以Au为基础Janus材料的制备、表征及其应用研究

发布时间：2020-11-16 04:56

　　 Janus纳米材料是指在物质组成、形貌、表面化学性质上具有不对称结构的纳米材料,相对于其他纳米材料而言,其具有结构的不对称,表面极易被修饰,可进行自组装形成更复杂的复合纳米粒子等优点,从而使得Janus粒子性能更优越,应用前景更广阔,并成为科研界的研究热点。金作为贵金属,因表面独特的光学效应、尺寸效应、高比表面积、表面等离子体效应等特性,进而使得其在生物和催化等领域有着及其重要的应用。为此,将Au沉积在各种基材上,形成以纳米金为基础的新型Janus材料,使复合纳米材料拥有纳米金和Janus材料的功能与特点,并广泛应用在生物和光催化领域,将是十分有意义的事情。基于上述背景,本论文选择以纳米碳球(CNSs)、纳米介孔二氧化硅(SiNPs)为基材,通过吸附-还原法将Au沉积其表面,形成具有Janus结构的复合纳米材料,借助于MCF-7细胞、患有乳腺癌的小鼠模型分别探讨了其在生物方面的相关应用。此外,以纳米二氧化钛(TiNPs)为基材,制备Janus Au-TiO_2结构的复合材料,借助于罗丹明B研究了其光催化性能。为此,开展以下研究:1.基于CNSs表面Janus PG/CNSs的制备及其在光热治疗中的应用研究在本章节中,通过简单的吸附-还原法,在CNSs表面沉积纳米Au制备Janus PG/CNSs粒子,这在以往Janus结构材料的合成方法中并不常见。在这一结构中CNSs及其表面上Au可同时吸收近红外光,使NIR吸收系数增加,热稳定性和光热转换效率更高。其可作为用于癌症热疗的理想材料,这也是试图设计并构建这种具有Janus结构新型光热剂的原因。同时,Au原子的形成是热力学驱动下的自发过程,摒弃了传统Au纳米颗粒制备的繁琐操作。实验主要考察了PG/CNSs对癌症的光热治疗效果,结果显示:与常见的Au NRs相比,PG/CNSs在近红外区域(850 nm处)有较强的吸收峰,并且在近红外激光器的照射下,具有更高的光热转换效率。通过相关生物实验,发现与PG/CNSs共孵育的细胞,经近红外激光照射仅2 min,MCF-7细胞大面积的死亡。此外,通过MTT实验,发现PG/CNSs对细胞几乎没有毒性。2.基于SiO_2表面PAFS-YMSNs的合成及其在荧光成像和癌症治疗方面的应用研究借鉴上一章节Janus材料的制备方法,本章节主要是构建一种新型具有中空介孔结构的二氧化硅纳米粒子(YMSNs)——PAFS-YMSNs。其是将荧光掺杂的SiO_2纳米粒子和Au封装在介孔SiO_2内,形成蛋黄-壳结构。对于该材料,从蛋黄-壳结构的形成来说,不同于已报道的合成方法,内部SiO_2层FITC的掺杂和表面PEI的修饰,对其有一定保护作用,在进行碱性刻蚀只对外部SiO_2起作用,内层SiO_2完好无损,防止了FITC的泄露;就材料的功能上考虑,其集荧光成像,光热疗法(PTT)和药物传递功能于一体,实现了材料功能的多元化,拓宽了其在生物方面的应用范围。实验对材料进行了一系列的表征,还考察了材料在不同pH和光照条件下药物释放能力,通过MCF-7细胞和患有乳腺癌小鼠模型,分析了其体内及体外光热治疗效果和荧光成像情况。探究结果表明:合成的PAFS-YMSNs粒子大小为200 nm,壳厚度为5 nm,内层纳米SiO_2大小为150 nm,表面沉积纳米Au大小为30-50 nm。PAFS-YMSNs表面积高达875 m~2g~(-1),孔径约为2.2和4 nm,这使其具有较高的DOX负载率;MCF-7细胞MTT实验表明PAFS-YMSNs对细胞几乎没有毒性,同时具有良好的生物相容性。PAFS-YMSNs在近红外区域有近红外吸收(720 nm处),由细胞体外及小鼠体内光热治疗和荧光成像实验,发现PAFS-YMSNs具有较好的光热效应,可用于癌症的光热诊疗。同时,FITC的存在,可以对肿瘤在体内的位置进行追踪,便于癌症的诊断。3.基于TiO_2表面Janus Au-TiO_2的制备及其光催化性能的评价基于前两章Janus材料的合成,为拓宽Janus纳米材料在催化领域的应用,在本章我们以TiO_2为基材,设计了一种新型可用于光降解有机污染物的复合纳米材料——Janus Au-TiO_2。通过一系列方法对其进行表征,并利用罗丹明B,考察了Janus Au-TiO_2光催化性能。实验结果显示:通过吸附-还原法制备Janus Au-TiO_2,粒径大小约为120 nm,Au补丁大小在20-50 nm不等。其水溶液分散性良好,经过焙烧后,呈松散颗粒状,材料中的TiO_2粉末呈现锐钛矿相。光降解罗丹明B能力强弱顺序为:Janus Au-TiO_2(紫外光)Janus Au-TiO_2(可见光)TiNPs(紫外光);其降解速率为:8.76×10~-88 mol/L·min,1.17×10~-77 mol/L·min,2.04×10~-66 mol/L·min。
【学位单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB383.1
【部分图文】：

东南大学硕士学位论文应用在癌症的光热治疗方面；对纳米金进行表面修饰之后，对细胞有特异能。此外，介孔纳米二氧化硅球因有孔道，可进行抗癌药物如盐酸阿霉素用于癌症的治疗；纳米二氧化钛本身具有光催化效果，和纳米金进行复合金的协同作用下，其光催化性能有所提高。基于此，Janus 复合纳米材料成料中的翘楚。anus 材料的制备方法般而言，从形貌上可将Janus 纳米粒子分为以下几类，如图1-1 所示，如球，盘状，雪人状，哑铃型，囊泡等[11-17]。其中最常见的是球形Janus 粒子（另外，圆柱状（一维）和盘状（二维）Janus 纳米粒子也较常见[18]。从物质其主要分为：有机物、无机物和无机/有机复合物。

2发生反应，生成胶体 AgI，并在 Silica 外壳逐渐积累，最终与 Silica 形成类似雪人状的Silica/AgIJanus 纳米粒子。其过程及最终的结构如图1-2 所示：图1-2 雪人状Silica/AgIJanus 纳米粒子形成过程TEM 图Gu[20]等人通过无机粒子相分离法制备出同时具有磁性和光电性能的 CdS/FePt

图1-3CdS/FePtJanus 粒子形成示意图tzke 等[21]利用乳液分离法合成了聚苯乙烯（PS）/聚碳酸亚米粒子。他们向含有十二烷基磺酸钠的水溶液中加入PS 与别通过超声乳化、发溶剂、离心以及沉淀后得到PS/PPC 共方法相对无机粒子相分离法较复杂。同时，在相分离方法/无机物体系的也是常用的方法[22,23]。方法简单，不仅产率高，而且产量大，为工业化大批量生所用Janus 粒子前驱体粒径选择上较为严格，一般粒径要求围较窄。据报道，在目前用相分离法合成的Janus 粒子大多数铃型，鲜有是规则球形。g 乳液法乳液法中乳液主要指固体粒子的乳液，一般也将其称为 Pickering 乳液作为模板，将其分散在油水界面，一部分与水相接触，运用物理或者化学方法对其表面进行改性，从而得
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本文编号：2885646