高分子类近红外光吸收材料的制备、性能及应用研究

发布时间：2019-03-10 19:26

【摘要】：近年来,近红外光(NIR)吸收材料作为一种吸收并转化光能的特种材料,在生物医学研究和激光防护领域的应用不断扩大。目前,研究较深应用较广的NIR吸收材料主要有以下两大类:第一类为无机纳米材料,主要集中在半导体类、金属氧化物类以及贵金属类纳米材料,此类材料在NIR吸收方面的应用都存在有一定的问题或者缺陷,比如说贵金属类在价格方面不尽人意成本过高,此外在生物代谢及毒性方面也存在着一定的疑问。第二类NIR吸收材料就主要集中在有机材料方面,包括有机小分子类(主要为有机染料)以及有机共轭聚合物类。相比于无机NIR吸收材料,有机NIR吸收材料在生物相容性以及可降解方面的优点尤为突出,因此成为NIR吸收材料方面研究的热点。其中,对于有机染料的研究已经比较成熟,而对有机共轭高分子的近红外吸收性能还有很大的探究空间。基于两类有机共轭高分子——聚苯胺(PANI)以及聚3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)纳米材料突出的近红外吸收性和生物相容性,我们展开了如下研究工作:第一部分:通过一种改良的界面聚合方法合成出在氯仿溶液中能够均匀分散的PANI纳米颗粒。采用透射电镜、扫描电镜、红外光谱仪、紫外可见吸收光谱仪等一系列材料表征手段来对所制备的产物进行表征分析。结果证明产物的确是PANI,且其形貌为球状,粒径尺寸约100~250nm,同时它在近红外光区有明显的吸收。此后,我们也对pani纳米颗粒的光热转换能力进行了检测,发现其具有良好的光热转化能力。实验发现当pani/chcl3分散液浓度是0.75mgml-1的时候,它在808nm(0.5wcm-2)的激光下被照射300s以后,分散液的温度提高了约31.7°c,对比下氯仿在相同条件下只提高了2.5°c。第二部分:基于之前的研究,进一步将pani纳米颗粒与paa共混涂膜,制备出了一系列不同厚度或pani含量的pani-paa聚合物膜。这些聚合物膜展现了出色的近红外光屏蔽性能,同时还在480~600nm波段有很好的透过性。例如,一种厚度为0.20mm,pani含量为0.75wt%的pani-paa聚合物膜,对于808nm激光的屏蔽效率约为80.5%。并且改变薄膜的厚度或pani含量可以控制屏蔽效果。因此得出,pani-paa聚合物膜在nir屏蔽膜方面有着广阔的应用空间。第三部分:近红外光驱动的光热消融治疗已经被认为是一种有效的癌症治疗技术,该技术的发展关键是研发高效且生物相容性好的光热转换试剂。采用无皂乳液共聚法来得到400~600nm的共聚微凝胶p(nipam-co-nvp);然后在微凝胶中加入3,4-乙烯二氧噻吩(edot)单体以及其他反应试剂,经过一步简单的化学氧化聚合,使50nm左右的聚3,4-乙烯二氧噻吩(pedot)纳米颗粒均匀生长/吸附在p(nipam-co-nvp)微凝胶表面,最终得到了pedot@p(nipam-co-nvp)智能复合微凝胶。在808nm激光(功率密度为0.5w/cm2)的照射下,5min内可以使复合微凝胶(50μgml-1)升高37.08°c,而同等条件下纯去离子水只提高了1.07℃。此外,其在近红外光照射下能够迅速升温并发生体积相变,测得其最低临界相变温度(LCST)在40℃左右,有望发展为一种新型近红外光驱动的给药系统。因此,PEDOT@P(NIPAM-co-NVP)作为一种新型光热试剂有着巨大的潜在价值和广阔的发展空间。
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【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB34

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