一种强信号低毒性的复合型纳米材料及其制备方法

摘要

一种强信号低毒性的复合型纳米材料及其制备方法，属于材料制备技术领域，由Au-Cu

说明书

技术领域

    本发明属于材料制备技术领域，涉及一种复合型纳米材料及其制备方法。

背景技术

纳米颗粒是指尺寸在1～100 nm之间的粒子，它是由数目极少的原子或分子组成的原子群或分子群，介于宏观物质和微观原子与分子中间的领域，是一种典型的介观系统。其特殊的结构导致它具有许多独特的性质，如表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等。Cu₂S作为一种新型的P型半导体纳米材料,其禁带宽约为1.2eV其独特的物理和化学特性可以作为生物探针进行生物体内及体外检测，在生物学和医学等领域受到高度重视。如果采取在单一量子点表面包覆另一种晶体结构相似、带隙更大的半导体材料，制得核/壳型纳米颗粒，可以增强其稳定性，而且使表面积无辐射重组位置被钝化，减少激发缺陷从而大大改善其荧光性质。作为荧光标记物，广泛应用于生物标记与分析。但是单纯的Cu₂S量子点的毒性还是远远高于应用于生物体的标准,并且由于其自身结构的原因,Cu₂S量子点所发出的SERS信号并不是非常强烈,这促使我们尝试寻找一种方法,来提高Cu₂S量子点SERS信号的同时还可以降低其生物毒性。

由于我们知道Au纳米颗粒具备良好的光学性质，尤其在其产生SERS信号方面表现尤为突出，而ZnS作为一种半导体纳米材料，其生物毒性要远低于Cu₂S。所以由于以上种种原因，我们对Cu₂S量子点进行了一系列的表面修饰。表面修饰后的核壳结构的量子点具有比表面积大、良好的生物相容性以及电催化性等优良的性质，与生物大分子连接后应用于生物传感器时体现了其优越的适用性。包裹后的核/壳型量子点单分散性好，稳定性强，量子产额高，强荧光信号，量子点所具备的毒性被大大降低，因此对于量子点的表面修饰改善表面结构方便应用于生物检测一直是研究者热衷解决的问题。本发明利用晶种生长法制备出Au-Cu纳米颗粒，再利用油相合成法制备出Au-Cu₂S复合型纳米颗粒作为内核来增强Cu₂S量子点的SERS信号，最后再利用ZnS对Cu₂S量子点进行包裹来降低其毒性。此发明未见报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种强信号低毒性的复合型纳米材料。

本发明同时还提供了这种强信号低毒性的复合型纳米材料的制备方法。

本发明公开的强信号低毒性的复合型纳米材料由Au-Cu₂S量子点作为内核， ZnS为外壳包裹Au-Cu₂S量子点内核制成Au-Cu₂S/ZnS量子点，其中所述的Au-Cu₂S量子点粒径为10± 0.6nm；金纳米颗粒的粒径为6±0.2nm；所述的Au-Cu₂S/ZnS量子点粒径为12 ±0.6nm。

本发明提供的复合型的纳米颗粒的制备方法，由以下步骤完成：

(1)Au纳米颗粒的制备：将氯金酸(HAuCl₄)与油胺(OM)以及左旋维C(AA)按2:3:2.7的摩尔比进行搅拌还原1.5小时，制得Au纳米颗粒；

(2)Au-Cu₂S复合型纳米颗粒的制备：首先将氯化亚铜（CuCl₂）与油胺(OM)按1:1.5的摩尔比混合,在隔绝空气的情况下升温至200℃，然后向氯化亚铜与油胺的混合溶液中加入步骤(1)中制得的金（Au）纳米颗粒及硫（S）粉，金（Au）纳米颗粒与油胺（OM）摩尔比为2:1，硫（S）粉与金（Au）纳米颗粒等量，将温度保持在200℃持续搅拌3小时后冷却至室温制得Au-Cu₂S纳米颗粒；           

(3)Au-Cu₂S/ZnS量子点的制备 ： ①用离心法洗去步骤（2）得到的Au-Cu₂S量子点表面层的多余物质；②把油胺和氯化锌混合放入三口反应器中，在通氮气的同时加热至80℃搅拌15分钟，油胺的体积mL和氯化锌的质量mg的比为5：360，得到氯化锌油胺溶液；③在得到氯化锌油胺溶液中，以60ul/s的速度注入步骤（2）得到的Au-Cu₂S纳米颗粒溶于氯仿溶液中，Au-Cu₂S量子点的氯仿溶液的浓度为0.4mg/mL, 氯化锌与Cu₂S量子点的质量比为1：2，加热至170-180℃，反应30分钟；④按照硫的质量mg与油胺(OM)的体积mL 的比为32：1，将硫溶于油胺(OM)中，然后把得到的溶液注入步骤③的反应溶液中，温度保持在170-180℃继续搅拌30-60分钟，获得Au-Cu₂S/ZnS量子点，即Au-Cu₂S/ZnS复合型纳米颗粒；所述的硫的质量与Au-Cu₂S量子点的质量比为1：3。

三、本发明的一种复合型纳米颗粒的应用：本发明的一种复合型纳米颗粒用于生物成像测试、生物标记或靶向载药的载体。

(1) 本发明的一种复合型纳米颗粒用于生物成像测试的用法如下：将复合型纳米颗粒用液相色谱纯级水溶解，浓度调制为8mM，制备成生物显像剂；取200uL生物显像剂静脉注入，利用复合型纳米颗粒具有强的荧光特性，通过生物成像系统观察荧光信号，得到病灶的信息。

(2)本发明的一种复合型纳米颗粒用于生物标记用法如下:首先对制备的复合型纳米颗粒进行油相转水相的转换,以改变纳米颗粒表面电位,再用卵巢癌基因TF2D与所制备的复合型纳米颗粒进行耦联,将其滴入卵巢癌细胞培养液中,通过卵巢癌基因TF2D使纳米颗粒可以附着在卵巢癌细胞表面,利用复合型纳米颗粒的强荧光特性以及强SERS信号特性可以对靶向细胞进行生物标记。

(3)本发明的一种复合型纳米颗粒用于制备生物显像剂用作靶向载药的载体。其用法如下：治疗癌症的药物紫杉醇用来包裹复合型的纳米颗粒，按药物与复合型的纳米颗粒质量比为1：1，制成药物与复合型纳米颗粒的复合体，制成药物与复合型纳米颗粒的复合体的浓度为140mg/mL，采用静脉注射的方式注入药物与复合型纳米颗粒的复合体，每次注入3mL；药物与复合型纳米颗粒的复合体会成功的驻留在癌细胞表面；可以观察到在肿瘤细胞周围有荧光信号，同时获得肿瘤大小和位置等信息；再通过对所发射的SERS信号的对比来判断药物是否得到释放，使纳米颗粒载药抵达癌细胞达到治疗效果。 

(4)本发明提供的一种核壳型的纳米颗粒的毒性检测方法如下：取本发明所制备的复合型纳米颗粒200uL注入人类卵巢癌细胞中，等待24小时和48小时后测试其细胞毒性。

有益效果：本发明提供的复合型纳米颗粒首先是以晶种生长法制备出Au-Cu纳米颗粒再利用油相合成法制备出Au-Cu₂S作为内核，最后用ZnS量子点对Au-Cu₂S进行包裹，利用微观复合法油相合成制成的复合型Au-Cu₂S/ZnS量子点。所述的金纳米颗粒粒径为6±0.2nm; 所述的Au-Cu₂S量子点粒径为10±0.6nm；所述的Au-Cu2S/ZnS复合型纳米颗粒的粒径为12±0.6nm。粒径可控制在几到十几纳米。

本发明提供的一种复合型的纳米颗粒稳定性大于3个月，量子产率高达60%、很好的解决了纳米粒子的水溶性问题。

通过控制Au-Cu₂S量子点的反应温度，从而来达到更好控制Au-Cu₂S/ZnS量子点间距的目的。在本发明给定的配比范围内，可以ZnS壳层的厚度控制在2 ±0.6nm。

本发明的一种复合型纳米颗粒应用于细胞毒性测试、生物标记或靶向载药的载体。

利用本发明的一种复合型纳米颗粒具有强的荧光特性，通过生物成像系统观察荧光信号，得到病灶的信息。

利用本发明的一种复合型纳米颗粒与叶酸结合可以使其具有生物兼容性可以进入生物体内细胞结合作为生物探针细胞进行生物标记。

本发明的一种复合型纳米颗粒用于药物载体，与药物的复合体会成功的驻留在癌细胞表面，进行治疗；同时，利用本发明的复合型纳米颗粒具有强SERS信号这一特点，可以检测药物是否成功进入癌细胞并且达到药物释放这一效果。

本发明提供的一种复合型的纳米颗粒毒性小，更适合应用于临床实验。

附图说明

图1是本发明提供的Au纳米颗粒的透射电镜图。

图2是本发明提供的Au-Cu₂S量子点透射电镜图。

图3是本发明提供的Au-Cu₂S/ZnS量子点透射电镜图。

图4是本发明提供的Au-Cu₂S和Au-Cu₂S/ZnS量子点的吸收光谱。

具体实施方式

实施例1  一种复合型的纳米颗粒的制备：

(1)Au纳米颗粒的制备：将6*10^-3mmol的氯金酸(HAuCl₄)溶于15ml的油胺中(OM)搅拌1小时，再将7.2*10^-3mmol的左旋维C(AA)迅速加入到溶于OM的HAuCl₄中进行搅拌还原，30s后制得Au纳米颗粒。

(2)Au-Cu₂S复合型纳米颗粒的制备：首先将1mmol的CuCl₂加入到30ml的油胺(OM)中,在隔绝空气的情况下升温至200℃，然后向溶液中加入0.05mmol步骤(1)中制得的溶于OM的Au纳米颗粒以及0.5mmol溶于OM的S粉，将温度保持在200℃持续搅拌2小时后冷却至室温制得Au-Cu₂S纳米颗粒。

 (3)Au-Cu₂S/ZnS量子点的制备：①用离心法洗去步骤（2）得到的Au-Cu₂S量子点表面层的多余物质；②把油胺和氯化锌混合放入三口反应器中，在通氮气的同时加热至80℃搅拌15分钟，油胺的体积mL和氯化锌的质量mg的比为5：360，得到氯化锌油胺溶液；③在得到氯化锌油胺溶液中，以60ul/s的速度注入步骤（3）得到的Au-Cu₂S量子点的氯仿溶液，Au-Cu₂S量子点的氯仿溶液的浓度为0.4mg/mL, 氯化锌与Cu₂S量子点的质量比为1：2，加热至170-180℃，反应30分钟；④按照硫的质量mg与油胺(OM)的体积mL 的比为32：1，将硫溶于油胺(OM)中，然后把得到的溶液注入步骤③的反应溶液中，温度保持在170-180℃继续搅拌30-60分钟，获得Au-Cu₂S/ZnS量子点；所述的硫的质量与Au-Cu₂S量子点的质量比为1：3。

实施例2 一种核壳型的纳米颗粒的应用：

本发明的一种复合型纳米颗粒用于制备生物显像剂用作生物成像测试。其用法如下：将复合型纳米颗粒用液相色谱纯级水溶解，浓度调制为8mM，制备成生物显像剂；取200uL生物显像剂静脉注入，利用复合型纳米颗粒具有强的荧光特性，通过生物成像系统观察荧光信号，得到病灶的信息。

实施例3 一种核壳型的纳米颗粒的应用：

本发明的一种复合型纳米颗粒用于生物标记用法如下:首先对制备的复合型纳米颗粒进行油相转水相的转换,以改变纳米颗粒表面电位,再用卵巢癌基因TF2D与所制备的复合型纳米颗粒进行偶联,将其滴入卵巢癌细胞培养液中,通过卵巢癌基因TF2D使纳米颗粒可以附着在卵巢癌细胞表面,利用复合型纳米颗粒的强荧光特性以及强SERS信号特性可以对靶向细胞进行生物标记。

实施例4一种核壳型的纳米颗粒的应用：

本发明的一种复合型纳米颗粒用于制备生物显像剂用作靶向载药的载体。其用法如下：治疗癌症的药物紫杉醇用来包裹复合型的纳米颗粒，按药物与复合型的纳米颗粒质量比为1：1，制成药物与复合型纳米颗粒的复合体，制成药物与复合型纳米颗粒的复合体的浓度为140mg/mL，采用静脉注射的方式注入药物与复合型纳米颗粒的复合体，每次注入3mL；药物与复合型纳米颗粒的复合体会成功的驻留在癌细胞表面；可以观察到在肿瘤细胞周围有荧光信号，同时获得肿瘤大小和位置等信息；再通过对所发射的SERS信号的对比来判断药物是否得到释放，使纳米颗粒载药抵达癌细胞达到治疗效果。