CN104855342A - 一种含高生物相容性纳米硫化铜的溶液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种含高生物相容性纳米硫化铜的溶液及其制备方法，具体是利用添食育蚕法将纳米硫化铜添加在家蚕人工饲料中，利用蚕自身生物反应器的作用，使该纳米硫化铜的生物相容性得到提高，并制得含高生物相容性硫化铜的溶液。纳米硫化铜可将吸收的近红外光转换成热能，是一种高效光热转换材料，本发明制得的含高生物相容性纳米硫化铜的溶液具有很好的光热转换能力，而且其中的纳米硫化铜具有良好的生物相容性，可更广泛地用于癌症的光热消融治疗。
Description
技术领域
本发明属于生物方法改性无机材料领域，涉及含高生物相容性纳米硫化铜的溶液及其制备方法，特别是涉及一种制备含高生物相容性纳米硫化铜的溶液的添食育蚕法及其制品。
背景技术
近年来，光热治疗技术作为一种新型的微创治疗方法，在癌症的治疗中受到了广泛的关注。光热治疗技术利用光热转换材料标记癌细胞，再使用激光照射，材料将光能转换成热能，达到对癌细胞的选择性破坏。人体组织对近红外光的吸收很少，因此波长范围为700～1400nm的近红外激光能有效穿透生物组织，另外由于杀死癌细胞只需要杀死正常细胞一半的激光能量，不会在治疗过程中损害良性细胞，因此近红外激光驱动的光热治疗技术具有较大的发展前景。
目前主要研究的光热转换材料有四类：有机材料、金属基纳米材料、碳基纳米材料和半导体纳米材料。有机光热转换材料中，吲哚菁绿染料具有摩尔消光系数高、量子产率高等优点，已被用于生物荧光检测等方面，并被证明对动物肿瘤的光热治疗具有一定的效果，但其溶解度低，光热稳定性差，光吸收易受影响，限制了其光热转换性能的应用。金属基光热转换材料是目前研究较多的一类光热材料，主要包括金、钯等。金属基纳米材料的形态对其光学性质有较大影响，可通过调节其形貌、粒度制得所需吸收波长的光热材料。此类材料光热性能稳定，光吸收较强，但是生物毒性较大，且制备过程复杂，成本较高。碳纳米管和石墨烯等碳材料对近红外光有明显的吸收作用，有研究者成功使用聚乙二醇修饰的纳米石墨烯治愈了老鼠肿瘤，证明其在肿瘤治疗上具有很好的应用前景，只是纳米石墨烯等材料易团聚，不稳定，制备过程复杂，增加了其应用难度。
现阶段对于半导体纳米材料的研究还处于起步阶段，半导体化合物作为一种新型的光热转换材料，具有价格低廉、制备简单且易于功能化等优点，主要以硫属铜基化合物为代表。硫化铜是一种重要的过渡金属硫化物，具有良好的催化活性、可见光吸收、光致发光、三阶非线性极化率和三阶非线性响应速度等性能。纳米硫化铜能通过能带跃迁产生对红外光特殊波段的吸收，从而产生热量。
发明内容
本发明的目的是提供一种含高生物相容性纳米硫化铜的溶液及其制备方法，更好地将纳米硫化铜用于癌症的光热治疗中。蚕沙中含84～90％的有机物，包括粗蛋白、粗脂肪、粗纤维和叶绿素等等。在本发明中，将纳米硫化铜混合在蚕饲料中喂食家蚕，纳米硫化铜经过家蚕的消化道，在家蚕的生物作用下被其吸收的蛋白质、脂肪等有机物包覆，使得纳米硫化铜的生物相容性提高。本方法的整个过程绿色环保，简便易行，且产量高。
本发明的一种制备含高生物相容性纳米硫化铜的溶液的添食育蚕法，在家蚕人工饲料即蚕饲料中添加纳米硫化铜并喂养蚕，通过蚕自身生物反应器的作用，获得含高生物相容性纳米硫化铜的溶液；
具体为：蚕在一龄到三龄喂食未添加纳米硫化铜的蚕饲料，四龄和五龄喂食添加了质量百分数为1～10％纳米硫化铜的复合饲料，添食第二天开始收集蚕沙，至五龄熟蚕停止进食为止；将所述蚕沙进行研磨，制成悬浊液之后离心取上层清液，即得到含高生物相容性纳米硫化铜的溶液。
本发明可根据需要调节纳米硫化铜的添加量，但不宜过高，否则会影响家蚕的进食和正常发育。家蚕龄期越小，所排蚕沙颗粒较小、数量较少，不易收集，因此添食阶段选在四龄和五龄。
纳米硫化铜被家蚕摄入体内，在其消化过程中，纳米硫化铜的铜元素可与家蚕体内的蛋白质、脂肪等有机物形成配位键或螯合键而被有机物包覆，然后被家蚕排出体外，富集在蚕沙中。纳米硫化铜由于被有机物包覆，其生物相容性得到显著提高。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种制备含高生物相容性纳米硫化铜的溶液的添食育蚕法，所述复合饲料是指在蚕饲料中均匀混入一定量的纳米硫化铜并加热熟制的饲料；所述复合饲料的具体制备过程包括以下步骤：
(1)将纳米硫化铜溶于水中，制成纳米硫化铜溶液；
(2)将纳米硫化铜溶液与蚕饲料搅拌均匀，然后加热，冷却后即制成复合饲料；
其中，水的质量为蚕饲料的2～3倍。
如上所述的一种制备含高生物相容性纳米硫化铜的溶液的添食育蚕法，所述纳米硫化铜溶液在与蚕饲料混合前，先超声15～30min，使纳米粒子分散均匀。
如上所述的一种制备含高生物相容性纳米硫化铜的溶液的添食育蚕法，所述加热是指放入微波炉中加热3～6min，微波炉的输出功率为800～1000W。
如上所述的一种制备含高生物相容性纳米硫化铜的溶液的添食育蚕法，所述纳米硫化铜为片状结构，尺寸范围在50～400nm，能够吸收近红外光，具有很好的光热转换能力。
本发明所用纳米硫化铜尺寸很小，并且具有较好的水溶性，经过超声之后可稳定分散于水中，再与饲料混合均匀。复合饲料经过微波加热，冷却成型，可保持适宜的湿度，利于家蚕进食。实验证明，微波加热并不会影响纳米硫化铜的光热转换能力。
如上所述的一种制备含高生物相容性纳米硫化铜的溶液的添食育蚕法，同一批蚕在添食期间，所述复合饲料中，纳米硫化铜的添食质量百分数保持不变。
如上所述的一种制备含高生物相容性纳米硫化铜的溶液的添食育蚕法，将所述蚕沙进行研磨，制成悬浊液之后离心取上层清液的具体过程包括以下步骤：
(1)将蚕沙研磨至粒径为50～100μm，加入质量为蚕沙15～20倍的水中，然后超声30～50min，制成蚕沙悬浊液；
(2)将蚕沙悬浊液放入离心机进行离心，转速为5000～7000rpm，离心15～20min，取上层清液。
蚕沙是一种含有丰富粗蛋白和碳水化合物的多组分混合物，含有机物84％～90％，其中包括粗蛋白、粗脂肪、粗纤维、叶绿素等，并含有铜、铁、锌等微量元素，还含有少量生物碱、类肾上腺皮质激素、十一葵烯醇，VA、VB、VC、VD、VE和烟酸等，其中有50％以上的可溶无氮物。因此所述含高生物相容性纳米硫化铜的溶液，不仅含有纳米硫化铜，还含有蚕沙中的可溶部分。实验证明本发明获得的含高生物相容性纳米硫化铜的溶液具有很好的光热转换效果，并且具有很好的生物相容性，可见蚕沙中的可溶物对纳米硫化铜的光热转换能力并无影响。提取纯的高生物相容性纳米硫化铜需要复杂的操作，而在癌症的光热治疗中，所需使用的是纳米硫化铜溶液，因此本发明不需要将所得高生物相容性纳米硫化铜从溶液中提取出来。
如上所述的一种制备含高生物相容性纳米硫化铜的溶液的添食育蚕法，所述含高生物相容性纳米硫化铜的溶液具有很好的光热转换能力，在波长为980nm，功率为0.51W/cm2的激光照射下温度可升高8～20℃；所述含高生物相容性纳米硫化铜的溶液与相同方法制得的天然蚕沙溶液的MTT测试结果没有显著性差异，表明改性后的硫化铜具有良好的生物相容性，并不会对蚕沙的生物毒性有明显影响。
有益效果：
本发明的含高生物相容性纳米硫化铜的溶液具有很好的光热转换能力和生物相容性，有望广泛地用于癌症的光热治疗中。
本发明不需要复杂的操作过程和昂贵的实验设备，节约成本，操作简便，而且产量较高。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，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。
本发明中使用的蚕饲料，呈干燥粉末状，其主要成分及配制比例范围列于表1。
表1实验用蚕饲料的组成
实施例1
一种含高生物相容性纳米硫化铜的溶液的制备方法，首先制备复合饲料，具体为：
(1)将纳米硫化铜溶于水中，制成纳米硫化铜溶液；
(2)将纳米硫化铜溶液超声15min，使纳米粒子分散均匀，然后将纳米硫化铜溶液与蚕饲料搅拌均匀，然后放入微波炉中加热3min，微波炉的输出功率为1000W，冷却后即制成复合饲料；
其中，水的质量为蚕饲料的2倍。
然后在家蚕人工饲料即蚕饲料中添加纳米硫化铜并喂养蚕，通过蚕自身生物反应器的作用，获得含高生物相容性纳米硫化铜的溶液；
具体为：蚕在一龄到三龄喂食未添加纳米硫化铜的蚕饲料，四龄和五龄喂食复合饲料，添食第二天开始收集蚕沙，至五龄熟蚕停止进食为止；将所述蚕沙进行研磨，制成悬浊液之后离心取上层清液，即得到含高生物相容性纳米硫化铜的溶液；所述复合饲料是指蚕饲料中添加了质量百分数为1％纳米硫化铜并加热熟制的饲料。
同一批蚕在添食期间，所述复合饲料中，纳米硫化铜的添食质量百分数保持不变。
将所述蚕沙进行研磨，制成悬浊液之后离心取上层清液的具体过程包括以下步骤：
(1)将蚕沙研磨至粒径为50μm，加入质量为蚕沙20倍的水中，然后超声30min，制成蚕沙悬浊液；
(2)将蚕沙悬浊液放入离心机进行离心，转速为5000rpm，离心15min，取上层清液。
上述所得纳米硫化铜为片状结构，尺寸为50～400nm，能够吸收近红外光，具有很好的光热转换能力。
上述所得含高生物相容性纳米硫化铜的溶液具有很好的光热转换能力，在波长为980nm，功率为0.51W/cm2的激光照射下温度升高8℃；上述所得含高生物相容性纳米硫化铜的溶液与相同方法制得的天然蚕沙溶液的MTT测试结果没有显著性差异。
实验用蚕饲料的组成如下：
实施例2
一种含高生物相容性纳米硫化铜的溶液的制备方法，首先制备复合饲料，具体为：
(1)将纳米硫化铜溶于水中，制成纳米硫化铜溶液；
(2)将纳米硫化铜溶液超声30min，使纳米粒子分散均匀，然后将纳米硫化铜溶液与蚕饲料搅拌均匀，然后放入微波炉中加热6min，微波炉的输出功率为800W，冷却后即制成复合饲料；
其中，水的质量为蚕饲料的3倍。
然后在家蚕人工饲料即蚕饲料中添加纳米硫化铜并喂养蚕，通过蚕自身的生物反应器的作用，获得含高生物相容性纳米硫化铜的溶液；
具体为：蚕在一龄到三龄喂食未添加纳米硫化铜的蚕饲料，四龄和五龄喂食复合饲料，添食第二天开始收集蚕沙，至五龄熟蚕停止进食为止；将所述蚕沙进行研磨，制成悬浊液之后离心取上层清液，即得到含高生物相容性纳米硫化铜的溶液；所述复合饲料是指蚕饲料中添加了质量百分数10％纳米硫化铜并加热熟制的饲料。
同一批蚕在添食期间，所述复合饲料中，纳米硫化铜的添食质量百分数保持不变。
将所述蚕沙进行研磨，制成悬浊液之后离心取上层清液的具体过程包括以下步骤：
(1)将蚕沙研磨至粒径为100μm，加入质量为蚕沙15倍的水中，然后超声50min，制成蚕沙悬浊液；
(2)将蚕沙悬浊液放入离心机进行离心，转速为7000rpm，离心20min，取上层清液。
上述所得纳米硫化铜为片状结构，尺寸为50～400nm，能够吸收近红外光，具有很好的光热转换能力。
上述所得含高生物相容性纳米硫化铜的溶液具有很好的光热转换能力，在波长为980nm，功率为0.51W/cm2的激光照射下温度升高20℃；上述所得含高生物相容性纳米硫化铜的溶液与相同方法制得的天然蚕沙溶液的MTT测试结果没有显著性差异。
实验用蚕饲料的组成如下：
实施例3
一种含高生物相容性纳米硫化铜的溶液的制备方法，首先制备复合饲料，具体为：
(1)将纳米硫化铜溶于水中，制成纳米硫化铜溶液；
(2)将纳米硫化铜溶液超声20min，使纳米粒子分散均匀，然后将纳米硫化铜溶液与蚕饲料搅拌均匀，然后放入微波炉中加热4min，微波炉的输出功率为900W，冷却后即制成复合饲料；
其中，水的质量为蚕饲料的2.2倍。
然后在家蚕人工饲料即蚕饲料中添加纳米硫化铜并喂养蚕，通过蚕自身的生物反应器的作用，获得含高生物相容性纳米硫化铜的溶液；
具体为：蚕在一龄到三龄喂食未添加纳米硫化铜的蚕饲料，四龄和五龄喂食复合饲料，添食第二天开始收集蚕沙，至五龄熟蚕停止进食为止；将所述蚕沙进行研磨，制成悬浊液之后离心取上层清液，即得到含高生物相容性纳米硫化铜的溶液；所述复合饲料是指蚕饲料中添加了质量百分数为3％纳米硫化铜并加热熟制的饲料。
同一批蚕在添食期间，所述复合饲料中，纳米硫化铜的添食质量百分数保持不变。
将所述蚕沙进行研磨，制成悬浊液之后离心取上层清液的具体过程包括以下步骤：
(1)将蚕沙研磨至粒径为60μm，加入质量为蚕沙16倍的水中，然后超声35min，制成蚕沙悬浊液；
(2)将蚕沙悬浊液放入离心机进行离心，转速为6000rpm，离心18min，取上层清液。
上述所得纳米硫化铜为片状结构，尺寸为50～400nm，能够吸收近红外光，具有很好的光热转换能力。
上述所得含高生物相容性纳米硫化铜的溶液具有很好的光热转换能力，在波长为980nm，功率为0.51W/cm2的激光照射下温度升高12℃；上述所得含高生物相容性纳米硫化铜的溶液与相同方法制得的天然蚕沙溶液的MTT测试结果没有显著性差异。
实验用蚕饲料的组成如下：
实施例4
一种含高生物相容性纳米硫化铜的溶液的制备方法，首先制备复合饲料，具体为：
(1)将纳米硫化铜溶于水中，制成纳米硫化铜溶液；
(2)将纳米硫化铜溶液超声25min，使纳米粒子分散均匀，然后将纳米硫化铜溶液与蚕饲料搅拌均匀，然后放入微波炉中加热5min，微波炉的输出功率为950W，冷却后即制成复合饲料；
其中，水的质量为蚕饲料的2.5倍。
然后在家蚕人工饲料即蚕饲料中添加纳米硫化铜并喂养蚕，通过蚕自身的生物反应器的作用，获得含高生物相容性纳米硫化铜的溶液；
具体为：蚕在一龄到三龄喂食未添加纳米硫化铜的蚕饲料，四龄和五龄喂食复合饲料，添食第二天开始收集蚕沙，至五龄熟蚕停止进食为止；将所述蚕沙进行研磨，制成悬浊液之后离心取上层清液，即得到含高生物相容性纳米硫化铜的溶液；所述复合饲料是指蚕饲料中添加了质量百分数为5％纳米硫化铜并加热熟制的饲料。
同一批蚕在添食期间，所述复合饲料中，纳米硫化铜的添食质量百分数保持不变。
将所述蚕沙进行研磨，制成悬浊液之后离心取上层清液的具体过程包括以下步骤：
(1)将蚕沙研磨至粒径为70μm，加入质量为蚕沙19倍的水中，然后超声45min，制成蚕沙悬浊液；
(2)将蚕沙悬浊液放入离心机进行离心，转速为5500rpm，离心19min，取上层清液。
上述所得纳米硫化铜为片状结构，尺寸为50～400nm，能够吸收近红外光，具有很好的光热转换能力。
上述所得含高生物相容性纳米硫化铜的溶液具有很好的光热转换能力，在波长为980nm，功率为0.51W/cm2的激光照射下温度升高13℃；上述所得含高生物相容性纳米硫化铜的溶液与相同方法制得的天然蚕沙溶液的MTT测试结果没有显著性差异。
实验用蚕饲料的组成如下：
实施例5
一种含高生物相容性纳米硫化铜的溶液的制备方法，首先制备复合饲料，具体为：
(1)将纳米硫化铜溶于水中，制成纳米硫化铜溶液；
(2)将纳米硫化铜溶液超声15min，使纳米粒子分散均匀，然后将纳米硫化铜溶液与蚕饲料搅拌均匀，然后放入微波炉中加热4.5min，微波炉的输出功率为900W，冷却后即制成复合饲料；
其中，水的质量为蚕饲料的2倍。
然后在家蚕人工饲料即蚕饲料中添加纳米硫化铜并喂养蚕，通过蚕自身的生物反应器的作用，获得含高生物相容性纳米硫化铜的溶液；
具体为：蚕在一龄到三龄喂食未添加纳米硫化铜的蚕饲料，四龄和五龄喂食复合饲料，添食第二天开始收集蚕沙，至五龄熟蚕停止进食为止；将所述蚕沙进行研磨，制成悬浊液之后离心取上层清液，即得到含高生物相容性纳米硫化铜的溶液；所述复合饲料是指蚕饲料中添加了质量百分数为8％纳米硫化铜并加热熟制的饲料。
同一批蚕在添食期间，所述复合饲料中，纳米硫化铜的添食质量百分数保持不变。
将所述蚕沙进行研磨，制成悬浊液之后离心取上层清液的具体过程包括以下步骤：
(1)将蚕沙研磨至粒径为90μm，加入质量为蚕沙18倍的水中，然后超声50min，制成蚕沙悬浊液；
(2)将蚕沙悬浊液放入离心机进行离心，转速为6000rpm，离心18min，取上层清液。
上述所得纳米硫化铜为片状结构，尺寸为50～400nm，能够吸收近红外光，具有很好的光热转换能力。
上述所得含高生物相容性纳米硫化铜的溶液具有很好的光热转换能力，在波长为980nm，功率为0.51W/cm2的激光照射下温度升高16℃；上述所得含高生物相容性纳米硫化铜的溶液与相同方法制得的天然蚕沙溶液的MTT测试结果没有显著性差异。
实施例6
一种含高生物相容性纳米硫化铜的溶液的制备方法，首先制备复合饲料，具体为：
(1)将纳米硫化铜溶于水中，制成纳米硫化铜溶液；
(2)将纳米硫化铜溶液超声25min，使纳米粒子分散均匀，然后将纳米硫化铜溶液与蚕饲料搅拌均匀，然后放入微波炉中加热6min，微波炉的输出功率为800W，冷却后即制成复合饲料；
其中，水的质量为蚕饲料的3倍。
然后在家蚕人工饲料即蚕饲料中添加纳米硫化铜并喂养蚕，通过蚕自身的生物反应器的作用，获得含高生物相容性纳米硫化铜的溶液；
具体为：蚕在一龄到三龄喂食未添加纳米硫化铜的蚕饲料，四龄和五龄喂食复合饲料，添食第二天开始收集蚕沙，至五龄熟蚕停止进食为止；将所述蚕沙进行研磨，制成悬浊液之后离心取上层清液，即得到含高生物相容性纳米硫化铜的溶液；所述复合饲料是指蚕饲料中添加了质量百分数为9％纳米硫化铜并加热熟制的饲料。
同一批蚕在添食期间，所述复合饲料中，纳米硫化铜的添食质量百分数保持不变。
将所述蚕沙进行研磨，制成悬浊液之后离心取上层清液的具体过程包括以下步骤：
(1)将蚕沙研磨至粒径为100μm，加入质量为蚕沙15倍的水中，然后超声40min，制成蚕沙悬浊液；
(2)将蚕沙悬浊液放入离心机进行离心，转速为5000rpm，离心20min，取上层清液。
上述所得纳米硫化铜为片状结构，尺寸为50～400nm，能够吸收近红外光，具有很好的光热转换能力。
上述所得含高生物相容性纳米硫化铜的溶液具有很好的光热转换能力，在波长为980nm，功率为0.51W/cm2的激光照射下温度升高18℃；上述所得含高生物相容性纳米硫化铜的溶液与相同方法制得的天然蚕沙溶液的MTT测试结果没有显著性差异。
Claims (8)
1.一种含高生物相容性纳米硫化铜的溶液的制备方法，其特征是：在家蚕人工饲料即蚕饲料中添加纳米硫化铜并喂养蚕，通过蚕自身生物反应器的作用，获得含高生物相容性纳米硫化铜的溶液；
具体为：蚕在一龄到三龄喂食未添加纳米硫化铜的蚕饲料，四龄和五龄喂食复合饲料，添食第二天开始收集蚕沙，至五龄熟蚕停止进食为止；将所述蚕沙进行研磨，制成悬浊液之后离心取上层清液，即得到含高生物相容性纳米硫化铜的溶液；所述复合饲料是指在蚕饲料中添加了质量百分数为1～10％的纳米硫化铜并加热熟制的饲料。
2.根据权利要求1所述的一种含高生物相容性纳米硫化铜的溶液的制备方法，其特征在于，所述复合饲料的具体制备过程包括以下步骤：
(1)将纳米硫化铜溶于水中，制成纳米硫化铜溶液；
(2)将纳米硫化铜溶液与蚕饲料搅拌均匀，然后加热，冷却后即制成复合饲料；
其中，水的质量为蚕饲料的2～3倍。
3.根据权利要求2所述的一种含高生物相容性纳米硫化铜的溶液的制备方法，其特征在于，所述纳米硫化铜溶液在与蚕饲料混合前，先超声15～30min，使纳米粒子分散均匀。
4.根据权利要求2所述的一种含高生物相容性纳米硫化铜的溶液的制备方法，其特征在于，所述加热是指放入微波炉中加热3～6min，微波炉的输出功率为800～1000W。
5.根据权利要求1或2所述的一种含高生物相容性纳米硫化铜的溶液的制备方法，其特征在于，所述纳米硫化铜为片状结构，尺寸范围在50～400nm，能够吸收近红外光，具有很好的光热转换能力。
6.根据权利要求1所述的一种含高生物相容性纳米硫化铜的溶液的制备方法，其特征在于，同一批蚕在添食期间，所述复合饲料中，纳米硫化铜的添食质量百分数保持不变。
7.根据权利要求1所述的一种含高生物相容性纳米硫化铜的溶液的制备方法，其特征在于，将所述蚕沙进行研磨，制成悬浊液之后离心取上层清液的具体过程包括以下步骤：
(1)将蚕沙研磨至粒径为50～100μm，加入质量为蚕沙15～20倍的水中，然后超声30～50min，制成蚕沙悬浊液；
(2)将蚕沙悬浊液放入离心机进行离心，转速为5000～7000rpm，离心15～20min，取上层清液。
8.如权利要求1所述方法制备的一种含高生物相容性纳米硫化铜的溶液，其特征是：所述含高生物相容性纳米硫化铜的溶液具有很好的光热转换能力，在波长为980nm，功率为0.51W/cm2的激光照射下温度升高8～20℃。
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