一种水溶性稳定的硫化铜纳米颗粒及其制备方法与应用

1.本发明属于新材料技术领域，具体涉及一种水溶性稳定的硫化铜纳米颗粒及其制备方法与应用。


背景技术：

2.公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
3.癌症和细菌感染诱导的疾病对人类生命与健康造成严重威胁，随着基于纳米医学的光诱导治疗的深入探究，光热治疗作为一种新兴的无创治疗方式，克服传统癌症治疗效果差、副作用大的劣势，引起了人们的广泛关注。光热治疗利用光热转换剂将吸收的光子能量转换为热能，产生局部高温以实现定点治疗。过渡金属硫化物纳米颗粒可以在不需要精确调控形状下通过能带转换产生近红外吸收，其中具有代表性的硫化铜纳米颗粒可以在近红外光激发下实现高光热转换效率，作为优异的光热转换剂用于光热抗菌和光热治疗。然而，硫化铜纳米颗粒应用中最大的阻碍是其水溶性差，为了保证其水溶性通常需要采用复杂繁琐的合成过程及修饰方法。
4.铜离子是铜原子失去最外层的两个电子得到的，其构型使得姜-泰勒效应更加显著，会发生晶体场形变，与配体形成具有特定化学结构的配位化合物。通过形成铜离子的配位化合物可以为其提供较稳定的化学位点，从而更好地发挥金属离子的多种可能性。同时，利用配位环境稳定的铜原子表面具有丰富的亲水集团，可为硫化铜纳米颗粒的形核与生长提供类似于亲水性纳米笼环境，因此，基于配位环境稳定的铜原子有望实现水溶性硫化铜纳米颗粒。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种水溶性稳定的硫化铜纳米颗粒及其制备方法与应用。本发明制备得到的水溶性稳定的硫化铜纳米颗粒具有优异的水溶性和稳定性，并且本发明可以通过调控不同的可以与铜离子配位的配体，实现普适性的硫化铜合成方式。在单一配位化合物探究中，通过控制铜离子和硫离子的比例，反应时间与温度来调控所获得的硫化铜纳米颗粒的尺寸。本发明中得到的硫化铜纳米颗粒具有光热转换能力，可作为光热转换及用于光热抗菌和癌症光热治疗。
6.为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
7.第一方面，本发明提供了一种水溶性稳定的硫化铜纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：
8.(1)将氯化铜与配体搅拌溶解于水中，形成水溶性配位环境下的铜离子溶液；
9.(2)在水溶性配位环境下的铜离子溶液中加入巯基-聚乙二醇水溶液，形成稳定溶液；
10.(3)水浴预热稳定溶液，加入硫化钠溶液并水浴稳定一段时间，随后将产物透析纯化，得到水溶性稳定的硫化铜纳米颗粒。
11.第二方面，本发明提供了由上述制备方法制备得到的水溶性稳定的硫化铜纳米颗粒。
12.第三方面，本发明提供了上述水溶性稳定的硫化铜纳米颗粒在制备光热抗菌药物或癌症光热治疗系统中的应用。
13.上述本发明的一种或多种技术方案取得的有益效果如下：
14.(1)本发明采用铜离子配位形成的配位化合物，具有优异的生物相容性和丰富的水溶性基团，对正常细胞和组织的毒副作用小；
15.(2)本发明制备的水溶性稳定的硫化铜纳米颗粒可以选择多种与铜离子配位的配体，提供了多种可能性的普适性方法；
16.(3)本发明制备的硫化铜纳米颗粒克服了硫化铜纳米材料应用中水溶性极差的阻碍，可以在水为溶剂时表现出良好的溶解性和长期稳定性；
17.(4)本发明制备的水溶性稳定的硫化铜纳米颗粒在近红外激光照射下表现出优异的光热转换效果，制备过程简单快速，对仪器设备要求较小。
附图说明
18.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
19.图1为本发明实施例1制备的水溶性硫化铜纳米颗粒的形貌图；
20.图2为本发明实施例2制备的水溶性硫化铜纳米颗粒的形貌图；
21.图3为本发明实施例3制备的水溶性硫化铜纳米颗粒的形貌图；
22.图4为本发明实施例4制备的水溶性硫化铜纳米颗粒的形貌图；
23.图5为本发明实施例2制备的水溶性稳定的硫化铜纳米颗粒的紫外-可见光吸收光谱图；
24.图6为本发明实施例2制备的水溶性稳定的硫化铜纳米颗粒的光热效果图。
具体实施方式
25.本发明的第一种典型实施方式，一种水溶性稳定的硫化铜纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：
26.(1)将氯化铜与配体搅拌溶解于水中，形成水溶性配位环境下的铜离子溶液；
27.(2)在水溶性配位环境下的铜离子溶液中加入巯基-聚乙二醇水溶液，形成稳定溶液；
28.(3)水浴预热稳定溶液，加入硫化钠溶液并水浴稳定一段时间，随后将产物透析纯化，得到水溶性稳定的硫化铜纳米颗粒。
29.该实施方式的一种或多种实施例中，步骤(1)中所述配体为乙二胺四乙酸与乙二胺的混合物、柠檬酸与乙二胺的混合物、精氨酸、组氨酸中的一种。
30.该实施方式的一种或多种实施例中，乙二胺四乙酸与氯化铜的物质的量之比为1:1-2:1，乙二胺为50μl-100μl。
31.该实施方式的一种或多种实施例中，柠檬酸与氯化铜的物质的量之比为1:1-2:1，乙二胺为50μl-100μl。
32.该实施方式的一种或多种实施例中，精氨酸与氯化铜的物质的量之比为2:1-4:1。
33.该实施方式的一种或多种实施例中，组氨酸与氯化铜的物质的量之比为4:1-6:1。
34.该实施方式的一种或多种实施例中，步骤(2)中巯基-聚乙二醇水溶液的浓度为0.5mg/ml。
35.该实施方式的一种或多种实施例中，步骤(3)中水浴温度为55-70℃。
36.该实施方式的一种或多种实施例中，步骤(3)中水浴稳定时间为5-60min。
37.该实施方式的一种或多种实施例中，步骤(3)中稳定溶液中的铜离子与硫化钠的物质的量比为1:0.2-1:0.02。
38.该实施方式的一种或多种实施例中，步骤(3)中透析纯化具体为使用透析袋(mw:8000-14000)透析24-48h。
39.本发明的第二种典型实施方式，由上述制备方法制备得到的水溶性稳定的硫化铜纳米颗粒。
40.本发明的第三种典型实施方式，上述水溶性稳定的硫化铜纳米颗粒在制备光热抗菌药物或癌症光热治疗系统中的应用。
41.为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例与对比例详细说明本发明的技术方案。
42.实施例1
43.(1)称量0.372g乙二胺四乙酸，0.170g氯化铜二水合物，100μl乙二胺溶于20ml纯水中，搅拌至完全溶解，取1ml逐滴混合入0.5mg/ml的巯基-聚乙二醇水溶液，得到稳定溶液。
44.(2)取上述稳定溶液在水浴环境预热至60℃，随后在800rpm搅拌下加入1ml浓度为0.003m的硫化钠水溶液，稳定5min后将产物透析24h后得到水溶性稳定的硫化铜纳米颗粒。
45.如图1所示，制备得到的水溶性稳定的硫化铜纳米颗粒尺寸约为20-30nm，分散性良好。本实施例制备得到的水溶性稳定的硫化铜纳米颗粒600-1100nm的范围的紫外-可见光吸收光谱如图5所示，水溶性稳定的硫化铜纳米颗粒在近红外区域普遍存在强吸收，特别是在近红外ⅱ区仍有强吸收性。进一步采用更深穿透深度的1064nm激光激发，测量水溶性稳定的硫化铜纳米颗粒的光热效果图，如图6所示，发现0.1mg/ml浓度的水溶性稳定的硫化铜纳米颗粒在1064nm频率激光的照射下，在10min内升温温度差值高达46℃，具有良好的光热性能。
46.实施例2
47.(1)称量0.384g柠檬酸，0.170g氯化铜二水合物，100μl乙二胺溶于20ml纯水中，搅拌至完全溶解，取1ml逐滴混合入0.5mg/ml的巯基-聚乙二醇水溶液，得到稳定溶液。
48.(2)取上述稳定溶液在水浴环境预热至60℃，随后在800rpm搅拌下加入1ml浓度为0.003m的硫化钠水溶液，稳定5min后将产物透析24h后得到水溶性稳定的硫化铜纳米颗粒。
49.如图2所示，制备得到的水溶性稳定的硫化铜纳米颗粒尺寸约为20-30nm，分散性良好。
50.实施例3
51.(1)称量0.348g精氨酸，0.170g氯化铜二水合物溶于20ml纯水中，搅拌至完全溶解，取1ml逐滴混合入0.5mg/ml的巯基-聚乙二醇水溶液，得到稳定溶液。
52.(2)取上述稳定溶液在水浴环境预热至60℃，随后在800rpm搅拌下加入1ml浓度为0.003m的硫化钠水溶液，稳定5min后将产物透析24h后得到水溶性稳定的硫化铜纳米颗粒。
53.如图3所示，制备得到的水溶性稳定的硫化铜纳米颗粒尺寸约为20-30nm，分散性良好。
54.实施例4
55.(1)称量0.620g组氨酸，0.170g氯化铜二水合物溶于20ml纯水中，搅拌至完全溶解，取1ml逐滴混合入0.5mg/ml的巯基-聚乙二醇水溶液，得到稳定溶液。
56.(2)取上述稳定溶液在水浴环境预热至60℃，随后在800rpm搅拌下加入1ml浓度为0.003m的硫化钠水溶液，稳定5min后将产物透析24h后得到水溶性稳定的硫化铜纳米颗粒。
57.如图4所示，制备得到的水溶性稳定的硫化铜纳米颗粒尺寸约为20-30nm，分散性良好。
58.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。