[发明专利]水分散性碳纳米洋葱的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种水分散性碳纳米洋葱的制备方法，以蜡烛灰为原料，结合在强氧化性酸溶液中超声处理将原本不分散于水的蜡烛灰变为水分散性的碳纳米颗粒。该碳纳米洋葱具有较高的光热转化效率，并具有生物相容性好、稳定性好、制备简单、成本低等优势，可以用于肿瘤光热治疗等领域。同时，因为碳纳米洋葱表面带有羧基，因此可用带氨基的分子对其进行修饰，从而构建出基于碳纳米洋葱的多功能光热试剂。

技术领域

本发明属于纳米材料领域，尤其涉及一种水分散性良好且具有高光热转换率的碳纳米洋葱的制备方法及其在肿瘤光热治疗中的应用。

背景技术

2012年世界范围内与癌症相关的死亡人数有约800万，新增癌症患者1400万。目前癌症的主要治疗方法有手术、放疗和化疗三种，但是手术治疗不能彻底清除癌细胞，放疗、化疗在治疗过程中会引起严重的副作用。光热疗法是一种新兴的癌症治疗方法，它具有副作用小、清除肿瘤能力强等优势。光热治疗肿瘤的基本原理为：多数生物组织对波长位于700–1100nm的近红外光吸收很弱，而光热试剂对有此波段强烈的吸收并将之转化为热，首先使光热试剂在肿瘤区域富集，然后利用近红外光照射肿瘤区域，光热试剂产生的热量会将该区域的细胞杀死。

目前生物医学领域已开发的光热试剂主要有金属基材料、碳基材料、聚合物纳米材料、有机小分子等。金属基材料包括：金纳米棒、钯片、金属硫化物(硫化铜、硫化铋、硫化钼)等；碳基材料包括：碳纳米管(单壁碳纳米管、复壁碳纳米管)、石墨烯类材料(氧化石墨烯、还原的氧化石墨烯)等；聚合物纳米材料包括：聚多巴胺、聚吡咯等；有机小分子包括吲哚菁绿、IR825等。然而上述材料多存在毒性较大、价格高昂、制备复杂、生理条件下分散不稳定或热不稳定等缺点。

碳纳米洋葱是碳材料家族的新成员，它于1980年被Iijima发现(J.Cryst.Growth1980,50,675.)，在1992年首次被Ugarte描述形貌(Nature 1992,359,707.)。目前碳纳米洋葱主要被用于电化学储能领域(J.Mater.Chem.A 2015,4,3172.)，而其在生物医学领域的应用鲜有报道。2007年Liu等人首次将蜡烛灰制备为碳量子点，用于细胞成像(Angew.Chem.Int.Ed.2007,46,6473.)。2009年Ray等用与本文不同方法将蜡烛灰制成碳量子点和可溶性碳纳米颗粒(J.Phys.Chem.C 2009,113,18546.)，并做了较为详细的表征。但上述碳量子点在近红外区吸收很弱，不具备成为光热试剂的条件。考虑到碳材料通常具有较好的生物相容性，因此制备具有优异近红外光热转换性能的碳纳米材料在生物医学领域具有重要的应用前景。但是目前利用活性炭(J.Mater.Chem.B 2014,2,2184.)和竹炭(Adv.Healthc.Mater.2016,1627.)等其他无定型碳制备的碳纳米材料的光热转化率均不高，不能得到有效利用。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的碳纳米洋葱制备复杂，无定形碳制备所得碳纳米材料光热转化率较低等问题，本发明提供了一种以蜡烛灰为原料，用简单的方法制备水分散性碳纳米洋葱的方法，还提供了制备所得性能优异、光热转化率较高的水分散性碳纳米洋葱的应用。

技术方案：本发明所述的一种水分散性碳纳米洋葱的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备蜡烛灰：将载玻片在燃烧的蜡烛外焰中往复移动，待载玻片表面覆盖一层均匀的蜡烛灰之后移除火焰，将载玻片冷却至室温，收集蜡烛灰；

(2)氧化反应：将步骤(1)收集的蜡烛灰加入到强酸溶液中，超声处理获得碳纳米洋葱溶液；

(3)纯化并保存：向步骤(2)制备所得碳纳米洋葱溶液加水进行离心洗涤，洗涤后超声分散于水中得水分散性碳纳米洋葱，保存即可。

步骤(2)中，所述强酸溶液为体积比为1：1–3：1的浓硫酸与浓硝酸混合溶液。

优选的，步骤(2)中，所述强酸溶液为体积比为2：1的浓硫酸与浓硝酸混合溶液。