CN110935021A - 一种纺锤型CuS@CeO2纳米复合材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种纺锤型CuS@CeO2纳米复合材料，CuS纳米粒子设有包覆层CeO2，在恒温水浴条件下加入氯化铜，巯基乙酸，硫代乙酰胺反应生成硫化铜CuS纳米粒子及合成原液；然后在CuS合成原液中，继续加入聚烯丙胺盐酸盐和硝酸铈并恒温搅拌，然后水浴加热，加入氢氧化钠溶液继续反应，反应的产物经冷冻干燥后得纺锤型CuS@CeO2纳米复合材料；所述CuS纳米粒子的包覆层CeO2是通过一步法反应制得；本发明以价格低廉、生物相亲性较好的CuS纳米粒子作为光热转化和放疗增敏材料，该材料可以很好的吸收近红外光并转化成热量，同时在放射治疗中增加放疗的治疗效果。

Description

一种纺锤型CuS@CeO2纳米复合材料及制备方法
技术领域
本发明是涉及一种纺锤型CuS@CeO2纳米复合材料及制备方法和应用，属于生物材料研究领域。
背景技术
据2014年初世卫组织发布的《世界癌症报告》，未来20年每年新发癌症病例将达到2200万，同期癌症死亡数将上升到1300万例。且受人口增长和老龄化影响，全球20％的新发癌症病人在中国，目前我国5人中即有1人死于癌症。传统的癌症治疗手段，包括外科手术，放射性治疗，和药物治疗三大主要手段。根据肿瘤发展的不同阶段，可以采取相应的治疗手段以达到最佳治疗效果。其中在实体瘤的早期，一般采用外科手术来切除掉肿瘤组织，并通过相应的放、化疗等治疗手段增加治疗效果，延长病人的生命周期。但是，手术治疗也存在很大的弊端，无法完全清除肿瘤组织，尤其是那些人眼看不到的微小病灶和转移灶，几乎无法清除。此外，对于已经扩散的晚期肿瘤，手术已经完全无法发挥作用，只能依靠放、化疗进行保守治疗，短暂的延长病人的生命周期。
相比于手术治疗，化疗更适合多阶段的肿瘤治疗，但是化疗药物在杀伤癌细胞的同时，对部分生长旺盛的人体正常细胞也有明显的抑制作用，而且，随着用药次数的增多，肿瘤细胞的耐药性会急剧增高、导致治疗效果差，治疗后肿瘤复发等严重问题。放疗理论上可以治疗任何肿瘤，但临床上存在计量控制不当，诱导正常组织产生癌变的风险，同时较大剂量的放疗还会影响人体免疫系统。因此，想通过单一的治疗手段来治愈肿瘤存在着较大的局限性，而通过联合不同的治疗手段，取长补短快速准确地诊断出肿瘤，并施以相应的联合治疗具有重要的临床价值。
CuS纳米材料作为一种生物相亲性较好的生物光热材料受到了广泛的关注。XuanY等(Adv.Funct.Mater.2015,25,4689–4699)采用放射性的64Cu为原料，合成出了粒径在30nm左右的CuS纳米粒子，该种纳米粒子可以通过二次反射增加放射治疗的敏感性从而提高放射治疗的效果，但是该种纳米粒子粒径较大，在肿瘤中的渗透性不好，同时受限于放疗依赖于氧气这一条件，放疗的效果提升不大。Qiwei Tian等(Adv.Mater.2011,23,3542–3547)合成了花瓣状的CuS纳米粒子，用于肿瘤的光热治疗，该种治疗方式单一，同时存在着对深部肿瘤治疗无力等缺点。Kai Dong等(Adv.Mater.2013,25,4452–4458)从Cu2O出发制备出了表面带有孔洞的CuS纳米空心球，将抗癌药物喜树碱负载在空洞之中进行化疗和热疗的联合治疗，该种方法采用联合治疗的方式，相比于单一治疗方式，有效地提高了治疗的效果，但是同样对于深部肿瘤缺乏有效的治疗。
发明内容
本发明目的是，提供一种纺锤型CuS@CeO2纳米复合材料及制备方法及肿瘤放射治疗中的应用。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种纺锤型CuS@CeO2纳米复合材料，所述的纳米复合材料是在恒温水浴条件下加入氯化铜，巯基乙酸，硫代乙酰胺反应生成硫化铜(CuS)纳米粒子，随后在CuS合成原液中，继续加入聚烯丙胺盐酸盐和硝酸铈并恒温搅拌，然后水浴加热，加入氢氧化钠溶液继续反应，冷冻干燥后得纺锤型CuS@CeO2纳米复合材料。
所述CuS纳米粒子CeO2包覆层通过一步法反应。
按质量比计算，CuCl2·H2O：PAH：Ce(NO3)3·6H2O为1:29:13到1:30:14之间。
两次水浴加热温度都为40-60℃，水浴时间分别为4到12小时。
硫化铜及原液合成步骤为，取15-20mg CuCl2·H2O加入到60-100mL去离子水中，40-60℃水浴加热，随后加入10-20uL巯基乙酸，待液体变黑后，再反应30-60min，用0.1MNaOH调整溶液pH到8-9，再反应30-60min，随后加入5-10mg硫代乙酰胺，继续反应4-12小时，得到含硫化铜纳米粒子的原液。硫化铜纳米粒子的主要半径分布在5-20纳米。
有益效果：本发明提供的纺锤型CuS@CeO2纳米复合材料及制备方法具有如下优点：
(1)本发明所述的纳米复合材料制备方法简单，制备工艺简单高效，反应可以一步进行到底，减少了很多繁琐的合成步骤，合成方法简单明了，同时使用的原料简单，环保。
(2)本发明所制备的纺锤型CuS@CeO2纳米复合材料，使用生物相亲性较好的硫化铜为光热材料，光热转化效率高，同时可以辅以放疗，最大化放大抗癌效果。
(3)本发明使用的CeO2包覆层生物相亲性好，还可以智能响应肿瘤微环境，较少肿瘤乏氧，增加硫化铜在肿瘤内的渗透性能，增加放疗的疗效。
(4)本发明使用一步法合成纺锤型CuS@CeO2纳米复合材料，结构独特，将大量硫化铜复合成纺锤状结构，且表面粗糙，结构和形状都可以极大的增加肿瘤细胞的摄取能力。
总之，本发明以价格低廉、生物相亲性较好的CuS纳米粒子作为光热转化和放疗增敏材料，在聚烯丙胺盐酸盐的作用下形成与二氧化铈(CeO2)复合的纺锤型纳米复合材料，该材料可以很好的吸收近红外光并转化成热量，同时在放射治疗中增加放疗的治疗效果，在双重协调治疗作用下，增加治疗肿瘤效果。
附图说明
图1为本发明纺锤型CuS@CeO2纳米复合材料制备方法流程图。
图2为纺锤型CuS@CeO2纳米复合材料的TEM图。
图3为纺锤型CuS@CeO2纳米复合材料的SEM图。
图4为纺锤型CuS@CeO2纳米复合材料响应H2O2的TEM图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。总体上纺锤型CuS@CeO2纳米复合材料制备方法包括有以下步骤：
(1)硫化铜原液合成：取15-20mg CuCl2·H2O加入到60-100mL去离子水中，40-60℃水浴加热，随后加入10-20uL巯基乙酸，待液体变黑后，再反应30-60min，用NaOH(0.1M)调整溶液pH到8-9，再反应30-60min，随后加入5-10mg硫代乙酰胺，继续反应4-12小时，得到硫化铜原液。
(2)待步骤(1)反应4-12小时后，在体系中加入300-500mgPAH和200-300mgCe(NO3)3·6H2O，继续反应30-60min，最后加入0.5-1mLNaOH(0.1M)在40-60℃反应6-12小时。
实施例
纺锤型CuS@CeO2纳米复合材料制备方(具体过程如图1所示)：
称取17mgCuCl2·H2O加入到100mL去离子水中，在50℃水浴中搅拌30min，随后加入14uL的巯基乙酸，继续反应30min后，用NaOH(0.1M)调节体系的pH值到8后，继续反应30min，最后将8mg的硫代乙酰胺加入到反应体系中，反应4小时，得到硫化铜反应原液。
将500mgPAH和217mgCe(NO3)3·6H2O加入到反应体系中搅拌30min后，准备0.5mLNaOH(0.1M)溶液倒入反应体系中，50℃水浴反应12小时后，离心收集得到纺锤型CuS@CeO2纳米复合材料
上述实施例中制备的纺锤型CuS@CeO2纳米复合材料透射电镜透如图2所示，可以很明显的观察到纳米材料呈现梭形结构，最长粒径大约在200nm左右，宽度为50nm左右，分散均一。
上述实施例中制备的纺锤型CuS@CeO2纳米复合材料扫描电镜透如图3所示，可以明显地观察到纳米材料的立体结构，呈现纺锤状，此外，还可以观察到纳米材料表面粗糙，有的还可以看到硫化铜纳米颗粒，结构分布均一。
上述实施例中制备的纺锤型CuS@CeO2纳米复合材料响应H2O2的透射电镜图如图4所示，纳米材料可以很好的跟H2O2作用，结构被破坏了，内部的硫化铜纳米颗粒也被释放出来了，说明我们的材料可以很好的影响肿瘤微环境。

Claims (5)

1.一种纺锤型CuS@CeO2纳米复合材料，其特征在于，所述的纺锤型CuS@CeO2纳米复合材料的结构是，CuS纳米粒子设有包覆层CeO2，包覆层通过一步法反应生成。
2.根据权利要求1所述的纺锤型CuS@CeO2纳米复合材料的制备方法，其特征在于，在恒温水浴条件下加入氯化铜，巯基乙酸，硫代乙酰胺反应生成硫化铜CuS纳米粒子及合成原液；然后在CuS合成原液中，继续加入聚烯丙胺盐酸盐和硝酸铈并恒温搅拌，然后水浴加热，加入氢氧化钠溶液继续反应，反应的产物经冷冻干燥后得纺锤型CuS@CeO2纳米复合材料；所述CuS纳米粒子的包覆层CeO2是通过一步法反应制得；按质量比计算，CuCl2·H2O：聚烯丙胺盐酸盐(PAH)：Ce(NO3)3·6H2O为1:29:13到1:30:14之间；两次水浴加热温度都为40-60℃，水浴时间分别为4到12小时。
3.根据权利要求1所述的纺锤型CuS@CeO2纳米复合材料的制备方法，其特征在于，硫化铜及原液合成步骤为，取15-20mg CuCl2·H2O加入到60-100mL去离子水中，40-60℃水浴加热，随后加入10-20uL巯基乙酸，待液体变黑后，再反应30-60min，用0.1M NaOH调整溶液pH到8-9，再反应30-60min，随后加入5-10mg硫代乙酰胺，继续反应4-12小时，得到含硫化铜纳米料子的原液。
4.根据权利要求3所述的纺锤型CuS@CeO2纳米复合材料的制备方法，其特征在于，在得到的含硫化铜纳米料子的原液体系中加入300-500mgPAH和200-300mgCe(NO3)3·6H2O，继续反应30-60min，最后加入0.5-1mLNaOH(0.1M)在40-60℃水浴反应6-12小时；离心收集得到纺锤型CuS@CeO2纳米复合材料。
5.根据权利要求1-4之一所述的纺锤型CuS@CeO2纳米复合材料制备方法得到的纳米复合材料在放疗中应用，增加硫化铜在肿瘤内的渗透性能。
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