[发明专利]一种激光引发爆炸的细胞炸弹

说明书

本发明公开了一种激光引发爆炸的细胞炸弹，由微纳米含能材料和纳米光敏物质两种材料复合而成，通过近红外激光辐照发生微尺度爆炸。本发明提供的激光引发爆炸的细胞炸弹，利用吸收特定波长激光的纳米光敏物质作为热源，将部分热能转化为含能材料的活化能，激发含能材料反应释放出更多的化学能，由于微纳米含能材料燃烧的气体产物，其膨胀也具有较强的光声效应。因此在微纳尺度层面具有更高的毁伤效率。

技术领域

本发明涉及一种纳米炸弹，具体涉及一种近红外激光引发微纳米尺度爆炸的细胞炸弹，属于含能材料激光点火与生物医学的交叉学科领域。

背景技术

在一定刺激条件下，含能材料能够发生剧烈的反应，并对周围造成一定的破坏效应。引起含能材料反应的能量形式有多种，其中激光对含能材料的作用，具有可小型化、精确可控、效率高等独特优点，从而在微纳层次上拥有生物医学领域应用的潜质，比如癌症治疗的新方法。临床医学表明，700-1100nm波段的近红外激光在人体组织内传播时吸收很小(邵磊et al.2014)，因此在人体组织内具有一定的穿透深度。然而，经过威力、感度、毒性等综合性能筛选排除后，几乎所有的备选含能材料在近红外区(Ahmad and Cartwright2014)也没有吸收峰，即对应近红外波段的激光感度极低。因此，需要通过掺杂技术，在含能材料中加入微量的光敏物质，使其在近红外波段具有较强的吸收度，以达到大幅增加含能材料激光感度的作用。

同样在生物医学领域，金属纳米颗粒由于其独特的激光纳观热效应，而成为肿瘤诊断和治疗技术的研究热点。在特定频率的激光辐照作用下，金属纳米颗粒的自由电子会产生共振，并具有极高的光热转换效率，即使弱功率激光辐照下，也能在局部快速形成高温区。该现象称为金属的表面等离激元共振，其共振频率取决于颗粒的结构、尺寸、材料以及周围介电环境，因此具有较广的可调范围，以选择性的吸收不同频率的光。除此以外，近红外吸收染料和碳纳米管，也可以通过调整其吸收峰，使其成为高效的近红外光敏物质。

发明内容

本发明通过引入光敏物质，将激光对含能材料的作用，与含能材料爆炸对细胞的破坏效应相结合，提出一种激光光能间接破坏细胞的新方法。

本发明是这样实现的：

一种激光引发爆炸的细胞炸弹，由微纳米含能材料和纳米光敏物质两种材料复合而成，通过近红外激光辐照发生微尺度爆炸。

进一步的，本发明提供的近红外激光的波长范围为700-1100nm，对生物组织具有较强的穿透性；激光功率不高于2W，工作方式可以是连续波或脉冲式。

进一步的，所述的含能材料颗粒尺寸范围为0.01-10μm，爆燃点温度应低于300℃，毒性较低。

进一步的，所述的纳米光敏颗粒的尺寸范围为10-100nm，在上述激光波段范围内具有强烈的吸收峰，即较高的光热转换效率，材料包括各种形貌的金、银、铜等金属或“核-壳”等结构的合金，也可以是碳纳米管、近红外吸收染料、有机高分子等，毒性较低或无毒性。

进一步的，含能材料和光敏物质的复合方式，可以是表面吸附、包覆、重结晶等。

本发明提供的激光引发爆炸的细胞炸弹，以特定波长的激光作为触发能量，利用纳米光敏物质的光学特性，将吸收的光子能量转化为热能。其中一部分热能转化为含能材料的活化能，激发含能材料反应释放出更多的化学能，并与剩余部分的热能共同作用于周围的液体，生成温度更高、尺寸更大的热点，导致细胞炸弹周围的液体发生空化现象，加上微纳米含能材料反应的气体产物，共同形成大量爆炸性的气泡。气泡的作用过程中，能量以机械波的形式弥散到周围的介质，最终产生较强的光声效应。与目前仅采用纳米光敏物质(如金纳米颗粒)的癌症治疗技术相比，本方法加入的含能材料增加了额外的能量，因此在微纳尺度层面具有更高的毁伤效率。

附图说明

图1为扫描电镜下包覆金纳米棒的RDX颗粒；