黑磷石墨烯复合纳米造影剂及其制备与在针刺研究的应用

摘要

本发明提供了一种黑磷石墨烯复合纳米造影剂及其制备与在针刺研究的应用，该制备方法包括：a、将黑磷烯纳米片或黑磷烯量子点分散液A加入到氧化石墨烯纳米片分散液B中，混合均匀，形成混合分散液；分散液A与分散液B使用相同的溶剂，且分散液A与分散液B的体积比为1‑10:1；b、向步骤a混合分散液中加入磁性纳米颗粒或磁性纳米颗粒前驱体，得到混合溶液；c、将步骤b混合溶液进行超声雾化处理，得到超声雾化气；d、在氮气或氩气气氛下将超声雾化气进行加热处理，得到黑磷石墨烯复合纳米造影剂。该造影剂兼具水溶性、磁性及红外光声响应能力，可实现更深层组织的靶向造影成像，在针灸寻经研究中具有重要的应用价值。

说明书

技术领域

本发明涉及一种黑磷石墨烯复合纳米造影剂及其制备与在针刺研究的应用，属于生物医学材料技术领域。

背景技术

针灸是中国传统医学的重要组成部分,其是以中医理论为指导,通过应用一定的刺灸方法作用于经络、腧穴，以通经脉，调气血，使人体阴阳归于相对平衡，脏腑功能恢复正常，从而达到防治疾病的目的。早在《黄帝内经·灵枢·九针十二原》中就有:“刺之要，气至而有效”的记载，并建立了“得气”与“疗效”相关的学说，至明代的《针灸大成》中又明确提出了“气至病所”的概念，即当医师对经穴进行刺激时，距离针刺点较远的部位都会产生酸、麻、胀、重等“得气”感应，并且针刺肢体远端的穴位，对其循经的脏腑、组织均有治疗作用，这种调气，并能使气在经脉中顺利运行的理论和操作方法，在中国针灸的临床实践中一直颇受重视。

然而，随着现代科学的发展和针灸走向世界的需要，在这个“气至病所”的循经治疗过程中，针刺信号是如何从针刺点传导到其它位置的详细过程尚无法得知，若能监测出针感的传播路径，对人们认识和理解经络、提高疗效和证实传统中医理论的科学性具有重要意义。

因此，在针刺的现代研究中，亟须一种针灸造影剂，其能将得气过程中的信号传播途径直观的进行探测和表征，而不再仅能依靠一些效应指标(如疼痛的缓解程度、人体内蛋白或神经递质的表达等手段)来推测和佐证经穴的循经效应，这对于理解经络的本质及推动我国中医科学的发展都具有重要意义。

发明内容

为了解决上述的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种黑磷石墨烯复合纳米造影剂的制备方法。

本发明还提供了由上述黑磷石墨烯复合纳米造影剂的制备方法制备得到的黑磷 石墨烯复合纳米造影剂。

本发明的目的还在于提供上述黑磷石墨烯复合纳米造影剂在针刺研究中的应用。

为达到上述目的，一方面，本发明提供一种黑磷石墨烯复合纳米造影剂的制备方法，其包括以下步骤：

a、将黑磷烯纳米片或黑磷烯量子点分散液A加入到氧化石墨烯纳米片分散液B中，混合均匀，形成混合分散液；

所述分散液A与分散液B使用相同的溶剂，且分散液A与分散液B的体积比为1-10:1；

b、向步骤a所述的混合分散液中加入磁性纳米颗粒或磁性纳米颗粒前驱体，得到混合溶液；

c、将步骤b所述的混合溶液进行超声雾化处理，得到超声雾化气；

d、在氮气或氩气气氛下将所述超声雾化气进行加热处理，得到所述黑磷石墨烯复合纳米造影剂。

根据本发明所述的制备方法，该方法所用的黑磷烯纳米片、黑磷烯量子点及氧化石墨烯纳米片均为本领域使用的常规物质，本领域技术人员可以使用市售的相应产品。

根据本发明所述的制备方法，优选地，所述溶剂包括去离子水、二甲基亚枫、异丙醇和碳酸乙烯酯中的一种或几种的组合。

根据本发明所述的制备方法，优选地，分别以分散液A及分散液B的体积计，所述分散液A及分散液B的浓度均为0.01-lmg/mL。

根据本发明所述的制备方法，步骤a中可以采用机械搅拌的方法使得黑磷烯或黑磷烯量子点和氧化石墨烯两者混合均匀，本领域技术人员可以根据现场作业需要选择合适的搅拌频率，只要能够实现混合均匀的目的即可。

根据本发明所述的制备方法，优选地，所述黑磷烯纳米片或黑磷烯量子点及氧化石墨烯纳米片需事先经等离子处理；

更优选地，所述等离子处理选用的气体为H₂和/或Ar，溅射功率为400W，气体压强为1-100Pa，溅射时间为5-30min。本发明所用样品经等离子处理后可以增加样品缺陷及提高其溶解性。

根据本发明所述的制备方法，优选地，以步骤b所述的混合溶液的总体积计，磁 性纳米颗粒或磁性纳米颗粒前驱体的浓度为1-l0mg/mL。

本发明对附着磁性粒子后的样品整体进行等离子处理可以使样品表面产生碳酸铁、或者碳酸钴、或者碳酸镍。其中，表面碳酸盐的形成可增强磁性粒子的抗腐蚀能力，并可以防止其在进入人体后析出有毒离子。

根据本发明所述的制备方法，优选地，步骤b所述磁性纳米颗粒包括铁、钴、镍、铁的氧化物(Fe₃O₄)、钴的氧化物(Co₃O₄)及镍的氧化物(NiO)中的一种或几种的组合。

根据本发明所述的制备方法，优选地，步骤b所述的磁性纳米颗粒前驱体包括铁的前躯体、钴的前躯体及镍的前躯体中的一种或几种的组合；

更优选地，所述铁的前躯体包括氢氧化铁、硝酸铁、氯化铁及二茂铁中的一种或几种的组合；

所述钴的前躯体包括碱式碳酸钴、硝酸钴及氯化钴中的一种或几种的组合；

所述镍的前躯体包括氢氧化镍、硝酸镍及氯化镍中的一种或几种的组合。

根据本发明所述的制备方法，优选地，步骤c所述超声雾化处理的超声波频率为1.7MHz，超声时间为1-10h，起雾量为0.1-5mL/min。

根据本发明所述的制备方法，步骤c中可以采用超声雾化器来实现所述的超声雾化处理操作，本发明所用的超声雾化器为本领域使用的常规装置。

根据本发明所述的制备方法，优选地，步骤d所述的加热处理温度为100-500℃，加热处理时间为1-10h。

根据本发明所述的制备方法，步骤d中所述的加热处理是在真空管式加热炉中进行的，本发明所用的真空管式加热炉为本领域使用的常规装置。

根据本发明所述的制备方法，步骤d对超声雾化气进行加热处理后，还需要在惰性气体保护下将产物冷却至室温，或者对产物直接进行真空退火操作，进而得到所述黑磷石墨烯复合纳米造影剂。

根据本发明所述的制备方法，优选地，该方法还包括对步骤d经加热处理后得到的样品进行等离子处理后得到所述黑磷石墨烯复合纳米造影剂的操作；

更优选地，所述等离子处理选用的气体为CO₂，溅射功率为400W，气体压强为1-100Pa，溅射时间为5-30min。

根据本发明所述的制备方法，本领域技术人员可以根据现场作业需要选择合适的 装置及操作方法，本发明对此不作要求。

另一方面，本发明还提供了上述黑磷石墨烯复合纳米造影剂的制备方法制备得到的黑磷石墨烯复合纳米造影剂。该造影剂兼具水溶性、磁性及红外光声响应能力，可实现更深层组织的靶向造影成像，在针灸寻经研究中具有重要的应用价值。

再一方面，本发明还提供了上述黑磷石墨烯复合纳米造影剂在针刺研究中的应用。

与现有技术相比，本发明提供的黑磷石墨烯复合纳米造影剂具有以下有益效果：

(1)本发明提供的造影剂具有较强的磁性，可实现靶向造影，在应用过程中可最大限度的降低造影剂的使用量，避免对人体造成伤害并大幅降低成本；

(2)本发明提供的针灸造影剂具有较强的水溶性，可在人体血液及组织液中均匀分散；

(3)本发明提供的造影剂具有较强的穿透性，对红外及远红外线具有较强的光声效应，可实现深组织探测，且造影剂颗粒尺寸为纳米级别，具有较高的成像分辨率。

附图说明

图1为本发明的超声雾化及保护气氛热处理制备具有磁性的黑磷石墨烯复合纳米造影剂所用装置的结构示意图；

图2为实施例1制备得到的具有磁性的黑磷石墨烯复合纳米造影剂的透射电镜图；

图3为实施例1制备得到的具有磁性的黑磷石墨烯复合纳米造影剂的磁性能测量图；

图4为实施例1制备得到的具有磁性的黑磷石墨烯复合纳米造影剂的光声响应性能测量图；

图5为本发明实施例2中的氧化石墨烯原料经等离子(Plasma)处理前后的Raman光谱比较图；

图6为本发明实施例2制备得到的造影剂的光声响应性能测量图；

图7为本发明实施例1制备得到的造影剂及实施例2中经CO₂等离子(Plasma)处理后得到的造影剂的抗腐蚀性能对照图。

主要附图标号说明：

1、超声雾化器；

2、真空管式加热炉。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现结合以下具体实施方式及说明书附图对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

实施例1

本实施例提供了一种黑磷石墨烯复合纳米造影剂的制备方法，该方法所用的装置的示意图如图1所示，该装置包括超声雾化器1及真空管式加热炉2；其中，该方法包括以下具体步骤：

a、将100mL黑磷纳米片分散液加入到100mL氧化石墨烯纳米片分散液中，采用机械搅拌的方法使得黑磷烯和氧化石墨烯两者混合均匀形成混合分散液，黑磷烯分散液与氧化石墨烯纳米片分散液使用相同的溶剂，且两者的体积比为1:1，所述溶剂为去离子水，且黑磷与氧化石墨烯纳米片分散液的浓度为1mg/mL；

b、将200mg磁性金属Fe纳米颗粒加入步骤a所述的混合分散液中，加入浓度为1mg/mL；

c、对步骤b得到的混合溶液进行超声雾化处理得到超声雾化气，所选择超声波频率为1.7MHz，超声时间为1小时，起雾量1mL/min；

d、在氮气保护下将超声雾化气通过真空管式加热炉并进行加热处理，加热温度为200℃，加热时间为1小时，最终得到一种具有磁性的黑磷与氧化石墨烯复合纳米颗粒光声造影剂。

对本实施例制备得到的造影剂进行透射电镜分析，其透射电镜图如图2所示，从图2中可以看出，石墨烯与黑磷均匀分布，且均匀附着纳米颗粒。

对本实施例制备得到的造影剂进行磁性能测试(采用本领域常规测试方法及装置进行测试)，其磁性能测量图如图3所示，从图3中可以看出，本实施例制备得到的造影剂具有较高的饱和磁化强度和较强的矫顽力，表明该造影剂具有强烈的铁磁信号，将其应用在人体内可实现靶向控制；

在红外光(980nm)照射下，对本实施例制备得到的造影剂进行光声响应性能测试(采用本领域常规测试方法及装置进行测试)，该造影剂的光声响应性能测量图如图4所示，从图4中可以看出，本实施例制备得到的针灸造影剂材料在深组织仍然具 有显著的光声转化能力，探测深度可达到50mm，其在针灸寻经研究中具有重要的应用价值。

实施例2

本实施例提供了一种黑磷石墨烯复合纳米造影剂的制备方法，该方法所用的装置的示意图如图1所示，该装置包括超声雾化器1及真空管式加热炉2；其中，该方法包括以下具体步骤：

a、将100mL黑磷纳米片分散液加入到100mL氧化石墨烯纳米片分散液中。

其中，所选用的氧化石墨烯及黑磷需经过等离子(plasma)处理，所选用气体为Ar，溅射功率为400W，气体压强为50Pa，溅射时间为10min；氧化石墨烯原料经等离子(Plasma)处理前后的Raman光谱比较图如图5所示，由图5可以看出，经等离子处理后，氧化石墨烯样品中缺陷数量随着溅射处理时间的增长而明显增多，用于表征晶体质量的2D峰明显减弱，进而可以使氧化石墨烯样品在溶液中的分散性增强。

采用机械搅拌的方法使得黑磷烯和氧化石墨烯两者混合均匀形成混合分散液，黑磷烯分散液与氧化石墨烯纳米片分散液使用相同的溶剂，且两者的体积比为1:1，所述溶剂为去离子水，且黑磷与氧化石墨烯纳米片分散液的浓度为1mg/mL；

b、将200mg磁性金属Fe纳米颗粒加入步骤a所述的混合分散液中，加入浓度为1mg/mL；

c、对步骤b得到的混合溶液进行超声雾化处理得到超声雾化气，所选择超声波频率为1.7MHz，超声时间为1小时，起雾量1mL/min；

d、在氮气保护下将超声雾化气通过真空管式加热炉并进行加热处理，加热温度为200℃，加热时间为1小时，最后，再将得到的样品整体经过plasma处理，所选用气体为CO2，溅射功率为400W，气体压强为50Pa，溅射时间为10mins，以使样品表面产生碳酸铁；最终得到一种经等离子处理的具有磁性的黑磷与氧化石墨烯复合纳米颗粒光声造影剂。

对本实施例经CO₂等离子(Plasma)处理后制备得到的造影剂进行磁性能测试(采用本领域常规测试方法及装置进行测试)，从测试结果可知，plasma处理对于造影剂磁性能无影响，本实施例经CO₂等离子(Plasma)处理后制备得到的造影剂与实施例1中制备得到的造影剂的磁性能相同。

在红外光(980nm)照射下，对本实施例经CO₂等离子(Plasma)处理后制备得 到的造影剂进行光声响应性能测试(采用本领域常规测试方法及装置进行测试)，该造影剂的光声响应性能测量图如图6所示，从图6中可以看出，本实施例制备得到的针灸造影剂材料在深组织仍然具有显著的光声转化能力，探测深度可达到60mm，相比于实施例1未经plasma处理所得到的样品的光声强度明显增强，其在针灸寻经研究中具有重要的应用价值。

对实施例1制备得到的造影剂及实施例2中经CO₂等离子(Plasma)处理后得到的造影剂进行抗腐蚀性能测试，二者的抗腐蚀性能对照图如图7所示，从图7中可以看出，由于经CO₂等离子(Plasma)处理后得到的造影剂的表面形成了碳酸铁，碳酸铁的形成可增强磁性粒子抗腐蚀能力，防止其在进入人体后有毒离子的析出。

实施例3

本实施例提供了一种黑磷与氧化石墨烯复合纳米颗粒光声造影剂的制备方法，其中，该方法包括以下具体步骤：

a、将100mL黑磷纳米片分散液与10mL氧化石墨烯纳米片分散液混合，采用机械搅拌的方法使得黑磷烯和氧化石墨烯两者混合均匀形成混合分散液，黑磷烯分散液与氧化石墨烯纳米片分散液使用相同的溶剂，且两者的体积比为10:1，所述溶剂为去离子水，且黑磷与氧化石墨烯纳米片分散液的浓度为1mg/mL；

b、将200mg磁性Co₃O₄纳米颗粒加入到步骤a所述的混合分散液中，加入浓度为1.8mg/mL；

c、对步骤b得到的混合溶液进行超声雾化处理得到超声雾化气，所选择超声波频率为1.7MHz，超声时间为3小时，起雾量为0.1mL/min；

d、在氩气保护下将步骤c得到的超声雾化气通过真空管式加热炉并进行加热处理，加热温度为100℃，加热时间为3小时，最终得到一种具有磁性的黑磷与氧化石墨烯复合纳米颗粒。

实施例4

本实施例提供了一种黑磷石墨烯复合纳米造影剂的制备方法，该方法所用的装置的示意图如图1所示，该装置包括超声雾化器1及真空管式加热炉2；其中，该方法包括以下具体步骤：

a、将100mL黑磷纳米片分散液加入到100mL氧化石墨烯纳米片分散液中，采用机械搅拌的方法使得黑磷烯和氧化石墨烯两者混合均匀形成混合分散液，黑磷烯分 散液与氧化石墨烯纳米片分散液使用相同的溶剂，且两者的体积比为1:1，所述溶剂为去离子水，且黑磷与氧化石墨烯纳米片分散液的浓度为1mg/mL；

b、将2g磁性金属Ni纳米颗粒加入步骤a所述的混合分散液中，加入浓度为10mg/mL；

c、对步骤b得到的混合溶液进行超声雾化处理得到超声雾化气，所选择超声波频率为1.7MHz，超声时间为10小时，起雾量5mL/min；

d、在氮气保护下将超声雾化气通过真空管式加热炉并进行加热处理，加热温度为500℃，加热时间为10小时，最终得到一种具有磁性的黑磷与氧化石墨烯复合纳米颗粒光声造影剂。