基于碳包覆及碳点掺杂的荧光_光热双功能试剂的制备.pdf

基于碳包覆及碳点掺杂的荧光/光热双功能试剂的制备 摘要 光热治疗以其无创、可控和易操作等优势，给肿瘤治疗带来了新的希望和机遇， 因此，各类光热试剂被不断开发和研究。其中，碳基材料因其良好的生物相容性、独 特的光学性质和便于后续功能化修饰，受到了人们的持续关注。目前，发展多种方法 赋予碳基材料光热性能，调控其发光行为，实现癌症的诊疗一体化，已成为该领域的 研究热点。 然而，发展理想的碳基诊疗试剂以满足临床精准治疗的要求，目前仍面临挑战。 一是获得碳基荧光/光热双功能材料的方法路径还不多，仍需开拓；二是已有的双功 能材料的性能需进一步优化提升。 因此，在本论文中，我们首先对有着成熟光热性能的半导体纳米材料进行碳层包 覆，制备了兼具荧光成像及光热治疗的诊疗试剂Cu2-xSe@C。该包覆策略是对碳基双 功能试剂制备方法的进一步拓展，既能借助现有材料优异光热性能，也利用了碳材料 好的生物相容性和自身发光性质，并便于后续衍生以改善和丰富功能。其次，系统改 进和优化了碳点的氮掺杂反应条件，在乙酸和含氮溶剂共同参与下，碳点中石墨态氮 的丰度得到了显著提高，碳点光热效应所需的激发波长可红移至808 nm。这不仅匹 配了现有的激光器波段来获得强的光热，借助碳点在该波长激发下表现的双光子荧 光性质，也为实现单一波长下荧光/光热诊疗一体化提供可能。论文分为四章： 第一章 绪论。首先对目前癌症光热治疗中涉及的光热治疗试剂进行了概述。着 重阐述了碳基光热试剂的性能优势。其次，分析总结了诊疗一体化趋势下碳基诊疗试 剂研发进展。最后提出了本论文的工作设想。 第二章 基于碳包覆的双功能试剂Cu2-xSe@C 的制备。首先依据文献方法，合成 了具有光热性质的Cu2-x Se，将其作为内核，水热法制备了碳壳厚度为5 nm 的核壳结 构Cu2-xSe@C，并借助TEM、SEM、XRD 、Raman 等手段对其进行了表征。结果表 明，Cu2-x Se@C 纳米材料保留了Cu2-xSe 的光热性质，光热转换效率达到41.83% 。包 覆的碳层不仅降低了材料的细胞毒性，也可借助碳壳蓝色荧光进行细胞成像。 第三章 高丰度氮掺杂碳点的制备及性能研究。以柠檬酸和尿素为碳源，基于乙 酸辅助的DMF 溶剂热法制备了氮掺杂碳点。与单一溶剂制备的碳点相比，该碳点石 墨氮含量从5.37%增加到了8.91%。由于高丰度氮掺杂有效降低了电子间隙，导致了 碳点的吸收光谱红移，在808 nm 波长激发下，即可观察到56.81%的光热转换效率。 同时，该碳点仍展现出双光子荧光行为，在808 nm 波长激发下，可获得640 nm 波 I 长较强的荧光发射。因此，高丰度氮掺杂碳点有望实现在相同的808 nm 波长激发条 件下，同时获得荧光和光热性质。 第四章 基于氮掺杂双功能碳点的癌细胞诊断及光热治疗。为进一步考察氮掺杂 碳点实际应用的可能性，我们将其用于癌细胞的成像与光热治疗研究。结果表明，该 碳点生物相容性良好，在高浓度320 μg/mL 与HeLa 细胞共孵育24 h ，仍能保持80% 以上的细胞存活率。550 nm 激发以及 808 nm 双光子脉冲光激发下均可实现高分辨 的红区成像。在808 nm ，750 mW/cm2 激光照射 10 min 后，与240 μg/mL 碳点水溶 液共孵育的癌细胞存活率不到20%，展现出良好的单一波长下的诊疗一体化前景。 关键词：双功能试剂；光热治疗；荧光成像；核壳结构；氮掺杂碳点 II 目 录 摘要I Abstract III 第一章 绪论 1 1.1 光热治疗试剂 2 1.1.1 有机光热材料 2 1.1.1.1 有机小分子材料 2 1.1.1.2 超分子复合物 3 1.1.1.3 共轭聚合物 3 1.1.2 无机光热材料 4 1.1.2.1 贵金属纳米材料 4