CN109250747A - 一种支化聚乙烯亚胺介导的纳米硫化铜的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种支化聚乙烯亚胺介导的纳米硫化铜的制备方法，所述制备方法包括：配制一定浓度的聚乙烯酰胺水溶液，向其溶液中加入铜盐溶液，加热搅拌均匀后向其中加入硫化钠溶液，继续在80°C下加热搅拌半小时，高速离心收集产物，得到聚乙烯亚胺功能化的纳米硫化铜。本发明制造的纳米硫化铜形貌和尺寸较为均一，且表面具备丰富的活性氨基官能团，有利于进一步修饰得到多功能复合纳米材料。

Description

一种支化聚乙烯亚胺介导的纳米硫化铜的制备方法

技术领域

本发明属于生物纳米材料领域，特别涉及一种支化聚乙烯亚胺介导的纳米硫化铜的制备方法。

背景技术

光热治疗是指利用能够将近红外光转化为热能的材料，通过近红外光照射能够使局部温度升高以杀死异常细胞的一种治疗技术。光热治疗通常可以分为过高热（Hyperthermia）和光热消融（Photothermal ablation，PTA）两种。前者是指照射部位的温度升高到 42~46℃之间，而光热消融所要求的温度更高，且可以导致组织的永久性坏死。众所周知，传统的化疗和放疗在消灭癌细胞的同时会损伤正常组织，破坏免疫系统，增加二次癌症发病率，与之相比，非侵入性的光热治疗有着无与伦比的优势。一方面，通过运用近红外光，能够极大降低和避免对正常组织的伤害；另一方面，通过对肿瘤部位的局部辐射和照射强度的调节，能够实现肿瘤治疗的高效性和高度选择性。诚然，光热治疗一般都需要光热治疗剂的介入，这种材料在近红外区有着很强的吸收峰，并能有效地将所吸收的近红外光转化为热能，其光热原理是材料所吸收的近红外光只有小部分会以光子的形式释放出去，而大部分则转化为其自身的热能。随着纳米技术的发展，越来越多的无机和有机光热吸收材料被相继开发出来，如金基纳米材料、碳基纳米材料、“钯蓝”、半导体纳米材料（硫化铜、硒化铜等）等无机纳米材料以及聚吡咯、聚多巴胺等有机聚合物。其中，属于半导体族的硫化铜纳米粒子（CuS 纳米粒子）由于低成本、源自d-d能带跃迁而非表面等离子体共振的固有NIR吸收，在生物医学领域引起了广泛关注。目前CuS纳米粒子的合成方法，如水热法和微波辐射法均需要相对较高的温度或严格的反应环境。同时，对于其生物医学应用，CuS纳米粒子总是需要进一步的表面修饰以实现水溶性和更好的生物相容性。因此，建立更为简便和绿色的工艺来制备CuS纳米粒子，将有助于其在生物医学领域的深入应用。

聚乙烯亚胺（PEI）是一种重要的商业化人工高分子，特别是超支化PEI内部具备一定体积的疏水空腔，且其支链末端含有大量的氨基，孤独电子还能和不同金属原子或离子之间形成配位，从而能稳定金属离子、金属氧化物或金属单质。因此，用PEI作为稳定剂制备纳米材料具有很好的优势，一方面其超支化的结构能赋予纳米材料较好的胶体稳定性，另一方面其末端的活性氨基能够与很多活性官能团反应从而赋予纳米材料更多的功能，有利于其生物医学应用。

发明内容

本发明旨在改善CuS纳米材料的制备工艺和表面功能化，提供一种支化聚乙烯亚胺介导的纳米硫化铜的制备方法，其具体步骤包括：

配制一定浓度的聚乙烯亚胺水溶液，向其中加入1~2 ml的铜盐溶液，在80 °C搅拌反应0.5 h后，向反应体系中加入0.1~0.2 M的硫化物水溶液，继续在80 下反应1 h，高速离心收集制备的功能化纳米硫化铜。

优选地，上述步骤中聚乙烯亚胺为超支化结构，分子量在1800~25000之间，浓度为浓度为10~50 mg/ml。

优选地，上述步骤中铜盐为硝酸铜、氯化铜或硫酸铜中的一种，其摩尔浓度为0.1~0.2 M。

优选地，上述步骤中硫化物为硫化钠或硫氢化钠，其摩尔浓度为0.05~0.2 M。

优选地，制备的纳米硫化铜表面同步修饰有聚乙烯亚胺，具有大量的活性氨基官能团。

因此，本发明以支化聚乙烯亚胺为稳定剂，通过简单工艺快速制备出表面具有大量活性氨基的纳米硫化铜。

有益效果

（1）本发明制备工艺简单，得到的CuS纳米片形貌较为均一，重复性好，具有批量生产的潜力。

（2）本发明制备的CuS纳米片表面同步修饰有活性氨基，可进一步功能化得到多功能复合纳米材料。

（3）本发明制备的CuS纳米片同样在近红外区具有很好的光吸收，可作为光热转换材料用于光热治疗，在纳米医学领域具有较好的应用前景。

附图说明

图1是制备的CuS纳米片的透射电镜图片；

图2是CuS纳米片的分散液在近红外激光照射下的溶液升温曲线；

图3是照射前后CuS纳米片紫外-可见吸收光谱；

图4a是4T1细胞与CuS纳米片共培养后在激光照射下的细胞活力，图4b是照射后4T1细胞的台盼蓝染色图片。

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

一种支化聚乙烯亚胺介导的纳米硫化铜的制备方法，主要步骤如下：

称取0.1 g的PEI溶解在10 mL水中，搅拌至充分溶解后，向其中加入2 ml的氯化铜溶液（0.1 M），在80 °C下加热搅拌半小时后，加入5 ml硫化钠水溶液（0.1 M），继续加热反应1 h后，高速离心收集CuS纳米粒子并用去离子水反复清洗，放入冰箱备用。图1显示制备的CuS边缘不规则，但尺寸相对均一。

实施例2

称取0.2 g的PEI溶解在20 mL水中，充分搅拌溶解后，向其中加入2 ml的硝酸铜溶液（0.1M），在80 °C下加热搅拌半小时后，加入2.5ml硫氢化钠水溶液（0.1M），继续加热反应1h后，高速离心收集CuS纳米粒子并用去离子水反复清洗后备用。为实现CuS的功能化，将得到的表面有PEI的CuS分散在30 ml水中，称取25.3 mg的(1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐)和17.8 mg的N-羟基琥珀酰亚胺加入其中，随后向其中加入50 mg的透明质酸，继续在室温下搅拌反应24 h后，高速离心收集产物，反复清洗后得到透明质酸功能化的CuS，可用于CD44受体靶向的癌症光热治疗。

实施例3

称取0.15 g的PEI溶解在15mL水中，搅拌至充分溶解后，向其中加入2.5ml的氯化铜溶液（0.1 M），在80 °C下加热搅拌半小时后，加入7.5ml硫化钠水溶液（0.1 M），继续加热反应1 h后，高速离心收集CuS纳米粒子并用去离子水反复清洗，放入冰箱备用。将得到的纳米CuS分散在去离子水中，采用808 nm的激光照射CuS分散液，通过热电偶温度计监测分散液在照射过程中的温度变化，得到的温度-时间曲线如图2所示，由图可知随着照射时间的延长溶液温度快速上升，而当将激光关闭时，溶液温度又会缓慢下降，该实验证实本发明制备的硫化铜具备较好的光热转化性能。同时，当用紫外-可见光谱检测照射前后CuS分散液的吸收时，由图3可知照射前后CuS的吸收图谱基本没有变化，因此该纳米CuS同样具备较好的光热稳定性，可作为良好的光热剂用于生物医学。

实施例4

选用4T1细胞为样本，通过标准CCK-8实验评价纳米CuS的细胞毒性和光热杀伤效果。步骤如下：将4T1细胞按每孔1万的密度接种到96孔细胞培养板中，充分培养过夜后，取上述实施例2中的透明质酸修饰的纳米CuS分散在细胞培养基中，当4T1细胞与不同浓度的纳米CuS共培养24 h后，通过CCK-8实验评价细胞存活率，同时光热治疗组采用激光照射10 min后，同样评价其细胞存活率。纳米CuS浓度为0时的细胞存活率设为100%，对于100 μg/ml的纳米CuS照射处理的细胞用台盼蓝染色15 min，并用倒置显微镜拍照。上述结果如图4所示，当不用激光照射时，纳米CuS并未产生明显毒性，而使用激光照射时，细胞存活率明显下降，因此证实CuS的光热效应能有效杀死癌细胞。且通过台盼蓝染色结果同样证实4T1在光热下被大量杀死，证明CuS具备较好的细胞相容性和光热疗效。

Claims (5)

1.一种支化聚乙烯亚胺介导的纳米硫化铜的制备方法，其具体步骤包括：配制一定浓度的聚乙烯亚胺水溶液，向其中加入1~2 ml的铜盐溶液，在80°C搅拌反应0.5h后，向反应体系中加入0.1~0.2 M的硫化物水溶液，继续在80 下反应1 h，高速离心收集制备的功能化纳米硫化铜。

2.根据权利要求1所述的一种支化聚乙烯亚胺介导的纳米硫化铜的制备方法，其特征在于：所述步骤中聚乙烯亚胺为超支化结构，分子量在1800~25000之间，浓度为10~50 mg/ml。

3.根据权利要求1所述的一种支化聚乙烯亚胺介导的纳米硫化铜的制备方法，其特征在于：所述步骤中铜盐为硝酸铜、氯化铜或硫酸铜中的一种，其摩尔浓度为0.1~0.2 M。

4.根据权利要求1所述的一种支化聚乙烯亚胺介导的纳米硫化铜的制备方法，其特征在于：所述步骤中硫化物为硫化钠或硫氢化钠，其摩尔浓度为0.05~0.2 M。

5.根据权利要求1所述的一种支化聚乙烯亚胺介导的纳米硫化铜的制备方法，其特征在于：所述步骤中制备的纳米硫化铜表面同步修饰有聚乙烯亚胺，具有大量的活性氨基官能团。