硫化铜近红外吸收性能调控及其应用研究

摘要

近红外激光由于具有良好的生物组织穿透性且对组织几乎无损伤等优点，是一种生物医疗领域应用广泛的重要光源，因此受到了更多的关注。为了充分的发挥近红外激光在生物体内的作用，需要开发与之相匹配的光热转换纳米材料或器件。近年来，硫化铜纳米材料由于其廉价、低毒和强的近红外吸收等优点被广泛应用于肿瘤的诊断和治疗。但是将它应用于生物体内还存在着一些问题，如经尾静脉给药时，容易被正常组织和器官截留，从而对肿瘤的诊断造成很大干扰。另外，目前硫化铜的应用还比较局限，为了拓展其用途需要开发更高效的利用模式。 基于此，本论文开展了如下工作： 第一部分：高性能、具有生物响应特性的纳米材料能有效解决普通造影材料在正常组织的干扰问题，因此基于温度能控制硫化铜晶态的转变，使其近红外吸收从无到有的原理，开发了一种温度响应的硫化铜光声造影剂，有效地提高了肿瘤部位与正常组织的对比度。我们以牛血清蛋白为表面活性剂，利用氯化铜和硫代乙酰胺在25oC条件下反应2小时得到了尺寸约为5 nm超小硫化铜非晶态纳米粒子，该纳米粒子在近红外吸收很弱。模拟生物体温，将该非晶态硫化铜在37oC反应48小时，得到了尺寸约为21 nm片状晶态CuS纳米材料，该材料在近红外区域的吸收明显增强。通过构建肿瘤模型，证明了体内温度可以很明显提高光声造影性能，增加了肿瘤组织和正常组织的光声信号对比度。 第二部分：为了克服 CuS纳米材料光热转换效率比较低的应用限制，我们利用超结构和自掺杂效应能有效提高 CuS的光热转换效率的原理，设计开发了一种花状自掺杂的 CuS超结构光热转换材料，该转换材料具有非常好的近红外光热转换能力。首先利用溶剂热法，以聚乙烯吡咯烷酮为表面活性剂和弱还原剂，以氮甲基吡咯烷酮作为溶剂，通过改变实验参数探索合成了结构均一、分散良好、近红外吸收强的CuS，并总结了弱还原剂对硫化铜结构和近红外吸收性能的调控规律。 第三部分：为了拓展CuS超结构光热转换材料的应用领域，我们将CuS材料分散于聚酰亚胺中，利用涂层法，经高温梯度固化，制备了耐高温、柔韧性良好的CuS膜。光热性能测试结果表明，该CuS膜经808 nm激光照射，其温度瞬间最高可达140 oC，证明该光热转换膜材料具有升温速度快以及转换效率高的优点。随后我们初步探索了该膜材料在激光驱动的开关、发电机和海水纯化等三个领域中的应用，证明了该膜材料具有很好的应用前景。

目录

第一章 绪论

1.1近红外光热转换材料

1.2硫化铜光热转换材料的研究进展

1.3论文的立题意义和研究内容

参考文献

第二章温度对CuS近红外吸收性能调控及应用

2.1 引言

2.2实验部分

2.3结果与讨论

2.4本章小结

参考文献

第三章 表面活性剂对CuS近红外吸收性能调控

3.1引言

3.2实验部分

3.3结果与讨论

3.4本章小结

参考文献

第四章 CuS膜的制备与应用

4.1引言

4.2实验部分

4.3结果与讨论

4.4本章小结

参考文献

第五章 全文结论

攻读硕士期间取得的研究成果

致谢

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