專利名稱：硫化銅超結構及其在提高近紅外光熱轉換效率中的應用的制作方法
技術領域：
本發明屬于硫化銅及其應用領域，特別涉及一種硫化銅超結構及其在提高近紅外光熱轉換效率中的應用。
背景技術：
熱療技術具有微創，輻射小以及便于操作等特點，因而得到廣泛應用。而在眾多的熱療技術中，近紅外熱療更備受關注。近紅外熱療是將近紅外光轉換成熱能進行治療的技術，其主要利用近紅外光具有深的組織穿透能力和對組織傷害小等優良特性。目前，研究比較多的近紅外光熱轉換材料主要是金的納米結構材料，如金納米棒、納米球、納米籠以及納米中空結構。但是金的納米結構材料具有很多內在的缺陷。比如，金的近紅外吸收主要來源于納米結構的表面等離子共振效應，而表面等離子共振效應受納米結構的形貌、大小以及周圍介質的介電常數影響非常大，導致了這類近紅外光熱轉換材料不僅制備工藝復雜， 而且使得體內和體外實驗結果不一致，治療條件也變得比較復雜；而且金還是一種非常昂貴的金屬，不利于推廣應用。因此需要開發一種制備方法簡單、穩定且廉價的光熱材料。硫化銅是一種重要的半導體材料，具有獨特的光學性質，理想的太陽光吸收性能、 熱電冷卻性能以及高溫快速離子傳導性能等，因此具有廣泛的用途。由于CuS能帶間的躍遷，使其在近紅外區域有非常好的吸收，因此可以作為一種理想的光熱轉換材料。最近美國特納西大學的李春課題組就證明了 3-11 nm CuS納米顆粒能將808 nm激光轉換成熱能，用于治療腫瘤，具有非常好的效果(Y. B. Li,W. Lu,and C. Li et. al,Nanomedicine 2010,5, 1161 ；Μ. Zhou,R. Zhang, and C. Li，et. al. J. Am. Chem. Soc. 2010，132，15351.)，但是它們的光熱轉換效率仍然很低。由于納米超結構是由納米單元有序排列組裝而成的，因此可以作為一個微型反射鏡，入射光經過多次反射后，得到充分吸收，在提高光能利用方面具有非常明顯的效果。目前將CuS超結構用于近紅外光熱轉換方面尚未見報道。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種硫化銅超結構及其在提高近紅外光熱轉換效率中的應用，該CuS超結構的制備方法簡單，且成本價格，可用于提高近紅外光熱轉換效率的材料。本發明的一種硫化銅超結構是由CuS片狀納米單元有序地排列組合而成，粒徑為 1-2000 nm，且能夠非常好地分散于水或者磷酸鹽緩沖液(PBS)溶液中。上述的硫化銅超結構的制備方法，包括(1)將聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)加入到去離子水中，然后在攪拌下，加入可溶性二價銅鹽，得到混合溶液；(2)按照濃度0. 01-0. 5M配制含S前驅體的去離子水溶液，然后在攪拌下加入上述的混合溶液，再轉移至高壓反應釜中，反應時間為24-60小時，溫度為100-240°C，反應完全后，離心分離，得到CuS超結構。
上述步驟(1)中所述的可溶性二價銅鹽為CuCl2 ·2Η20或其他二價的可溶性銅鹽。上述步驟(1)中所得混合溶液中PVP的濃度為0-0. 4g/mL, Cu2+的濃度為 0. 01-0. 5M。上述步驟(2)中所述的含S前驅體為Na2S或者其他能分解釋放負S2—的物質，其物質的量為步驟(1)中所述的可溶性二價銅鹽物質的量1-5倍。本發明的一種硫化銅超結構應用于提高近紅外光熱轉換效率。本發明的一種硫化銅超結構用于近紅外熱療。本發明中使用的Cu2+該離子對應的鹽，并且這些鹽可以很好地溶解在去離子水中。本發明使用的反應設備是水熱反應釜，反應的溫度為100°C到240°C之間任意溫度，反應的時間為24到60小時之間任意一個時間點。本發明的硫化銅超結構可以將近紅外光轉換為熱能，能有效的提高對近紅外光的吸收，從而提高近紅外光的光熱轉換效率。本發明利用水熱法制備出花狀的CuS超結構，這種超結構是由CuS片狀納米單元組裝而成，它不僅自身在近紅外區域有較強的吸收，而且由于超結構的多次內部反射作用， 使能夠很好地吸收近紅外光，使得光熱轉換效率有了很大的提高。這種用于提高近紅外光熱轉換效率的材料，制備簡單，穩定性好，而且材料價格便宜。有益效果(1)本法明的CuS超結構的制備方法簡單，且成本價格。(2)本法明的CuS超結構光熱轉換材料具有化學穩定性好、廉價、低度的特性，因此在近紅外熱療領域有著極其廣闊的應用前景。
圖1.是本發明中制備的硫化銅超結構的低倍(a)、高倍(b)SEM圖片以及高分辨 TEM(c)。圖2.是本發明中制備的硫化銅超結構的XRD圖譜。圖3.是本發明中制備的硫化銅超結構的組成單元紫外吸收對比圖(a)、光熱轉換機理圖(b)以及光熱轉換對比圖(C)。
具體實施例方式下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。實施例1(1)將2g PVP加入到IOmL去離子水中，然后在攪拌下，加入lmmol CuCl2 · 2H20， 得混合溶液；(2)稱取3mmol的Na2S,溶解在IOmL去離子水中，然后在攪拌下加入上述的混合溶液，繼續攪拌半小時，再轉移至水熱反應釜中，反應時間為24小時，溫度為240°C，反應完全后，離心分離，得到CuS超結構；該超結構是由CuS片狀納米單元有序地排列組合而成，粒徑為2nm。(3)將硫化銅超結構重新分散于水中，濃度為0. 25mg/mL,利用IW 980nm激光器， 測試其光熱轉換性能，溫度升高了 17. 5攝氏度。實施例2(1)將2g PVP加入到IOOmL去離子水中，然后在攪拌下，加入lmmol CuCl2 ·2Η20， 得混合溶液；(2)稱取Immol的Na2S,溶解在IOOmL去離子水中，然后在攪拌下加入上述的混合溶液，再轉移至水熱反應釜中，反應時間為32小時，溫度為180°C，反應完全后，離心分離， 得到CuS超結構，該超結構是由CuS片狀納米單元有序地排列組合而成，粒徑為lOOnm。(3)將硫化銅超結構重新分散于磷酸鹽緩沖液PBS中，濃度為0. 25mg/mL,利用 lW980nm激光器，測試其光熱轉換性能，溫度升高了 16攝氏度。實施例3(1)將4g PVP加入到IOmL去離子水中，然后在攪拌下，加入0. 5mmol CuCl2 ·2Η20， 得混合溶液；(2)稱取2. 5mmol的Na2S,溶解在IOmL去離子水中，然后在攪拌下加入上述的混合溶液，繼續攪拌半小時，再轉移至水熱反應釜中，反應時間為32小時，溫度為180°C，反應完全后，離心分離，得到CuS超結構，該超結構是由CuS片狀納米單元有序地排列組合而成， 粒徑為800nm。(3)將硫化銅超結構重新分散于PBS中，濃度為0. 25mg/mL,利用IW 808nm激光器，測試其光熱轉換性能，溫度升高了 14攝氏度。實施例4(1)將3g PVP加入到IOmL去離子水中，然后在攪拌下，加入lmmol CuCl2 · 2H20， 得混合溶液；(2)稱取2mmol的Na2S,溶解在4mL去離子水中，然后在攪拌下加入上述的混合溶液，繼續攪拌半小時，再轉移至水熱反應釜中，反應時間為60小時，溫度為100°C，反應完全后，離心分離，得到CuS超結構，該超結構是由CuS片狀納米單元有序地排列組合而成，粒徑為 2000nm。(3)將硫化銅超結構重新分散于PBS中，濃度為0. 06025mg/mL,然后加入hela細胞中，利用IW 980nm激光器照射，測試其殺滅癌細胞的能力，十分鐘可以將hela細胞完全殺死。
權利要求
1.一種硫化銅超結構，該超結構是由CuS片狀納米單元有序地排列組合而成，粒徑為 l-2000nm,且能分散于水或者PBS溶液中；所述的硫化銅超結構的制備方法，包括(1)將聚乙烯基吡咯烷酮加入到去離子水中，然后在攪拌下，加入可溶性二價銅鹽，得混合溶液；(2)按照濃度0.01-0. 5M配制含S前驅體的去離子水溶液，然后在攪拌下加入上述的混合溶液，再轉移至水熱反應釜中，反應時間為24-60小時，溫度為100-240°C，反應完全后， 離心分離，得到硫化銅超結構。
2.根據權利要求1所述的一種硫化銅超結構，其特征在于步驟(1)中所述的可溶性二價銅鹽為CuCl2 · 2H20。
3.根據權利要求1所述的一種硫化銅超結構，其特征在于步驟(1)中所得混合溶液中聚乙烯吡咯烷酮的濃度為0-0. 4g/mL, Cu2+的濃度為0. 01-0. 5M。
4.根據權利要求1所述的一種硫化銅超結構，其特征在于步驟(2)中所述的含S前驅體的物質的量為步驟(1)中所述的可溶性二價銅鹽物質的量1-5倍。
5.根據權利要求1所述的一種硫化銅超結構，其特征在于步驟(2)中所述的含S前驅體為Na2S。
6.一種硫化銅超結構應用于提高近紅外光熱轉換效率。
7.—種硫化銅超結構用于近紅外熱療。
全文摘要
本發明涉及一種硫化銅超結構及其在提高近紅外光熱轉換效率中的應用，該硫化銅超結構是由CuS片狀納米單元有序地排列組合而成，粒徑為1-2000nm，且能非常好地分散于水或者磷酸鹽緩沖液溶液中；硫化銅超結構用于近紅外熱療。本法明的CuS超結構制備方法簡單，且成本價格，穩定性好，由于內部反射作用，使它能夠很好地吸收近紅外光，有效地提高近紅外光的利用效率，用于制備提高近紅外光熱轉換效率的材料，在近紅外熱療領域有著極其廣闊的應用前景。
文檔編號A61N5/06GK102219251SQ20111008092
公開日2011年10月19日 申請日期2011年3月30日 優先權日2011年3月30日
發明者唐明華, 彭彥玲, 田啟威, 胡俊青, 胡向華, 蔣扉然, 陳志鋼 申請人:東華大學