一种具有光热和光动力治疗作用碳量子点的制备方法与流程

无机化学及其化合物制造及其合成,应用技术1.本发明涉及光动力治疗和光热治疗材料，具体是一种在光激发下可发射红外光的碳量子点的制备方法及其在光疗中的应用。背景技术：2.与半导体量子点及传统的有机染料相比，碳量子点不仅具有细胞毒性低和生物相容性好等特征，还具有制备方法简单、成本低廉、光学稳定性强及易于表面功能化等优势，是一种环境友好型材料。因此，已有许多碳量子点被用于传感、光催化和生物活体成像以及药物递送等应用报道。3.2018年国际癌症研究机构最新调查的数据分析结果显示，乳腺癌在全球女性癌症中的发病率为24.2%，乳腺癌位居女性癌症的首位。一直以来对乳腺癌治疗的研究有很多，医学研究表明，人体正常组织细胞在48 ℃时仍然能生存，而癌细胞在温度超过42 ℃ 时就会被烧灼而死。热疗作为一种新疗法，还可以使肿瘤细胞对传统治疗如放疗或化疗更加敏感，增强机体对肿瘤组织的免疫力，从而改善患者预后。光动力疗法是一种联合利用光敏剂、光和氧，通过光动力学反应产生单线态氧，选择性地治疗实体肿瘤和癌前病变等的新型疗法。光动力疗法可缩小手术的范围，改善患者愈后，该法微创，比较安全，所以可以提高患者生活的质量。但是由于目前所使用的光敏剂生物相容性较差、细胞毒性较大和荧光稳定性差等不足，给光疗带来了新的问题。碳量子点水溶性好，部分具有光热转换性质及产生单线态氧能力等优点被广泛的研究，因此制备能够在红外光照射下可将光能转换为热能及产生活性氧的碳量子点，开发新一代的光敏剂，将为肿瘤治疗开拓新的思路。技术实现要素：4.本发明的目的是提供一种能够用于光动力和光热治疗的新型光敏剂氮掺杂碳量子点，该量子点能够发射出红色荧光，其在近红外光照射下能够产生单线态氧和实现光热升温效果，从而实现光热和光动力治疗的功能。5.一种具有光疗作用的氮掺杂碳量子点的制备方法，其特征在于，以叶绿素铜钠为前驱体，通过溶剂热法制备，包括如下步骤：(1) 将前驱体叶绿素铜钠加入适量有机溶剂中，超声混合均匀，所得溶液过滤，取滤液备用；(2) 所得上清液加入水热合成反应釜反应，冷却后得黑色溶液；(3) 将溶液离心后过滤，滤液在水溶液中透析；(4) 透析后所得溶液冷冻干燥，即为产物，避光冷处保存。6.步骤(1)中所述前驱体为叶绿素铜钠或叶绿素铜钾，超声混合时间为10～15 min。7.步骤(1)中所述有机溶剂为甲酰胺、二甲基甲酰胺、乙醇，更优选择乙醇。8.步骤(2)中所述水热合成反应的温度为160 ℃～200 ℃，反应时间为6～24 h。9.步骤(3)中所述过滤，透析，是将步骤(2)所得的溶液用0.22 μm膜过滤，将所得到的溶液加入截留分子量为1000～3000道尔顿的透析袋中，用去离子水透析。10.步骤(4)中所述冷冻干燥，是将步骤(3)透析过的溶液冷冻干燥，冷处避光保存。11.本发明试验表明：将所制备的氮掺杂碳量子点配制成乙醇溶液，加入活性氧检测试剂1,3-二苯基异苯并呋喃（dpbf），在近红外激光（635 nm）的照射下进行试验，然后用紫外分光光度计测试溶液在不同光照时间后的紫外吸收。发现随着光照时间的增加，1,3-二苯基异苯并呋喃在416 nm处的特征吸收峰逐渐下降，这是由于1,3-二苯基异苯并呋喃在溶液中含有活性氧的条件下被氧化所致。实验结果表明，合成的氮掺杂碳量子点在光的照射下可产生单线态氧，且其单线态氧的量子产率为32%，具有光动力效应。12.将所制备所得的氮掺杂的碳量子点配成浓度为300 μg/ ml、500 μg/ml、800 μg/ml和1200 μg/ml的水溶液，用635 nm激光（2.5 w cm-2）照射，记录溶液的温度随着光照时间的变化。4个浓度的氮掺杂碳量子点水溶液均有光热效果，并且其效果与浓度呈现正相关。当浓度达到800 μg/ml时，在635 nm激光的照射下10 min后，溶液能够升温42.1 ℃，光热转化效率（η）可达到42.6%，表明该发明制备的氮掺杂碳量子点可用于光热治疗。13.本发明氮掺杂碳量子点有较好的水溶性，在激光的激发下能够发射红色荧光。氮掺杂碳量子点具有光敏性，在激光照射下能够产生单线态氧，从而增加肿瘤组织中的活性氧，杀灭肿瘤细胞。在红外光照射下，氮掺杂碳量子点亦能将光能转化成热能，产生较高温度，足以杀死癌细胞。本发明在肿瘤的光动力治疗和光热治疗领域，具有广阔的应用前景。14.本发明的优点是：合成的原料廉价易得、制备方法简单。制备的氮掺杂碳量子点有较好的水溶性，同时具备光动力治疗和光热治疗的效果。附图说明15.图1为本发明实施例1制备氮掺杂碳量子点冷冻干燥后透射电镜图。16.图2为本发明实施例1制备的氮掺杂碳量子点x射线光电子能谱分析图（xps）。17.图3为本发明实施例1制备氮掺杂碳量子点的荧光发射光谱。具体实施方式18.下面给出本发明的具体实施例，所列举的实例仅解释本发明，并非限定本发明的范围。19.实例1：1. 称取150 mg叶绿素铜钠，加入100 ml无水酒精，超声溶解15 min。20.2. 将溶解后溶液过滤，得到绿色澄清透明溶液。21.3. 取16 ml澄清的溶液加入25 ml水热合成反应釜中反应，升温至200 ℃反应8 h，自然冷却至室温，得到黑色溶液。22.4. 将所得到的黑色溶液放于离心机中15000 rpm离心12 min， 取上清液0.22 μm膜过滤，滤液放入透析袋中透析48小时，透析袋的截留分子量为1000d。23.5. 透析后液体冷冻干燥，得到的固体即为氮掺杂碳量子点，避光冷处保存。24.将制备的碳量子点重新溶于乙醇中，在光的激发下能够发射红色荧光，且碳量子点能够在近红外光照射下产生单线态氧和实现光热升温。25.实例2：1. 称取200 mg叶绿素铜钾，加入150 ml二甲基甲酰胺，超声溶解12 min。26.2. 将溶解后溶液过滤，得到绿色澄清透明溶液。27.3. 取澄清的溶液18 ml加入25 ml水热合成反应釜中反应，升温至180 ℃反应10 h，自然冷却至室温，得到黑色溶液。28.4. 将所得到的黑色溶液放于离心机中12000 rpm离心15 min， 将上清液 0.22 μm膜过滤，滤液放入透析袋中透析36 h，透析袋的截留分子量为2000d。29.5. 透析后液体冷冻干燥，得到的固体即为氮掺杂碳量子点，避光冷处保存。30.将制备的碳量子点重新溶于乙醇中，在光的激发下能够发射红色荧光，且碳量子点能够在近红外光照射下产生单线态氧和实现光热升温。31.实例3：1. 称取100 mg叶绿素铜钠和300 mg无水柠檬酸，加入100 ml甲酰胺，超声溶解10 min。32.2. 将溶解后溶液过滤，得到绿色澄清透明溶液。33.3. 取15 ml澄清的溶液加入25 ml水热合成反应釜中反应，升温至160 ℃反应12 h，自然冷却至室温，得到黑色溶液。34.4. 将所得到的黑色溶液放于离心机中10000 rpm离心10 min， 将上清液0.22 μm膜过滤，滤液放入透析袋中透析48 h，透析袋的截留分子量为1500d。35.5. 透析后液体冷冻干燥，得到的固体即为氮掺杂碳量子点，避光冷处保存。36.将制备的碳量子点重新溶于乙醇中，在光的激发下能够发射红色荧光，且碳量子点能够在近红外光照射下产生单线态氧和实现光热升温。









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