硫化铜-磷酸钙纳米载体的制备及光热性能的初步评价.docx

硫化铜-磷酸钙纳米载体的制备及光热性能的初步评价癌症已成为威胁人类生命的重大疾病之一[1,2]近几年兴起的肿瘤的光热疗法是使用低毒的光热治疗材料，利用靶向识别技术将其聚集到肿瘤组织部位，在外部光源照射下将光转化为热，进而杀死癌细胞[3,4,5]光热治疗在有效杀伤恶性肿瘤细胞的同时，给患者带来的并发症和不良反应相对较少为了提高治疗效果，避免单一光热疗法在癌症治疗方面的不足，光热疗法结合药物疗法所构建的多功能纳米治疗平台逐步成为科学界研究的主要方向之一[6,7]硫化铜（CuS）纳米粒子在近红外区域（700～1100nm）的生物窗具有良好的光吸收效应，同时具有优异的生物相容性和低毒性，成为光热治疗的绝佳纳米材料[8,9]磷酸钙广泛存在于自然界，是人体骨骼和牙齿的重要组成成分，它也是一种重要的pH响应药物递送载体材料作者采用模板法将具有光热转换性能的硫化铜纳米粒子包载到具有载药性能的磷酸钙纳米粒子中，并对制备出的复合材料进行光热性能的初步评价该研究为实现肿瘤治疗载体的构建提供了实验基础1、仪器与材料DF-101Z集热式恒温加热磁力搅拌器（巩义予华仪器有限公司），ME104E电子天平（梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司），Z90马尔文激光粒度仪（英国Malvern公司），756PC紫外可见分光光度计（上海舜宇恒平科学仪器有限公司），KQ-100DB数控超声仪（昆山超声仪器有限公司），HC-2516高速离心机（安徽中科中佳科学仪器有限公司），D/max200PCX射线衍射仪（德国Bruker公司），LE-LS-808-TFC808nm近红外激光器（深圳理欧光电科技有限公司），DZF-6020真空干燥箱（上海一恒科学仪器有限公司），Nicolet6700傅里叶变换红外光谱仪（美国Nicolet公司），H-7500透射电镜（日本日立电子株会社）。

聚丙烯酸（相对分子质量1800,PAA）（含量质量分数98.2%，美国Sigma公司），氯化铜（CuCl2，含量质量分数99%，北京伊诺凯科技有限公司），硫化钠（Na2S·12H2O，含量质量分数95%，北京伊诺凯科技有限公司），氢氧化钙（Ca(OH)2，分析纯，北京国药化学试剂有限公司），磷酸氢二钠（Na2HPO4·12H2O，分析纯，天津大茂化学试剂有限公司），磷酸二氢钠（NaH2PO4·2H2O，分析纯，天津大茂化学试剂有限公司），磷酸氢二铵（(NH4)2HPO4，分析纯，天津大茂化学试剂有限公司），磷酸二氢铵（NH4H2PO4，分析纯，天津大茂化学试剂有限公司），异丙醇（分析纯，天津富宇精细化工公司）2、方法与结果2.1PAA/CuS-CaPNCs的处方工艺筛选室温下，分别将56mgCuCl2加入到200mL去离子水中搅拌溶解，在搅拌条件下加入60mg聚丙烯酸，反应30min后慢慢滴加用少量水溶解的100mgNa2S·12H2O的溶液，分别在60℃反应2h、60℃反应12h、90℃反应15min三种条件下进行合成，反应结束后将反应液放入冰水中冷却，最后置于4℃条件下保存[10,11,12,13]。

取适量三种PAA/CuS-CaPNCs样品，用去离子水稀释后，采用MalvernNanoZS90动态光散射粒度测定仪对纳米粒的粒径和Zeta电位进行测定测定条件：测定温度25oC，检测角度90o，平衡时间120s表1不同反应条件下PAA/CuSNPs的粒径大小及电位值测定结果见表1,60℃反应12h得到的PAA/CuSNPs粒径较小，大小均一，利于接下来的PAA/CuS-CaPNCs的制备，因此我们将采取反应温度为60℃、反应时间为12h作为PAA/CuSNPs的合成条件PAA/CuSNPs的Zeta电位为-(18.2±0.59)mV，说明PAA/CuSNPs中起稳定作用的羧酸根有剩余，可以与钙离子形成磷酸钙，为下一步合成打下基础2.1.1PAA/CuSNPs的最佳处方室温下，分别将56mgCuCl2加入到200mL去离子水中搅拌溶解，在搅拌条件下加入60mg聚丙烯酸，反应30min后慢慢滴加用少量水溶解的100mgNa2S·12H2O的溶液，60℃反应2h，反应结束后将反应液放入冰水中冷却，最后置于4℃条件下保存2.1.2傅里叶红外光谱（FT-IR）分析以PAA作为对照，采用傅里叶红外光谱分析法表征PAA/CuSNPs，结果见图1，谱图a为PAA，谱图b为PAA/CuSNPs。

谱图a与谱图b在1708.6cm-1处均出现了明显的特征吸收峰，归属于PAA羰基的伸缩振动因此，可以确定在PAA/CuSNPs中有PAA的存在图1PAA(a)和PAA/CuSNPs(b)的红外光谱图2.2PAA/CuS-CaPNCs的处方筛选2.2.1反应时间的筛选室温下，将3.6mgCa(OH)2加入至40mL上述制备的PAA/CuSNPs水溶液中超声溶解，搅拌30min至溶液变澄清，再向该混合液滴加240mL的异丙醇，滴加完毕后加入11.60mgNa2HPO4·12H2O，分别反应2、4和12h从图2可以看出反应4和12h后PAA/CuSNPs专有的绿色减弱很多，而反应2h的产物依然保有很深的绿色分别取三种不同反应时间制备的PAA/CuS-CaPNCs水溶液，进行紫外-可见-近红外光谱扫描，得到不同反应时间PAA/CuS-CaPNCs的UV-Vis-NIR光谱从图3中可以看出反应时间为2h制得的PAA/CuS-CaPNCs保留了CuSNPs在700～1100nm之间吸收峰，而反应4和12h制备的PAA/CuS-CaPNCs在此区间的吸收峰很弱为了满足材料进一步的光热转换的应用，将制备PAA/CuS-CaPNCs时反应时间设定为2h。

图2PAA/CuS-CaPNCs不同反应时间的实验现象图3不同反应时间PAA/CuS-CaPNCs的UV-Vis-NIR光谱图2.2.2磷酸盐的筛选室温下，将3.6mgCa(OH)2加入至40mLPAA/CuSNPs水溶液中超声溶解，搅拌30min至溶液变澄清，再向该混合液滴加240mL的异丙醇，滴加完毕后加入相应处方量的Na2HPO4·12H2O、NaH2PO4·2H2O、(NH4)2HPO4和NH4H2PO4，反应2h，最后10000r·min-1离心10min以收集纳米粒产物，计算制备PAA/CuS-CaPNCs的产率表2不同种类磷酸盐对PAA/CuS-CaPNCs产率的影响(n=3)从表2可知，使用二氢类磷酸盐NaH2PO4·2H2O和NH4H2PO4时PAA/CuS-CaPNCs的产率较低，这可能是因为二氢类磷酸盐增加了体系的酸性，PAA/CuS-CaPNCs在酸性条件下不宜生成一氢类磷酸盐Na2HPO4·12H2O和(NH4)2HPO4生成的PAA/CuS-CaPNCs产量较高，本实验中将采用Na2HPO4·12H2O作为磷酸根来源2.2.3PAA/CuSNPs水溶液和异丙醇比例的筛选室温下，将3.6mgCa(OH)2加入至40mLPAA/CuSNPs水溶液中超声溶解，搅拌30min至溶液变澄清，再向该混合液分别滴加80、120、160、200、240和280mL的异丙醇（即PAA/CuSNPs水溶液和异丙醇的体积比分别为1︰2、1︰3、1︰4、1︰5、1︰6和1︰7），滴加完毕后加入11.60mgNa2HPO4·12H2O，反应2h，最后于10000r·min-1离心10min以收集纳米粒产物。

分别取适量PAA/CuS-CaPNCs样品，用去离子水稀释后，采用MalvernNanoZS90动态光散射粒度测定仪对纳米粒的粒径进行测定测定条件：测定温度25oC，检测角度90o，平衡时间120s测定结果见表3表3PAA/CuSNPs水溶液和异丙醇体积比例的筛选(n=3)由表3可知，随着异丙醇加入比例的增加，PAA/CuS-CaPNCs的粒径越来越小，PAA/CuSNPs水溶液和异丙醇的体积比为1︰6时粒径最小，再增大异丙醇的用量，PAA/CuS-CaPNCs的粒径反而增大这可能是因为当溶剂的量增加时，纳米粒间距更大，碰撞聚集的几率小，而体积比增大到1︰7时异丙醇可能会除去PAA/CuSNPs表面的稳定剂PAA，使PAA/CuS-CaPNCs重新组装变大，因此最终确定PAA/CuSNPs水溶液和异丙醇的体积比为1︰62.2.4PAA/CuS-NCs的最佳处方通过单因素考察反应时间、磷酸盐的种类、PAA/CuSNPs水溶液和异丙醇的比例对纳米粒制备的影响，确立了PAA/CuS-CaPNCs最佳制备条件：3.6mgCa(OH)2,40mLPAA/CuSNPs水溶液，异丙醇用量为240mL（水-异丙醇体积比为1︰6），选择11.60mg的Na2HPO4·12H2O作为磷酸根来源，最终制备出粒径为(146.43±1.6)nm的PAA/CuS-CaPNCs。

此制备方法简单易操作，制备的纳米载体粒径均匀2.2.5PAA/CaPNPs的制备取200μLPAA，加入到20mL去离子水中，称取12mgCa(OH)2加入到上述溶液中，超声30min，搅拌溶解完毕，量取40mL异丙醇在磁力搅拌下滴加到上述反应中，滴加完毕，称取44.8mg的Na2HPO4·12H2O加入到上述反应中，反应12h，产物转移到离心管中，在8000r·min-1离心8min，用去离子水洗3遍，再复溶于适量水中待用[14]2.2.6X-射线粉末衍射（XRD）分析为了验证PAA/CuSNPs是否被磷酸钙CaP包覆，分别对PAA/CuSNPs、PAA/CaPNPs和PAA/CuS-CaPNCs进行X-射线粉末衍射分析取预先制备的PAA/CuSNPs、PAA/CuS-CaPNCs、PAA/CaPNPs烘干品，设定衍射角度5°～60°，递增0.04°，扫描速率为1°·min-1进行扫描，获得3种样品的XRD图谱图4PAA/CuSNPs、PAA/CaPNPsandPAA/CuS-CaPNCs的XRD谱图如图4所示，在测试的范围内，PAA/CuSNPs在2θ=31.7°左右出现明显的结晶峰，而PAA/CuS-CaPNCs、PAA/CaPNPs没有出现明显的结晶峰，但是在2θ=30°左右，出现无定型的特征凸起，证明所制备的PAA/CuS-CaPNCs、PAA/CaPNPs中的磷酸钙为无定型磷酸钙，PAA/CuS-CaPNCs与PAA/CaPNPs的大部分衍射峰保持一致，表明PAA/CuSNPs被CaP包裹后，特征峰消失，验证了CaP对PAA/CuSNPs的包裹，同时包埋PAA/CuSNPs后的CaP依然保持自身特性。

与羟基磷灰石相比，无定型磷酸钙作为一种磷酸钙材料广泛存在于骨骼中具有优越的生物相容性，同时有着更好的生物活性，可降解性2.2.7粒径及电位分析采用动态光散射粒度测定仪对PAA/CuS-CaPNCs的粒径和Zeta电位进行测定粒径和电位结果如表4所示，PAA/CuS-CaPNCs的平均粒径为(146.43±1.62)nm,Zeta电位结果显示，PAA/CuS-CaPNCs的Zeta电位为-(25.1±0.54)mV，因为PAA/CuS-CaPNCs带有较多的负电，因此可以包载阳离子药物，将是阳离子药物较好的载体表4PAA/CuS-CaPNCs的粒径及电位2.2.8透射电镜（TEM）分析采用透射电镜对PAA/CuS-CaPNCs的形貌进行观察，结果见图5从图5可知，PAA/CuS-CaPNCs结构完整，呈类球形，粒径大小为150nm左右图5PAA/CuS-CaPNCs的透射电镜图2.3PAA/CuS-CaPNCs光热转换性能的初步评价利用溶液方法研究纳米材料的光热转换性能，在纳米溶液中放置温度传感器，测量在激光照射下溶液温度的变化，这种直接测试的方。