本發(fā)明屬于光熱轉(zhuǎn)換材料領(lǐng)域，具體涉及一種二氧化鉬納米光熱轉(zhuǎn)換材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

光熱治療通過將材料注入到腫瘤中，利用材料在近紅外波段(生物窗口)大量吸收光能并轉(zhuǎn)化為熱能而殺死癌細(xì)胞，達(dá)到治療癌癥的效果。光熱治療與傳統(tǒng)的放射性治療、化學(xué)治療等癌癥治療技術(shù)相比，其最大的優(yōu)勢在于精準(zhǔn)治療，將具有光熱效應(yīng)的藥劑與抗體復(fù)合，通過抗體的靶向性可以準(zhǔn)確到達(dá)癌細(xì)胞周圍，同時對正常細(xì)胞、組織無傷害。此外光熱治療的療程很短，只需幾分鐘，且無其他副作用，是一種應(yīng)用前景十分廣泛的癌癥治療方法。目前用于光熱治療的材料已經(jīng)發(fā)展出四代。第一代是以為金、銀為代表的貴金屬納米顆粒，這些納米顆粒具有很強(qiáng)的表面等離子體共振特性，因而具有很好的光吸收效率，但因其價格昂貴、表面等離子體共振波段難與生物窗口相匹配而受到了限制。第二代光熱材料主要是石墨烯為主的碳材料，這些材料的光熱轉(zhuǎn)換面積較大，但生物降解性不好，同時近紅外吸收較弱。第三代材料包括cus等重?fù)诫s半導(dǎo)體和金屬化合物，半導(dǎo)體的表面等離子體共振峰位可以通過摻雜調(diào)控到生物窗口，從而在生物窗口產(chǎn)生明顯的光吸收，但摻雜使得表面等離子體共振強(qiáng)度減弱，影響了光吸收效果，且硫化物等的生物相容性較差，在光熱治療上的應(yīng)用受到限制。因此，需要開發(fā)一種合成方法綠色、簡單、成本低廉、無需摻雜就能在生物窗口產(chǎn)生強(qiáng)烈表面等離子體共振的光熱轉(zhuǎn)換材料。

目前制備moo2材料的方法主要有水熱合成法與化學(xué)氣相沉積等。zhou等人采用熱蒸發(fā)技術(shù)，在1100℃、氬氣氛圍下沉積了垂直于襯底的moo2納米線陣列(zhouj,etal.large-areananowirearraysofmolybdenumandmolybdenumoxides:synthesisandfieldemissionproperties[j].advancedmaterials,2003,15(21):1835-1840.)。liang等人利用(nh4)6mo7o24·4h2o作為鉬源通過水熱合成制備moo2納米結(jié)構(gòu)，同時通過添加乙二醇、乙二胺和水合肼作為表面活性劑調(diào)控了moo2的微觀形貌，制備出moo2納米球(無表面活性劑)、moo2納米片(乙二醇)和moo2納米帶(乙二胺)三種不同的納米結(jié)構(gòu)(liangy,etal.hydrothermalsynthesisandlithium-intercalationpropertiesofmoo2,nano-particleswithdifferentmorphologies[j].solidstateionics,2006,177(5-6):501-505.)。這些方法通常需要較為嚴(yán)苛的合成環(huán)境，合成步驟繁瑣、合成能耗大，同時，這些工作并未報道所合成的moo2具有表面等離子體共振特性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種二氧化鉬納米光熱轉(zhuǎn)換材料的制備方法，將液相激光燒蝕與溶劑熱合成相結(jié)合，制備了具有表面等離子體共振特性的moo2納米顆粒，所述moo2納米顆粒為高結(jié)晶態(tài)的單斜相二氧化鉬，具有光熱轉(zhuǎn)換性能，可作為光熱轉(zhuǎn)換材料制備光熱治療試劑。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種二氧化鉬納米光熱轉(zhuǎn)換材料的制備方法，所述方法結(jié)合液相激光燒蝕技術(shù)和溶劑熱法，通過在混合溶液中激光燒蝕高純金屬鉬，獲得高活性溶劑熱前驅(qū)體，再經(jīng)過溶劑熱法反應(yīng)合成二氧化鉬納米顆粒，具體包括以下步驟：

步驟1，配制體積比為1-2:1的乙醇與h2o2的混合溶液，將單質(zhì)鉬浸沒在混合溶液中，攪拌混合均勻；

步驟2，將激光光束聚焦在單質(zhì)鉬表面，在100-300mj激光能量下燒蝕10-45min，得到含氧化鉬納米顆粒的膠體；

步驟3，將含氧化鉬納米顆粒的膠體在120-220℃下保溫1-5h，進(jìn)行溶劑熱合成，反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，去除上層清液，將沉淀清洗、離心、干燥后，得到二氧化鉬納米材料。

優(yōu)選地，步驟1中，所述的單質(zhì)鉬為高純鉬靶(99.99％)或鉬粉。

優(yōu)選地，步驟2中，所述的脈沖激光的波長為532nm或1064nm，脈沖頻率為5-10hz。

優(yōu)選地，步驟2中，所述的激光能量為250mj，燒蝕時間為20min。

優(yōu)選地，步驟3中，所述的溶劑熱反應(yīng)溫度為160～180℃，保溫時間為2h。

優(yōu)選地，步驟3中，所述的清洗所用溶劑為乙醇或甲醇，離心轉(zhuǎn)速為8000-10000r/min，離心時間為2-4min，離心次數(shù)為3-6次。

進(jìn)一步地，本發(fā)明還提供上述制備方法制得的二氧化鉬納米光熱轉(zhuǎn)換材料。

更進(jìn)一步地，本發(fā)明提供上述二氧化鉬納米材料在制備光熱治療試劑的應(yīng)用。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：

(1)制備的二氧化鉬納米光熱轉(zhuǎn)換材料具有表面等離子體共振特性，在近紅外波段可以產(chǎn)生強(qiáng)烈光吸收，在近紅外激光輻照下，能將所吸收的光能有效轉(zhuǎn)化為熱能從而殺死癌細(xì)胞；

(2)二氧化鉬納米光熱轉(zhuǎn)換材料具有非常優(yōu)異的光熱穩(wěn)定性和生物相容性，癌細(xì)胞在moo2溶液中具有很高的存活率；

(3)制備方法簡單快速，綠色，環(huán)保，制備過程中無需添加有機(jī)類表面活性劑等對環(huán)境產(chǎn)生影響的試劑，制備成本低廉，制得的二氧化鉬納米材料為單斜相，具有高純度，高活性和高結(jié)晶性；

(4)制備的二氧化鉬納米光熱轉(zhuǎn)換材料可用于制備光熱治療試劑，將含有二氧化鉬納米材料的光熱治療試劑注入到腫瘤部位，利用近紅外激光對腫瘤進(jìn)行輻照，能夠有效抑制腫瘤生長，腫瘤尺寸明顯減小甚至消失，在光熱治療腫瘤領(lǐng)域具有非常廣泛的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1制備的二氧化鉬納米顆粒的(a)低倍sem圖，(b)高倍sem圖。

圖2為實(shí)施例1制備的二氧化鉬納米顆粒的xrd圖。

圖3為實(shí)施例1制備的二氧化鉬納米顆粒的可見-紅外吸收光譜圖。

圖4為808nm波長激光輻照下二氧化鉬納米顆粒溶液的(a)熱成像圖，(b)升溫曲線圖。

圖5為808nm波長激光輻照下二氧化鉬納米顆粒溶液和icg溶液的(a)循環(huán)升溫曲線圖，(b)輻照前后吸收光譜圖。

圖6為二氧化鉬納米顆粒溶液培育下的細(xì)胞存活率圖。

圖7為808nm波長激光輻照時二氧化鉬納米顆粒溶液培育下的細(xì)胞存活率圖。

圖8為小鼠接受二氧化鉬納米顆粒光熱轉(zhuǎn)換材料光熱治療后的腫瘤生長變化圖。

圖9為實(shí)施例2制備的二氧化鉬納顆粒的(a)低倍sem圖，(b)高倍sem圖。

圖10為實(shí)施例2制備的二氧化鉬納米顆粒的xrd圖。

圖11為實(shí)施例2制備的二氧化鉬納米顆粒的可見-紅外吸收光譜圖。

圖12為實(shí)施例3制備的二氧化鉬納米顆粒的可見-紅外吸收光譜圖。

圖13為實(shí)施例4制備的二氧化鉬納米顆粒的可見-紅外吸收光譜圖。

圖14為對比例1制備的二氧化鉬納顆粒的(a)低倍sem圖，(b)高倍sem圖。

圖15為對比例1制備的二氧化鉬納米顆粒的xrd圖。

圖16為對比例1制備的二氧化鉬納米顆粒的吸收光譜圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。

實(shí)施例1

利用液相激光燒蝕與溶劑熱法相結(jié)合技術(shù)，制備二氧化鉬納米光熱轉(zhuǎn)換材料，具體包括以下步驟：

步驟1、配制體積比為2:1的乙醇與h2o2的混合溶液，將高純鉬靶(99.99％)浸沒在混合溶液中，攪拌混合均勻；

步驟2、將1064nm波長的激光光束聚焦在單質(zhì)鉬表面，激光脈沖頻率為10hz，在250mj激光能量下燒蝕鉬靶20min，得到含氧化鉬納米顆粒的膠體；

步驟3、將含氧化鉬納米顆粒的膠體在180℃下保溫2h，進(jìn)行溶劑熱合成，反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，去除上層清液，將反應(yīng)釜底部產(chǎn)物用乙醇清洗離心6次，離心轉(zhuǎn)速8000r/min，離心時間2min，得到沉淀，所述沉淀即為二氧化鉬納米材料。

對制備的產(chǎn)物進(jìn)行了sem、xrd表征分析，如圖1、圖2所示。sem結(jié)果表明按照實(shí)施例1的工藝參數(shù)，獲得的二氧化鉬納米顆粒尺寸均一，約80nm，且形貌非常均勻。產(chǎn)物xrd圖譜(圖2)的衍射峰位和強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)的單斜相moo2衍射圖譜(pdf卡片編號#32-0671)完全一致，因此該合成參數(shù)下制備的產(chǎn)物為具有高結(jié)晶性的單斜相moo2，且moo2納米顆粒的純度非常高，所對應(yīng)的xrd衍射圖像上沒有任何其他物質(zhì)的雜峰。

按照實(shí)施例1的工藝參數(shù)制備的二氧化鉬納米光熱轉(zhuǎn)換材料具有強(qiáng)烈的近紅外光吸收，吸收峰位在810nm附近，如圖3所示。在近紅外激光輻照5分鐘后，該納米顆粒能實(shí)現(xiàn)有效的光熱轉(zhuǎn)化，使其溶液溫度可升高37.5℃，如圖4所示。所使用近紅外激光具有較高的生物組織穿透性，其波長為808nm，激光功率密度為0.8w/cm²。與臨床治療常用的光熱藥劑icg相比，本材料具有高度穩(wěn)定性，在經(jīng)過4個循環(huán)升溫周期后依然具有明顯的升溫能力，且輻照前后材料穩(wěn)定，其吸收光譜無明顯變化，如圖5所示；而icg則在多次循環(huán)試驗(yàn)之后喪失了升溫能力，其輻照前后的吸收光譜發(fā)生明顯變化，這是由于材料淬滅所引起的。

將4t1癌細(xì)胞接種到濃度為0.785～25mg/ml的二氧化鉬納米溶液中，培養(yǎng)24h，利用標(biāo)準(zhǔn)mtt方法檢測培養(yǎng)液中4t1細(xì)胞的存活率。本發(fā)明制備的二氧化鉬納米光熱轉(zhuǎn)換材料具有很好的生物相容性，如圖6所示，4t1細(xì)胞在濃度為0.785％的moo2溶液中的存活率高達(dá)97％。本發(fā)明制備的二氧化鉬納米光熱轉(zhuǎn)換材料可應(yīng)用于光熱殺死體外癌細(xì)胞，將癌細(xì)胞培育在含有moo2納米材料的培養(yǎng)基中，利用近紅外激光對癌細(xì)胞輻照5分鐘，癌細(xì)胞被有效殺死，存活率低至20％，如圖7所示。

本發(fā)明制備的二氧化鉬納米光熱轉(zhuǎn)換材料應(yīng)用于光熱治療活體腫瘤時，將50μl濃度為0.5mg/ml的moo2溶液通過瘤內(nèi)注射將藥劑注入到小鼠的活體腫瘤中，利用能量密度為0.8w/cm²的808nm近紅外激光對癌細(xì)胞輻照5分鐘。治療結(jié)束后的14天內(nèi)小鼠體內(nèi)腫瘤的生長得到了有效抑制，腫瘤尺寸明顯減小甚至消失，如圖8所示。這表明按照實(shí)施例1的工藝參數(shù)制備的moo2納米顆粒確實(shí)可用于高效光熱治療癌癥。

實(shí)施例2

利用液相激光燒蝕與溶劑熱法相結(jié)合技術(shù)，制備二氧化鉬納米光熱轉(zhuǎn)換材料，具體包括以下步驟：

步驟1、配制體積比為1:1的乙醇與h2o2的混合溶液，將高純鉬靶(99.99％)浸沒在混合溶液中，攪拌混合均勻；

步驟2、將1064nm波長的激光光束聚焦在單質(zhì)鉬表面，激光脈沖頻率為10hz，在250mj激光能量下燒蝕鉬靶20min，得到含氧化鉬納米顆粒的膠體；

步驟3、將含氧化鉬納米顆粒的膠體在160℃下保溫5h，進(jìn)行溶劑熱合成，反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，去除上層清液，將反應(yīng)釜底部產(chǎn)物用乙醇清洗離心6次，離心轉(zhuǎn)速8000r/min，離心時間2min，得到沉淀，所述沉淀即為二氧化鉬納米材料。

對制備的產(chǎn)物進(jìn)行了sem、xrd表征分析，圖9為其形貌圖，從圖中可以看出，大量的納米顆粒均勻分布，顆粒尺寸非常小，約為50nm；同時產(chǎn)物尺寸均一、形貌均勻，由此可以看出在該合成參數(shù)下可制備出高純度、尺寸均一的二氧化鉬納米顆粒。產(chǎn)物xrd圖譜的衍射峰位和強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)的單斜相moo2衍射圖譜(pdf卡片編號#32-0671)完全一致，如圖10所示，因此該合成參數(shù)下制備的產(chǎn)物為具有高結(jié)晶性的單斜相moo2，且其純度非常高，所對應(yīng)的xrd衍射圖譜上沒有任何其他物質(zhì)的雜峰。合成產(chǎn)物可均勻分散在乙醇溶劑中，其吸收光譜在790nm附近具有明顯的吸收峰，如圖11所示，說明按照實(shí)施例2所制備的moo2納米顆粒具有近紅外光吸收，可以實(shí)現(xiàn)光能與熱能的有效轉(zhuǎn)化。

實(shí)施例3

利用液相激光燒蝕與溶劑熱法相結(jié)合技術(shù)，制備二氧化鉬納米光熱轉(zhuǎn)換材料，具體包括以下步驟：

步驟1、配制體積比為2:1的乙醇與h2o2的混合溶液，將高純鉬靶(99.99％)浸沒在混合溶液中，攪拌混合均勻；

步驟2、將1064nm波長的激光光束聚焦在單質(zhì)鉬表面，激光脈沖頻率為10hz，在100mj激光能量下燒蝕鉬靶45min，得到含氧化鉬納米顆粒的膠體；

步驟3、將含氧化鉬納米顆粒的膠體在220℃下保溫2h，進(jìn)行溶劑熱合成，反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，去除上層清液，將反應(yīng)釜底部產(chǎn)物用乙醇清洗離心6次，離心轉(zhuǎn)速8000r/min，離心時間4min，得到沉淀，所述沉淀即為二氧化鉬納米材料。

該參數(shù)下的合成產(chǎn)物可均勻分散在乙醇溶劑中，其吸收光譜在1100nm附近具有明顯的吸收峰，如圖12所示，說明按照實(shí)施例3所制備的moo2納米顆粒同樣具有近紅外光吸收，可以實(shí)現(xiàn)光能與熱能的有效轉(zhuǎn)化。將moo2納米顆粒注射到腫瘤中可利用808nm的激光對其進(jìn)行輻照，能使得腫瘤部位快速升溫從而殺死癌細(xì)胞。

實(shí)施例4

利用液相激光燒蝕與溶劑熱法相結(jié)合技術(shù)，制備二氧化鉬納米光熱轉(zhuǎn)換材料，具體包括以下步驟：

步驟1、配制體積比為1:1的乙醇與h2o2的混合溶液，將高純鉬靶(99.99％)浸沒在混合溶液中，攪拌混合均勻；

步驟2、將1064nm波長的激光光束聚焦在單質(zhì)鉬表面，激光脈沖頻率為10hz，在300mj激光能量下燒蝕鉬靶10min，得到含氧化鉬納米顆粒的膠體；

步驟3、將含氧化鉬納米顆粒的膠體在120℃下保溫1h，進(jìn)行溶劑熱合成，反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，去除上層清液，將反應(yīng)釜底部產(chǎn)物用乙醇清洗離心3次，離心轉(zhuǎn)速10000r/min，離心時間2min，得到沉淀，所述沉淀即為二氧化鉬納米材料。

該參數(shù)下的合成產(chǎn)物可均勻分散在乙醇溶劑中，其吸收光譜在1100nm附近具有明顯的吸收峰，如圖13所示，說明按照實(shí)施例4所制備的moo2納米顆粒同樣具有近紅外光吸收，可以實(shí)現(xiàn)光能與熱能的有效轉(zhuǎn)化。將moo2納米顆粒注射到腫瘤中可利用808nm的激光對其進(jìn)行輻照，能使得腫瘤部位快速升溫從而殺死癌細(xì)胞。

對比例1

利用液相激光燒蝕與溶劑熱法相結(jié)合技術(shù)，制備二氧化鉬納米光熱轉(zhuǎn)換材料，具體包括以下步驟：

步驟1、配制體積比為5:1的乙醇與h2o2的混合溶液，將高純鉬靶(99.99％)浸沒在混合溶液中，攪拌混合均勻；

步驟2、將1064nm波長的激光光束聚焦在單質(zhì)鉬表面，激光脈沖頻率為10hz，在250mj激光能量下燒蝕鉬靶20min，得到含氧化鉬納米顆粒的膠體；

步驟3、將含氧化鉬納米顆粒的膠體在180℃下保溫2h，進(jìn)行溶劑熱合成，反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，去除上層清液，將反應(yīng)釜底部產(chǎn)物用乙醇清洗離心6次，離心轉(zhuǎn)速8000r/min，離心時間2min，得到沉淀。

該參數(shù)下的合成產(chǎn)物如圖14所示為均勻球形顆粒，顆粒尺寸約為200nm，xrd表征說明該產(chǎn)物不再是高結(jié)晶態(tài)的單斜相moo2，而是結(jié)晶性較差的六方相moo2，如圖15所示。將產(chǎn)物均勻分散在乙醇溶劑中，其吸收光譜無明顯吸收峰，如圖16所示，說明按照實(shí)施例5所制備的納米顆粒不再具有近紅外光吸收，無法實(shí)現(xiàn)光能與熱能的有效轉(zhuǎn)化，因而不再具有光熱治療效果。