一种BSA‑CuS纳米复合材料的制备方法及其应用与流程

本发明涉及纳米材料制备技术领域，具体涉及的是一种具有近红外吸收功能、光热转换性能的BSA-CuS纳米复合材料的制备方法及其应用。

背景技术：

目前，恶性肿瘤已经成为导致人类死亡的主要疾病之一。世界卫生组织发表的《全球癌症报告2014》指出，自2012年来，全球癌症患者和死亡人数都在令人不安的增加，新增癌症病例有近一半出现在亚洲。其中，中国的新增癌症病例高居第一位。如果缺少癌症治疗的有效措施，随当前的发展趋势，预计至2025年，全球癌症病例将达1900万人，至2035年将达2400万人。

目前的癌症治疗主要以外科手术、放射线治疗及化学治疗为主。但由于存在严重的副作用，对人体伤害较大，常造成治疗效果不佳，疾病无法有效根治及病人存活时间短等情况。近年来，随着纳米生物医学的迅猛发展，纳米技术为癌症治疗提供了有效工具。

光热治疗(PTT)作为一个可靶向治疗癌细胞而不会引起全身反应的微创技术近年来引起了广泛的关注。目前，有四种纳米材料对癌细胞显示出了良好的光热疗效，其中包括贵金属纳米材料(如金纳米棒，金纳米笼，金纳米星等)、碳纳米材料(如碳纳米管，石墨烯和碳点等)、有机复合纳米材料(如有机小分子聚集体和有机共轭高分子)和半导体复合纳米材料(如硫化铜和硫化硒等)。由于半导体复合纳米材料的低成本性和高稳定性，可以作为其它光热试剂的替代品。半导体复合纳米材料主要包括CuS、CuSe等，其中CuS纳米材料由于其具有独特的物理性质和广阔的应用前景引起了科学界的广泛关注，该材料在近红外区具有较好的光热效应，且合成工艺简单，相比以贵金属为基础合成的纳米晶，CuS纳米材料的组成元素成本更低，而且CuS可通过氧化还原反应调节其在近红外区的局部表面等离子共振，即CuS的光学性能可调。调整CuS纳米材料在近红外区的吸收并将其注射到一定深度的生物组织中去，用适当的近红外光照射，使其进行光热转换以达到治疗目的。这清晰地展示了CuS纳米材料在癌症治疗方面的诱人前景。

目前CuS纳米粒子的制备方法主要包括沉淀法、固相法、水热法、乳液法以及模板法等，利用上述这些方法合成的CuS纳米粒子的形态各异，尺寸也各不相同，存在易团聚等缺点，有些方法还存在反应时间长、实验设备要求高及使用有机溶剂等问题。特别是对于生物医学应用而言，具有良好的生物相容性和表面修饰能力，是其生物应用的一个必要条件。由此，我们提供一种简单便捷、绿色环保的合成方法来制备稳定的、生物相容性的CuS纳米粒子(平均粒径在20nm左右)。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种BSA-CuS纳米复合材料的制备方法，该制备方法绿色环保、工艺简单，反应条件温和，制备周期短，成本低廉，得到的复合材料具有近红外吸收功能、良好的溶液分散性及生物相容性，该纳米复合材料可应用于肿瘤的光热治疗。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种BSA-CuS纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将浓度为5-10mM的铜盐溶液加至BSA溶液中，室温下搅拌10-30min，得到生成有BSA-Cu结合物的BSA-Cu悬浊液，所述铜盐溶液与所述BSA溶液的体积用量比为1∶1-5∶1，所述BSA溶液的浓度为1-5mg/ml；

(2)将步骤(1)所得的BSA-Cu悬浊液的pH调至3.0-5.0，加入浓度为0.2-0.5M的硫代乙酰胺溶液，摇匀后置于60-90℃恒温水浴锅中自然孵育1-3h，离心取离心液，制得BSA-CuS纳米复合材料。

步骤(1)中，所述铜盐溶液为硝酸铜溶液、硫酸铜溶液、氯化铜溶液或乙酸铜溶液。

步骤(2)中，采用浓度为65wt％的硝酸溶液调节BSA-Cu溶液的pH。

步骤(2)中，加入的硫代乙酰胺溶液的用量为0.5-1mL。

上述BSA-CuS纳米复合材料在抗肿瘤的光热治疗中的应用。

本发明一种BSA-CuS纳米复合材料的制备方法，具有以下有益效果：

1、本发明的制备方法绿色环保，工艺简单，反应条件温和，制备周期短，成本低廉；

2、本发明制备得到的BSA-CuS纳米复合材料是一种具有良好的光热转换效率的近红外吸收材料，该BSA-CuS纳米复合材料同时具有良好的溶液分散性及生物相容性，可应用于肿瘤的光热治疗。

附图说明

图1为本发明制备得到的BSA-CuS纳米复合材料的TEM图；

图2为本发明制备得到的BSA-CuS纳米复合材料的紫外可见吸收光谱图；

图3为本发明制备得到的BSA-CuS纳米复合材料在不同Cu含量下的光热转换性质图；

图4为本发明制备得到的BSA-CuS纳米复合材料在不同能量密度下的光热转换性质图；

图5为本发明制备得到的BSA-CuS纳米复合材料在孵育时间为24h和孵育时间为48h的细胞存活率图；

图6为本发明制备得到的BSA-CuS纳米复合材料在非激光与激光条件下的细胞存活率图，其中，柱状图1表示在非激光条件下，柱状图2表示在激光条件下。

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。

实施例一

一种BSA-CuS纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将5mL、10mM Cu(NO₃)₂溶液加至5mL、5mg/mL牛血清白蛋白(BSA)溶液中，室温下搅拌30min，得到生成有BSA-Cu结合物的BSA-Cu悬浊液；

(2)向步骤(1)所得的BSA-Cu悬浊液中逐滴加入65wt％硝酸溶液，将悬浊液的pH调至3.0；

(3)向步骤(2)得到的BSA-Cu悬浊液中加入0.5mL、0.2M的硫代乙酰胺溶液，摇匀后置于60-90℃恒温水浴锅中自然孵育1h，在10000rpm的转速下离心30min，取离心液，制得BSA-CuS纳米复合材料，利用ICP-Mass测定其中Cu的含量为457.14ppm；

(4)将步骤(3)中得到的BSA-CuS纳米复合材料分成四份，每份加水稀释，分别稀释至BSA-CuS纳米复合材料中Cu的含量分别为6.25ppm、12.5ppm、25ppm及50ppm，作为实验组留待后续实验使用。

实施例二

将实施例一所得的BSA-CuS纳米复合材料进行TEM表征，结果如图1所示，CuS纳米粒子的平均粒径在20nm左右。

实施例三

将实施例一所得的BSA-CuS纳米复合材料进行紫外可见光谱检测，结果图2所示，制得的不同浓度的BSA-CuS纳米复合材料在近红外区(980nm左右)存在着明显的特征吸收峰。

实施例四

将实施例一所得的不同Cu含量的BSA-CuS纳米复合材料进行光热转换实验，并将Cu含量为0ppm的PBS缓冲溶液(pH＝7.4)作为空白组进行对照，结果如图3所示，结果表明，BSA-CuS纳米复合材料均有升温现象，且BSA-CuS纳米复合材料中Cu浓度越大，升温效果越好。

实施例五

将实施例一所得的Cu含量为50ppm的BSA-CuS纳米复合材料进行光热转换实验，结果如图4所示，结果表明，随着光源的能量密度增大，BSA-CuS纳米复合材料在相同照射时间内升高的温度越高。

实施例六

将实施例一所得的不同Cu含量的BSA-CuS纳米复合材料进行肺腺癌细胞毒理实验将不同Cu含量的BSA-CuS纳米复合材料加入到肺腺癌细胞(A549)中，分别孵育24h与48h，利用MTT实验验证纳米复合材料对细胞的毒性，并将Cu含量为0ppm的PBS缓冲溶液(pH＝7.4)作为空白组进行对照，由图5可见，本实验发明的BSA-CuS纳米复合材料对肺腺癌细胞几乎不存在细胞毒性。

实施例七

将实施例一所得的不同Cu含量的BSA-CuS纳米复合材料进行激光条件与非激光条件下的肺腺癌细胞毒理实验：将不同Cu含量的BSA-CuS纳米复合材料加入到肺腺癌细胞(A549)中，分别孵育24h后将其分组，一组用激光照射5min，另一组不用激光照射，并将Cu含量为0ppm的PBS缓冲溶液作为空白组进行对照，由图6可见，本发明BSA-CuS纳米复合材料对癌细胞存在一定的毒性，在激光照射下，癌细胞的存活率明显降低。

因此，本发明一种BSA-CuS纳米复合材料的制备方法，具有以下有益效果：

1、本发明的制备方法绿色环保，工艺简单，反应条件温和，制备周期短，成本低廉；

2、本发明制备得到的BSA-CuS纳米复合材料是一种具有良好光热转换效率的近红外吸收材料，该BSA-CuS纳米复合材料同时还具有良好的溶液分散性及生物相容性，可应用于肿瘤的光热治疗。

上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。