氧化石墨烯/硒化物纳米杂化材料的制备及其在光热治疗方面的应用研究

摘要

石墨烯（Graphene）是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料。这种材料具有二维结构、一个原子的厚度，是碳的所有同素异形体的基本组成部分。因为石墨烯具有优秀的光学、电学、热学、力学和化学性能，自它被发现以来一直都是国内外科研工作者研究的热点，受到了全世界的关注。为了充分利用并进一步优化石墨烯的优良特性，许多研究者尝试将它作为载体，在其表面修饰各种有机、无机纳米粒子以及生物分子（如DNA、叶酸、阿霉素等），制备了一系列具有独特性能的纳米杂化材料。基于石墨烯性能的特殊性，石墨烯的衍生物-氧化石墨烯及其和各种聚合物、纳米粒子（金属、金属氧化物和半导体）复合物的研究也得到了迅猛的发展。本文主要研究了在氧化石墨烯表面修饰含硒化合物纳米粒子的方法，并对制备的纳米杂化材料的结构和性质进行了一系列的表征，同时探讨了这些材料在成像以及光热治疗方面的应用。
　　第一章概括了石墨烯及其衍生物氧化石墨烯的结构、性质和以它们为载体在表面修饰纳米粒子制备纳米杂化材料的方法，同时综述了氧化石墨烯及其杂化材料在生物领域里基因传递、药物运输、成像和光热治疗方面的应用。最后提出了本论文的研究设想。
　　第二章介绍了一种GO/Bi2Se3纳米杂化材料的制备方法。采用溶剂热法，以改进的Hummers法制备的氧化石墨烯为载体，以一缩二乙二醇为溶剂，在氧化石墨烯表面均匀地原位沉积上Bi2Se3化合物纳米粒子。我们从反应温度、反应时间及投料比等条件出发，探究了在氧化石墨烯表面上原位修饰硒化物纳米粒子的最佳合成条件。通过一系列光谱和电镜等表征手段，我们对GO/Bi2Se3纳米材料的结构和性质进行了分析。结果表明，在200℃、3h条件下能得到形貌较好的纳米杂化材料，半导体纳米粒子在氧化石墨烯表面分布均匀。此外，对于形貌较好的材料，我们探究了它和相同浓度下商用碘造影剂的在体外CT成像效果的差异，该纳米杂化材料的成像性能优于商用造影剂;同时研究了它的光热性质及其在细胞水平上光热治疗的应用，该材料具有良好的光热转化性能，可用于光热治疗。
　　第三章的主要内容是采用高温热注射法制备了一种GO/Cu2-xSe纳米杂化材料，使用的溶剂是油胺，其中纳米粒子均匀地原位修饰在氧化石墨烯表面。氧化石墨烯的制备方法与第二章相同，在开始反应前，先将GO分散在油胺中，将称好的氯化亚铜和硒脲分别转移到三口烧瓶中，密封，用氮气将里面的残余的少量空气排出，再往两个烧瓶内注入油胺，开始反应，期间在氯化亚铜完全溶解后将GO注入烧瓶内，达到设定温度后，将硒脲溶液抽出并迅速注入到氯化亚铜和氧化石墨烯的混合溶液中，再反应一段时间后，终止反应。实验最终得到的是以GO为基底的，原位沉积了Cu2-xSe的纳米杂化材料。我们通过调控反应条件，得到了纯净的、粒径均一的、氧化石墨烯表面粒子分布均匀的纳米杂化材料。选取一部分修饰较好的材料对其进行了一系列的结构和性质表征。最后我们将所制备的材料应用于光热性质的研究。
　　第四章对本文的主要结论进行了整理总结，并对以石墨烯为载体的纳米杂化材料在分子影像和光热治疗方面的应用前景加以展望。

目录

摘要

第一章 前言

1．1 石墨烯、氧化石墨烯的结构和性质

1．2 氧化石墨烯基纳米杂化材料的制备

1．2．1 非原位杂化

1．2．2 原位修饰

1．3 氧化石墨烯基纳米材料在生物医药领域的应用

1．3．1 分子载体

1．3．2 光学治疗

1．3．3 生物成像

1．4 本论文的研究设想

参考文献

第二章 氧化石墨烯／硒化铋纳米复合材料的制备及其在CT成像和光热疗上的应用

引言

2．1 实验部分

2．1．1 试剂与仪器

2．1．2 GO／Bi2Se3杂化材料的制备

2．1．3 GO／Bi2Se3的溶液光热实验

2．1．4 光热稳定性实验

2．1．5 光热回复性实验

2．1．6 复合材料溶液的CT成像

2．1．7 材料的溶血实验

2．1．8 细胞孵育

2．1．9 复合材料的细胞毒性

2．1．10 复合材料细胞水平的光热实验

2．1．11 激光共聚焦荧光成像实验

2．2 结果与讨论

2．2．1 纳米氧化石墨烯的实验表征

2．2．2 氧化石墨烯／硒化铋纳米杂化材料的表征

2．2．3 杂化材料的光热曲线

2．2．4 材料的光热稳定性和回复性

2．2．5 光照前后材料的UV-NIR吸收光谱

2．2．6 杂化材料和单一材料的光热效果比较

2．2．7 材料溶液的CT成像

2．2．8 GO／Bi2Se3的溶血实验

2．2．9 GO／Bi2Se3的细胞毒性实验

2．2．10 GO／Bi2Se3的细胞光热

2．2．11 激光共聚焦荧光成像评价材料的细胞光热毒性

2．3 总结

参考文献

第三章 氧化石墨烯／硒化铜纳米杂化材料的制备及其光热研究

引言

3．1 实验部分

3．1．1 试剂与仪器

3．1．2 制备氧化石墨烯／硒化铜纳米杂化材料

3．2 结果与讨论

3．2．1 GO／Cu2-xSe杂化材料的实验表征

3．2．2 材料的TEM

3．2．3 材料的改性实验

3．2．4 水溶性纳米复合材料的TEM

3．2．5 材料的红外光谱表征

3．2．6 光照前后材料的UV-NIR吸收光谱

3．2．7 材料溶液的光热实验

3．2．8 复合材料光热协同效果研究

3．2．9 材料的光热稳定性

3．2．10 材料的毒性实验-MTT法

3．2．11 材料的细胞光热

3．3 本章小结

参考文献

第四章 全文小结与展望

发表的论文和申请的专利

致谢

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