[发明专利]Cu2S-ZnS-Cu2S纳米异质结光吸收剂及其合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米合成、半导体异质结以及激光光热疗法等领域

背景技术

激光光热疗法是一种用于治疗恶性肿瘤的有效理疗方法，目前正在被广泛的研究与实践中。该技术用近红外激光照射肿瘤患处，加热并杀死癌细胞。该疗法涉及两个关键技术：其一，为了让激光顺利到达患处而不受身体其他组织的阻挡，应用的激光波长应在700-1500纳米波段（身体组织对这一波段的光吸收较少）；其二，为了使患处的癌细胞能大量吸收激光并发热，需要在癌细胞上附载一种对于700-1500纳米波段的光具有较强吸收能力的纳米颗粒作光吸收剂。这种光吸收剂必须是纳米尺度（小于100纳米），并且要有较好的分散性。

目前被广泛研究的光吸收剂是表面等离子体共振吸收波长位于700-1500纳米的贵金属（如金、银等）纳米颗粒，这些材料价格十分昂贵。为了降低医疗成本，目前研究人员正致力于研发价格低廉的新型光吸收剂。近年来，英国的自然?材料杂志（Nature Materials，2011年11期361页）以及美国化学会会志（Journal of the American Chemical Society，2011年133期19072页）先后发表了关于Cu₂S材料在近红外波段的等表面离子体共振吸收的研究结果，然而其共振吸收峰的波长都大于1500纳米，不能直接作为光热疗法中的光吸收剂。本发明提出一种新颖的三明治状Cu₂S-ZnS-Cu₂S纳米异质结材料及其制备方法。该纳米异质结材料分散性好，并且由于ZnS和Cu₂S半导体之间的相互作用，使其表面等离子体共振吸收峰波长蓝移到1320纳米附近，这一吸收波长正好与医用Nd：YAG激光器输出的1320纳米激光相符（该波长的激光对人体软组织穿透深度最大）。只要在该纳米异质结材料表面化学修饰一些有机蛋白基团等使其能够附载到癌细胞上，就能作为光吸收剂应用于激光光热疗。与贵金属纳米光吸收剂相比，该材料价格低廉，有利于降低医疗成本。

发明内容

本发明提出一种可作为光吸收剂应用于光热疗的新型三明治状Cu₂S-ZnS-Cu₂S半导体纳米异质结及其合成方法。本发明提出的三明治状Cu₂S-ZnS-Cu₂S异质结的结构特征为两个直径为20到40纳米、厚度7到11纳米的圆片状Cu₂S纳米晶中间异质外延生长出一段长度为70到100纳米的ZnS纳米短棒，形成夹心结构。

本发明提出两步法合成该纳米异质结：

第一步，合成圆片状Cu₂S纳米晶：称取摩尔比为1：12-50的油酸铜和十二硫醇溶解于油胺中，并放入三颈瓶中搅拌；在氮气气氛下加热到120℃保温30分钟；然后加热到210℃保温30分钟；反应结束后在溶液中加入酒精使反应产物沉淀，然后通过离心将产物分离；分离的产物先用CS₂洗涤，再用环己烷洗涤，最后将产物干燥。

第二步，合成三明治状Cu₂S-ZnS-Cu₂S异质结：将0.025-0.050毫摩尔的圆片状Cu₂S纳米晶分散于油胺中，在氮气气氛下加热到120℃保温30分钟；然后将该反应液迅速加热到230℃，配制摩尔比为1:6-24的油酸锌和十二硫醇，一起溶于油胺中，并将之加入到反应液中；将反应液在230℃-240℃温度下保温15分钟；反应结束后在溶液中加入酒精使反应产物沉淀，通过离心将产物分离，最后将产物干燥。

本发明提出的合成方法，实现了ZnS在两片Cu₂S纳米晶中间异质外延生长。合成的三明治状Cu₂S-ZnS-Cu₂S异质结对于1320 纳米波长附近的光有很强的表面等离子体共振吸收（见实施例1），这一吸收波长正好与Nd：YAG激光器输出的1320 纳米激光相吻合。只要在该纳米异质结材料表面化学修饰一些有机蛋白基团等使其能够附载到癌细胞上，就能作为光吸收剂应用于激光光热疗。本纳米异质结材料组分是ZnS和Cu₂S，与金、银纳米颗粒相比，成本大大降低。

附图说明

图1、实施例1中合成的圆片状Cu₂S纳米晶的透射电镜照片；插图是单个Cu₂S纳米晶的正面与侧面的高分辨透射电镜照片。