[发明专利]生物相容性良好的过渡金属二硫属化合物纳米片层及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种生物相容性良好的过渡金属二硫属 化合物纳米片层及其制备方法及其作为高效光热治疗剂的生物应用。

背景技术

近年来，癌症的发病率在我国呈现显著增高的趋势。作为目前癌症的主要治疗手 段，放射性治疗和化学疗法的治疗效果较差，且伴随较高的毒副作用，这导致目前癌症治愈 率一直处于较低水平。因此突破现有的思维，开发全新的药物及治疗手段，提高治疗安全性 以及癌细胞治愈率，显得极为有必要。而热疗方法用于肿瘤治疗由于其较高的安全性受到 越来越多的关注。科学研究发现，高温能有效杀死癌细胞，当温度高于42^oC时，热能可以 使癌细胞受损，进一步提高温度或延长热疗时间则可以有效杀死癌细胞。现在的热疗手段 大多是基于使用昂贵的仪器设备，例如通过微波、射频或超声等手段将人体肿瘤部位的温 度升高从而达到治疗效果。但是这种方式对于深部肿瘤治疗效果较差，而且由于热传递的 非专属性，也易于造成肿瘤周围正常组织器官的损伤，因此如何提高热疗治疗深度并且减 少对周围正常组织器官的损害是一个亟待解决的问题。

随着现今纳米技术的发展则为热疗法提供了新的思路，即通过更安全高效的光热 治疗方法杀死癌细胞。将具有近红外光热转换效果的纳米材料选择性积累到肿瘤部位，然 后对肿瘤部位进行近红外光照，肿瘤部位的纳米材料可以吸收近红外光并且高效地转化为 热能，从而实现热传递的专属性，产生的局部超高温可以有效杀死癌细胞、提高热疗深度并 且可以减少对周围正常组织器官的影响。

目前光热治疗的研究核心是开发高效无毒的光热转化材料。虽然传统的贵金属光 热治疗剂，例如金纳米粒子或金纳米线，由于其对光具有很强的表面等离子共振吸收效应， 是较好的光热转化材料，但是其生产成本较高；而普通半导体光热治疗剂如硫化铜等则细 胞毒性较高。因此，高效无毒的纳米光热治疗剂是一个极具研究价值和应用前景的纳米材 料。

而近年来研究发现，石墨烯等二维纳米片层材料具有独特的物理、化学、光学、力 学及电化学性质，并且生物相容性良好，在生物医学领域具有极大的应用潜能。特别是过渡 金属二硫属化合物，由于其带隙可调的独特半导体性质，其光学性质在生物医用材料生具 有广阔应用价值。最近有报道过渡金属二硫属化合物也具有较强的近红外光吸收能力（《德 国应用化学》2013,125,4254–4258；《先进材料》2014,26,3433–3440），很有可能是极 有潜力的光热试剂，但是和石墨烯、碳纳米管等已经被广泛研究的光热试剂相比，虽然他们 发现二硫化钼纳米片层有较高的近红外吸收系数，但是目前这些纳米片层的制备方法复 杂，后处理成本较高，以及纳米片层在水溶液中的分散性较差，这些都严重限制其未来广泛 的生物医学应用。因此，进一步开拓这些纳米材料的绿色无污染加工制备技术也极为重要。 在加工过程中减少有毒有害的有机溶剂使用，简化材料后处理流程，直接制备生物相容性 良好的纳米材料，有助于进一步开拓这些新型纳米材料的应用前景，并且具有实际应用价 值。

在现有的制备过渡金属二硫属化合物纳米片层的方法中，液相剥离法的制备条件 相对简单，设备工艺要求低，利于后期进一步加工，因此在近年来发展迅速并且受到广泛关 注。2011年《科学》（Science，2011，331，568）首次提出了液相剥离技术，他们认为一些高沸 点溶剂与过渡金属二硫属化合物具有相近的表面能，因此可以有效剥离过渡金属二硫属化 合物从而制得其纳米片层，该方法操作简便，但是高沸点有机溶剂可能在工业生产中带来 污染问题，后处理较为麻烦，因此开发绿色环保的水相剥离过渡金属二硫属化合物的技术 会具有更加广阔的工业化应用前景。迄今这方面的研究报道还较少，2011年《先进材料》 （AdvancedMaterials,2011,23,3944–3948）报道了一种用胆酸钠表面活性剂水溶液剥 离二维片层材料的方法，随后引起了一些相关研究，但是目前的大多数研究仅仅限于关注 过渡金属二硫属化合物的水相剥离，对于剥离以后的纳米片层的进一步应用研究较少。我 们考虑可以采用生物相容性良好的聚合物水溶液直接剥离得到纳米片层，可以直接用于生 物研究，也可以通过冷冻干燥的方式进行分离，后处理也非常简便可行。