上清液15mL，向上清液中加入7mL浓度为1.05×10^-3mol/L的氯金酸溶液，在80^oC下磁力搅拌3.5h，得到金纳米粒子溶胶，带紫色。

(3) 金/季碳点核壳纳米复合材料的制备：

将0.06g(1)步制备的季碳点溶于35mL的去离子水中，然后加入10mL(2)步制备的金纳米溶胶，调节溶液的pH为10.5，在探头超声波破碎仪中超声分散，超声波破碎仪的功率设为100W，单次超声时间为6s，单次间歇时间为6s，总工作时间为30min，温度控制在60 ^oC左右，反应结束后离心分离，多次洗涤，得到金/季碳点核壳纳米复合材料。

实施例3

(1) 季碳点的制备：

称取2g盐酸甜菜碱溶于40mL去离子水中，然后加入摩尔比为1：1的三羟甲基氨基甲烷，待完全溶解后，加入过量的异丙醇，得到的浆状物在70 ^oC下真空干燥48h。干燥后的粘性白色物质用马弗炉250 ^oC下加热2小时后得到褐色固体1.4g，将其加入90mL去离子水中，此处用到的去离子水的量是褐色固体重量的50-100倍，形成的褐色分散液用120mL丙酮沉淀，丙酮与褐色分散液中去离子水的用量比例为1:1-2:1，室温干燥即可得到深褐色粉末，即季碳点。

(2) 金纳米粒子的制备：

称取2.2g田菁胶加入35mL去离子水中，用高速离心机以10000rpm的转速进行离心分离10分钟，取上清液15mL，向上清液中加入6mL浓度为2.28×10^-3mol/L的氯金酸溶液，在70^oC下磁力搅拌4h，得到金纳米粒子溶胶，带紫色。

(3) 金/季碳点核壳纳米复合材料的制备：

将0.08g(1)步制备的季碳点溶于40mL的去离子水中，然后加入15mL(2)步制备的金纳米溶胶，调节溶液的pH为11，在探头超声波破碎仪中超声分散，超声波破碎仪的功率设为150W，单次超声时间为8s，单次间歇时间为10s，总工作时间为40min，温度控制在65 ^oC左右，反应结束后离心分离，多次洗涤，得到金/季碳点核壳纳米复合材料。

实施例4

(1) 季碳点的制备：

称取1.8g盐酸甜菜碱溶于30mL去离子水中，然后加入摩尔比为1：1的三羟甲基氨基甲烷，待完全溶解后，加入过量的异丙醇，得到的浆状物在75 ^oC下真空干燥40h。干燥后的粘性白色物质用马弗炉250 ^oC下加热2小时后得到褐色固体1.3g，将其加入75mL去离子水中，此处用到的去离子水的量是褐色固体重量的50-100形成的褐色分散液用100mL的丙酮沉淀，丙酮与褐色分散液中去离子水的用量比例为1:1-2:1，室温干燥即可得到深褐色粉末，即季碳点。

(2) 金纳米粒子的制备：

称取2.1g田菁胶加入30mL去离子水中，用高速离心机以9000rpm的转速进行离心分离11分钟，取上清液12mL，向上清液中加入5mL浓度为9.06×10^-4mol/L的氯金酸溶液，在75^oC下磁力搅拌3h，得到金纳米粒子溶胶，带紫色。

(3) 金/季碳点核壳纳米复合材料的制备：

将0.045g(1)步制备的季碳点溶于22mL的去离子水中，然后加入6mL(2)步制备的金纳米溶胶，调节溶液的pH为10，在探头超声波破碎仪中超声分散，超声波破碎仪的功率设为160W，单次超声时间为7s，单次间歇时间为8s，总工作时间为45min，温度控制在70 ^oC左右，反应结束后离心分离，多次洗涤，得到金/季碳点核壳纳米复合材料。