CN102219251B - 硫化铜超结构及其在提高近红外光热转换效率中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种硫化铜超结构及其在提高近红外光热转换效率中的应用，该硫化铜超结构是由CuS片状纳米单元有序地排列组合而成，粒径为1-2000nm，且能非常好地分散于水或者磷酸盐缓冲液溶液中；硫化铜超结构用于近红外热疗。本法明的CuS超结构制备方法简单，且成本价格，稳定性好，由于内部反射作用，使它能够很好地吸收近红外光，有效地提高近红外光的利用效率，用于制备提高近红外光热转换效率的材料，在近红外热疗领域有着极其广阔的应用前景。

Description

硫化铜超结构及其在提高近红外光热转换效率中的应用

技术领域

本发明属于硫化铜及其应用领域，特别涉及一种硫化铜超结构及其在提高近红外光热转换效率中的应用。

背景技术

热疗技术具有微创，辐射小以及便于操作等特点，因而得到广泛应用。而在众多的热疗技术中，近红外热疗更备受关注。近红外热疗是将近红外光转换成热能进行治疗的技术，其主要利用近红外光具有深的组织穿透能力和对组织伤害小等优良特性。目前，研究比较多的近红外光热转换材料主要是金的纳米结构材料，如金纳米棒、纳米球、纳米笼以及纳米中空结构。但是金的纳米结构材料具有很多内在的缺陷。比如，金的近红外吸收主要来源于纳米结构的表面等离子共振效应，而表面等离子共振效应受纳米结构的形貌、大小以及周围介质的介电常数影响非常大，导致了这类近红外光热转换材料不仅制备工艺复杂，而且使得体内和体外实验结果不一致，治疗条件也变得比较复杂；而且金还是一种非常昂贵的金属，不利于推广应用。因此需要开发一种制备方法简单、稳定且廉价的光热材料。

硫化铜是一种重要的半导体材料，具有独特的光学性质，理想的太阳光吸收性能、热电冷却性能以及高温快速离子传导性能等，因此具有广泛的用途。由于CuS能带间的跃迁，使其在近红外区域有非常好的吸收，因此可以作为一种理想的光热转换材料。最近美国特纳西大学的李春课题组就证明了3-11 nm CuS纳米颗粒能将808 nm激光转换成热能，用于治疗肿瘤，具有非常好的效果(Y. B.Li，W. Lu，and C.Li et.al，Nanomedicine 2010，5，1161；M.Zhou，R.Zhang，and C.Li，et.al.J. Am.Chem.Soc.2010，132，15351.)，但是它们的光热转换效率仍然很低。由于纳米超结构是由纳米单元有序排列组装而成的，因此可以作为一个微型反射镜，入射光经过多次反射后，得到充分吸收，在提高光能利用方面具有非常明显的效果。目前将CuS超结构用于近红外光热转换方面尚未见报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种硫化铜超结构及其在提高近红外光热转换效率中的应用，该CuS超结构的制备方法简单，且成本价格，可用于提高近红外光热转换效率的材料。

本发明的一种硫化铜超结构是由CuS片状纳米单元有序地排列组合而成，粒径为1-2000 nm，且能够非常好地分散于水或者磷酸盐缓冲液(PBS)溶液中。

上述的硫化铜超结构的制备方法，包括：

(1)将聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)加入到去离子水中，然后在搅拌下，加入可溶性二价铜盐，得到混合溶液；

(2)按照浓度0.01-0.5M配制含S前驱体的去离子水溶液，然后在搅拌下加入上述的混合溶液，再转移至高压反应釜中，反应时间为24-60小时，温度为100-240℃，反应完全后，离心分离，得到CuS超结构。

上述步骤(1)中所述的可溶性二价铜盐为CuCl₂·2H₂O或其他二价的可溶性铜盐。

上述步骤(1)中所得混合溶液中PVP的浓度为0-0.4g/mL，Cu²⁺的浓度为0.01-0.5M。

上述步骤(2)中所述的含S前驱体为Na₂S或者其他能分解释放负S^2-的物质，其物质的量为步骤(1)中所述的可溶性二价铜盐物质的量1-5倍。

本发明的一种硫化铜超结构应用于提高近红外光热转换效率。

本发明的一种硫化铜超结构用于近红外热疗。

本发明中使用的Cu²⁺该离子对应的盐，并且这些盐可以很好地溶解在去离子水中。

本发明使用的反应设备是水热反应釜，反应的温度为100℃到240℃之间任意温度，反应的时间为24到60小时之间任意一个时间点。

本发明的硫化铜超结构可以将近红外光转换为热能，能有效的提高对近红外光的吸收，从而提高近红外光的光热转换效率。

本发明利用水热法制备出花状的CuS超结构，这种超结构是由CuS片状纳米单元组装而成，它不仅自身在近红外区域有较强的吸收，而且由于超结构的多次内部反射作用，使能够很好地吸收近红外光，使得光热转换效率有了很大的提高。这种用于提高近红外光热转换效率的材料，制备简单，稳定性好，而且材料价格便宜。

有益效果

(1)本法明的CuS超结构的制备方法简单，且成本价格。

(2)本法明的CuS超结构光热转换材料具有化学稳定性好、廉价、低度的特性，因此在近红外热疗领域有着极其广阔的应用前景。

附图说明

图1.是本发明中制备的硫化铜超结构的低倍(a)、高倍(b)SEM图片以及高分辨TEM(c)。

图2.是本发明中制备的硫化铜超结构的XRD图谱。

图3.是本发明中制备的硫化铜超结构的组成单元紫外吸收对比图(a)、光热转换机理图(b)以及光热转换对比图(c)。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

(1)将2g PVP加入到10mL去离子水中，然后在搅拌下，加入1mmol CuCl₂·2H₂O，得混合溶液；

(2)称取3mmol的Na₂S，溶解在10mL去离子水中，然后在搅拌下加入上述的混合溶液，继续搅拌半小时，再转移至水热反应釜中，反应时间为24小时，温度为240℃，反应完全后，离心分离，得到CuS超结构；该超结构是由CuS片状纳米单元有序地排列组合而成，粒径为2nm。

(3)将硫化铜超结构重新分散于水中，浓度为0.25mg/mL，利用1W 980nm激光器，测试其光热转换性能，温度升高了17.5摄氏度。

实施例2

(1)将2g PVP加入到100mL去离子水中，然后在搅拌下，加入1mmol CuCl₂·2H₂O，得混合溶液；

(2)称取1mmol的Na₂S，溶解在100mL去离子水中，然后在搅拌下加入上述的混合溶液，再转移至水热反应釜中，反应时间为32小时，温度为180℃，反应完全后，离心分离，得到CuS超结构，该超结构是由CuS片状纳米单元有序地排列组合而成，粒径为100nm。

(3)将硫化铜超结构重新分散于磷酸盐缓冲液PBS中，浓度为0.25mg/mL，利用1W980nm激光器，测试其光热转换性能，温度升高了16摄氏度。

实施例3

(1)将4g PVP加入到10mL去离子水中，然后在搅拌下，加入0.5mmol CuCl₂·2H₂O，得混合溶液；

(2)称取2.5mmol的Na₂S，溶解在10mL去离子水中，然后在搅拌下加入上述的混合溶液，继续搅拌半小时，再转移至水热反应釜中，反应时间为32小时，温度为180℃，反应完全后，离心分离，得到CuS超结构，该超结构是由CuS片状纳米单元有序地排列组合而成，粒径为800nm。

(3)将硫化铜超结构重新分散于PBS中，浓度为0.25mg/mL，利用1W 808nm激光器，测试其光热转换性能，温度升高了14摄氏度。

实施例4

(1)将3g PVP加入到10mL去离子水中，然后在搅拌下，加入1mmol CuCl₂·2H₂O，得混合溶液；

(2)称取2mmol的Na₂S，溶解在4mL去离子水中，然后在搅拌下加入上述的混合溶液，继续搅拌半小时，再转移至水热反应釜中，反应时间为60小时，温度为100℃，反应完全后，离心分离，得到CuS超结构，该超结构是由CuS片状纳米单元有序地排列组合而成，粒径为2000nm。

(3)将硫化铜超结构重新分散于PBS中，浓度为0.06025mg/mL，然后加入hela细胞中，利用1W 980nm激光器照射，测试其杀灭癌细胞的能力，十分钟可以将hela细胞完全杀死。

Claims (1)

1.一种硫化铜超结构的制备方法，包括：

(1)将2g PVP加入到10mL去离子水中，然后在搅拌下，加入1mmol CuCl₂·2H₂O，得混合溶液；

(2)称取3mmol的Na₂S，溶解在10mL去离子水中，然后在搅拌下加入上述的混合溶液，继续搅拌半小时，再转移至水热反应釜中，反应时间为24小时，温度为240℃，反应完全后，离心分离，得到CuS超结构；该超结构是由CuS片状纳米单元有序地排列组合而成，粒径为2nm。

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