一种光磁双响应核壳型金-四硫化三铁纳米材料及其制备与应用
技术领域
本发明属于脊椎损伤治疗材料制备技术领域，具体涉及一种光磁双响应核壳型金-四硫化三铁纳米材料及其制备与应用。
背景技术
创伤性脊椎损伤部位由于星形胶质细胞增生形成硬瘢痕，使得再生轴突难以通过损伤部位，神经元再生受阻，创伤修复部位功能无法完全恢复。因此需要干预星型胶质细胞的增生，以减少胶质瘢痕形成，促进轴突和神经元的再生。X射线由于其具有强穿透力，波长短，能量大的特点应用于减少急性脊髓损伤引起的胶质瘢痕形成。然而脱髓鞘长时间暴露于X射线照射下，易引发缺血性水肿，同时X射线辐射也会影响正常人体组织。解决这一问题的有效途径之一是通过光热治疗(PTT)将具有高光热转换效率的纳米材料(如纳米金，热释点材料等)注射到脊髓损伤区域，在外部光源的照射下将光能转换为热能以抑制星形胶质细胞聚集，并减少胶质瘢痕的形成。然而，受激光穿透能力的限制，光热治疗效果有限。由交变磁场产生的磁热治疗(MHT)，具有深部组织穿透的能力，可以在不受深度限制的情况下使用，但纳米材料对磁热吸收率较低。因此，将光热和磁热联合使用在提高热疗效果和治疗深度病变方面有显著优势。目前关于光热和磁热联合使用的报道较少，一般是将磁性颗粒与具有高转换效率的聚吡咯，碳纳米管和金属纳米颗粒等结合。但制备过程比较繁琐，且无法在高温条件下长时间保持稳定性，进一步的生物应用受到限制。基于此，开发一种制备简单，热稳定性良好的光热和磁热联合作用材料成为新的研究方向。
发明内容
为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种光磁双响应核壳型金-四硫化三铁纳米材料的制备方法。该方法操作简单，以氯化铁为原料，通过二次水热法合成四硫化三铁纳米颗粒，并利用金属配伍原理在四硫化三铁颗粒表面包裹纳米金壳，获得核壳型金-四硫化三铁颗粒。本发明所得核壳型金-四硫化三铁颗粒在较高温度下长时间放置仍能保持稳定性和磁性，能满足减少脊椎损伤部位胶质瘢痕形成的需求。
本发明的另一目的在于提供上述方法制得的一种光磁双响应核壳型金-四硫化三铁纳米材料。
本发明的再一目的在于提供上述一种光磁双响应核壳型金-四硫化三铁纳米材料的应用。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种光磁双响应核壳型金-四硫化三铁纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)以溶剂为反应介质，将氯化铁、柠檬酸三钠和三水乙酸钠进行水热反应，得到四氧化三铁纳米颗粒；
(2)将四氧化三铁纳米颗粒与溶剂混合，加入硫前驱体，水热反应，离心，干燥，得到四硫化三铁纳米颗粒；
(3)将四硫化三铁纳米颗粒分散在氯金酸溶液中，加入还原剂，反应2～3小时，离心，得到光磁双响应核壳型金-四硫化三铁纳米材料。
优选的，步骤(1)所述溶剂为水、乙二醇和乙醇中的至少一种，更优选为乙二醇。
优选的，步骤(1)所述氯化铁、柠檬酸三钠和三水乙酸钠的质量比为(5.4～10.8)：(1～4)：(10～20)。
优选的，步骤(1)所述氯化铁与溶剂的比例为(1.08～2.16)g/40ml。
优选的，步骤(1)所述水热反应的温度为100～200℃，时间为4～12小时；更优选为150～200℃下反应10小时。
优选的，步骤(2)所述四氧化三铁纳米颗粒与溶剂的比例为(12.5～25mg)：(30～50)ml。
优选的，步骤(2)所述四氧化三铁纳米颗粒与硫前驱体的质量比为1：(9～18)。
优选的，步骤(2)所述硫前驱体为硫化钠和硫代乙酰胺中至少一种。所述硫前驱体能释放硫离子。
优选的，步骤(2)所述水热反应的温度为150～200℃，时间为4～12小时；更优选为160～180℃下反应10小时。
优选的，步骤(2)所述干燥为常规真空干燥，温度为37～80℃，时间为0.5～3小时。
优选的，步骤(2)所述溶剂为水、乙二醇和乙醇中的至少一种，更优选为乙醇。
优选的，步骤(2)所述离心所用的溶剂为体积比1：1：0.5的乙醇-水-乙二醇混合液，四硫化三铁颗粒与混合液的体积比为1：2。
优选的，步骤(3)所述四硫化三铁纳米颗粒通过超声方式分散在氯金酸溶液中，超声时间为10～30min，超声频率为20～40Hz。
优选的，步骤(3)所述四硫化三铁纳米颗粒与氯金酸溶液中氯金酸的摩尔比为1：1～4。
优选的，步骤(3)所述氯金酸溶液的质量浓度为1～3％，更优选为1.5～2％。
优选的，步骤(3)所述还原剂与氯金酸溶液中氯金酸的摩尔比为1：1。
步骤(3)所述还原剂指能将金离子还原成纳米金的物质，优选为硼氢化钠、柠檬酸三钠和抗坏血酸中的至少一种；当还原剂为抗坏血酸时，还原反应需在避光条件下进行。
优选的，步骤(3)所述还原剂以溶液的形式加入，其浓度为2～4mol/L。
优选的，步骤(3)所述反应的温度为室温。
优选的，步骤(3)所述离心的转速为9000～10000r/min，时间为10～30min，离心次数为1～5次。
上述方法制得的一种光磁双响应核壳型金-四硫化三铁纳米材料。
上述一种光磁双响应核壳型金-四硫化三铁纳米材料在药物制备、光热和磁热联合作用材料制备领域中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
(1)本发明将光热治疗和磁热疗相结合，有利于更有效地治疗深部病变，扩大纳米材料在脊椎损伤治疗材料制备领域的应用。
(2)本发明制备方法简单，所得核壳型金-四硫化三铁纳米颗粒由于硫金键的存在，克服了普通纳米材料易氧化易团聚的缺陷，稳定性良好。
(3)本发明所制得核壳型金-四硫化三铁纳米颗粒得益于纳米金壳，可通过CT造影，实现实时监控。
(4)本发明所得核壳型金-四硫化三铁纳米颗粒生物相容性较好。
(5)本发明无需复杂的步骤，与现有的湿化学法相比，制备过程简单，所得产品分散性良好，尺寸均匀，工艺重复性好。
附图说明
图1为实例1所得四硫化三铁的XRD图。
图2为实例1所得四硫化三铁和核壳型金-四硫化三铁纳米颗粒以及金属金的紫外光谱图。
图3为实施例1所得四硫化三铁颗粒与核壳型金-四硫化三铁纳米颗粒的粒径分布图，其中所得四硫化三铁颗粒水合粒径为102.5nm，核壳型金-四硫化三铁纳米颗粒水合粒径为105.7nm，这表明本发明所得纳米材料基本呈单分散，包裹纳米金壳后对粒径影响不大。
图4是实施例1所得核壳型金-四硫化三铁纳米颗粒分散在DMEM培养液中的水合粒径曲线图。
图5为实施例1所得核壳型金-四硫化三铁纳米颗粒(右)和对比例1所得四硫化三铁纳米颗粒(左)的实物图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
本发明实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或者制造商建议的条件进行。所用未注明生产厂商者的原料、试剂等，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
(1)0.54g氯化铁，0.1g柠檬酸三钠和1.5g三水乙酸钠混合，溶于10ml乙二醇中，转移到聚四氟乙烯反应釜中，150℃反应10小时，获得四氧化三铁颗粒。
(2)12.5mg Fe3O4纳米球和112.5mg硫代乙酰胺加入到30ml无水乙醇中分散均匀，转移到反应釜中，密封160℃加热10小时后获得四硫化三铁颗粒。随后将制备好的四硫化三铁颗粒冷却至室温时加入乙醇-水-乙二醇混合液，进行多次洗涤，离心处理至上层离心液为无色。将离心处理后的四硫化三铁颗粒在37℃下真空干燥3小时后备用。
其中：混合液中乙醇，水和乙二醇的体积比(mL/mL)为1：1：0.5，四硫化三铁颗粒与混合液的体积比(mL/mL)为1：2。
(3)将适量四硫化三铁颗粒悬浮在1.5％氯金酸水溶液中，调节溶液中四硫化三铁与氯金酸的摩尔比为1：1，160w超声处理混合溶液10min。取2mol/L硼氢化钠水溶液2ml(硼氢化钠与氯金酸摩尔比为1：1)作为还原剂，搅拌反应2小时，反应结束后9800r/min，离心20min三次，分离后真空干燥获得核壳型金-四硫化三铁颗粒。
实施例2
(1)0.54g氯化铁，0.4g柠檬酸三钠和1.5g三水乙酸钠混合，溶于20ml乙二醇中，转移到聚四氟乙烯反应釜中，175℃反应10小时，获得四氧化三铁颗粒。
(2)25mg Fe3O4纳米球和450mg硫代乙酰胺加入到50ml无水乙醇中分散均匀，转移到反应釜中，密封160℃加热10小时后获得四硫化三铁颗粒。随后将制备好的四硫化三铁颗粒冷却至室温时加入乙醇-水-乙二醇混合液，进行多次洗涤，离心处理至上层离心液为无色。将离心处理后的四硫化三铁颗粒在37℃下真空干燥3小时后备用。
其中：混合液中的乙醇，水和乙二醇的体积比(mL/mL)为1：1：0.5，四硫化三铁颗粒与混合液的体积比(mL/mL)为1：2。
(3)将适量四硫化三铁颗粒悬浮在1.5％氯金酸水溶液中，调节溶液中四硫化三铁与氯金酸的摩尔比为1：2，160w超声处理混合溶液10min。取2mol/L硼氢化钠水溶液2ml(硼氢化钠与氯金酸摩尔比为1：1)作为还原剂，搅拌反应2小时，反应结束后9800r/min，离心20min三次，分离后真空干燥获得核壳型金-四硫化三铁颗粒。
实施例3
(1)1.08g氯化铁，0.4g柠檬酸三钠和1.5g三水乙酸钠混合，溶于40ml乙二醇中，转移到聚四氟乙烯反应釜中，200℃反应10小时，获得四氧化三铁颗粒。
(2)12.5mg Fe3O4纳米球和112.5mg硫代乙酰胺加入到30ml无水乙醇中分散均匀，转移到反应釜中，密封160℃加热10小时后获得四硫化三铁颗粒。随后将制备好的四硫化三铁颗粒冷却至室温时加入乙醇-水-乙二醇混合液，进行多次洗涤，离心处理至上层离心液为无色。将离心处理后的四硫化三铁颗粒在37℃下真空干燥3小时后备用。
其中：混合液中的乙醇，水和乙二醇的体积比(mL/mL)为1：1：0.5，四硫化三铁颗粒与混合液的体积比(mL/mL)为1：2。
(3)将适量四硫化三铁颗粒悬浮在1.5％氯金酸水溶液中，调节溶液中四硫化三铁与氯金酸的摩尔比为1：4，160w超声处理混合溶液10min。取2mol/L硼氢化钠水溶液2ml(硼氢化钠与氯金酸摩尔比为1：1)作为还原剂，搅拌反应2小时，反应结束后9800r/min，离心20min三次，分离后真空干燥获得核壳型金-四硫化三铁颗粒。
实施例4
(1)0.54g氯化铁，0.1g柠檬酸三钠和1g三水乙酸钠混合，溶于10ml乙二醇中，转移到聚四氟乙烯反应釜中，150℃反应10小时，获得四氧化三铁颗粒。
(2)12.5mg Fe3O4纳米球和112.5mg硫代乙酰胺加入到30ml无水乙醇中分散均匀，转移到反应釜中，密封160℃加热10小时后获得四硫化三铁颗粒。随后将制备好的四硫化三铁颗粒冷却至室温时加入乙醇-水-乙二醇混合液，进行多次洗涤，离心处理至上层离心液为无色。将离心处理后的四硫化三铁颗粒在60℃下真空干燥1.5小时后备用。
其中：混合液中乙醇，水和乙二醇的体积比(mL/mL)为1：1：0.5，四硫化三铁颗粒与混合液的体积比(mL/mL)为1：2。
(3)将适量四硫化三铁颗粒悬浮在1.5％氯金酸水溶液中，调节溶液中四硫化三铁和氯金酸的摩尔比为1：1，160w超声处理混合溶液10min。取4mol/L抗坏血酸水溶液2ml(抗坏血酸与氯金酸摩尔比为1：1)作为还原剂，避光搅拌反应2小时，反应结束后9800r/min，离心20min三次，分离后真空干燥获得核壳型金-四硫化三铁颗粒。
实施例5
(1)1.08g氯化铁，0.4g柠檬酸三钠和1.5g三水乙酸钠混合，溶于20ml乙二醇中，转移到聚四氟乙烯反应釜中，175℃反应10小时，获得四氧化三铁颗粒。
(2)12.5mg Fe3O4纳米球和112.5mg硫代乙酰胺加入到30ml无水乙醇中分散均匀，转移到反应釜中，密封180℃加热10小时后获得四硫化三铁颗粒。随后将制备好的四硫化三铁颗粒冷却至室温时加入乙醇-水-乙二醇混合液，进行多次洗涤，离心处理至上层离心液为无色。将离心处理后的四硫化三铁颗粒在60℃下真空干燥1.5小时后备用。
其中：混合液中的乙醇，水和乙二醇的体积比(mL/mL)为1：1：0.5，四硫化三铁颗粒与混合液的体积比(mL/mL)为1：2。
(3)将适量四硫化三铁颗粒悬浮在2％氯金酸水溶液中，调节溶液中四硫化三铁和氯金酸的摩尔比为1：2，160w超声处理混合溶液10min。取4mol/L抗坏血酸水溶液2ml(抗坏血酸与氯金酸摩尔比为1：1)作为还原剂，避光搅拌反应2.5小时，反应结束后9800r/min，离心20min三次，分离后真空干燥获得核壳型金-四硫化三铁颗粒。
实施例6
(1)0.54g氯化铁，0.1g柠檬酸三钠和1g三水乙酸钠混合，溶于10ml乙二醇中，转移到聚四氟乙烯反应釜中，200℃反应10小时，获得四氧化三铁颗粒。
(2)12.5mg Fe3O4纳米球和112.5mg硫代乙酰胺加入到30ml无水乙醇中分散均匀，转移到反应釜中，密封160℃加热10小时后获得四硫化三铁颗粒。随后将制备好的四硫化三铁颗粒冷却至室温时加入乙醇-水-乙二醇混合液，进行多次洗涤，离心处理至上层离心液为无色。将离心处理后的四硫化三铁颗粒在60℃下真空干燥1.5小时后备用。
其中：混合液中乙醇，水和乙二醇的体积比(mL/mL)为1：1：0.5，四硫化三铁颗粒与混合液的体积比(mL/mL)为1：2。
(3)将适量四硫化三铁颗粒悬浮在2％氯金酸水溶液中，调节溶液中四硫化三铁和氯金酸的摩尔比为1：4，160w超声处理混合溶液10min。取4mol/L抗坏血酸水溶液2ml(抗坏血酸与氯金酸摩尔比为1：1)作为还原剂，避光搅拌反应3小时，反应结束后9800r/min，离心20min三次，分离后真空干燥获得核壳型金-四硫化三铁颗粒。
实施例7
(1)0.54g氯化铁，0.1g柠檬酸三钠和1.5g三水乙酸钠混合，溶于10ml乙二醇中，转移到聚四氟乙烯反应釜中，150℃反应10小时，获得四氧化三铁颗粒。
(2)12.5mg Fe3O4纳米球和112.5mg硫代乙酰胺加入到30ml无水乙醇中分散均匀，转移到反应釜中，密封160℃加热10小时后获得四硫化三铁颗粒。随后将制备好的四硫化三铁颗粒冷却至室温时加入乙醇-水-乙二醇混合液，进行多次洗涤，离心处理至上层离心液为无色。将离心处理后的四硫化三铁颗粒在80℃下真空干燥0.5小时后备用。
其中：混合液中乙醇，水和乙二醇的体积比(mL/mL)为1：1：0.5，四硫化三铁颗粒与混合液的体积比(mL/mL)为1：2。
(3)将适量四硫化三铁颗粒悬浮在1.5％氯金酸水溶液中，调节溶液中四硫化三铁和氯金酸的摩尔比为1：4，160w超声处理混合溶液30min。取2mol/L柠檬酸三钠水溶液1ml(柠檬酸三钠与氯金酸摩尔比为1：1)作为还原剂，搅拌反应2小时，反应结束后9800r/min，离心20min三次，分离后真空干燥获得核壳型金-四硫化三铁颗粒。
实施例8
(1)0.54g氯化铁，0.4g柠檬酸三钠和1.5g三水乙酸钠混合，溶于20ml乙二醇中，转移到聚四氟乙烯反应釜中，175℃反应10小时，获得四氧化三铁颗粒。
(2)12.5mg Fe3O4纳米球和112.5mg硫代乙酰胺加入到30ml无水乙醇中分散均匀，转移到反应釜中，密封160℃加热10小时后获得四硫化三铁颗粒。随后将制备好的四硫化三铁颗粒冷却至室温时加入乙醇-水-乙二醇混合液，进行多次洗涤，离心处理至上层离心液为无色。将离心处理后的四硫化三铁颗粒在80℃下真空干燥0.5小时后备用。
其中：混合液中的乙醇，水和乙二醇的体积比(mL/mL)为1：1：0.5，四硫化三铁颗粒与混合液的体积比(mL/mL)为1：2。
(3)将适量四硫化三铁颗粒悬浮在1.5％氯金酸水溶液中，调节溶液中四硫化三铁和氯金酸的摩尔比为1：1，160w超声处理混合溶液30min。取2mol/L柠檬酸三钠水溶液2ml(柠檬酸三钠与氯金酸摩尔比为1：1)作为还原剂，搅拌反应2.5小时，反应结束后9800r/min，离心20min三次，分离后真空干燥获得核壳型金-四硫化三铁颗粒。
实施例9
(1)1.08g氯化铁，0.4g柠檬酸三钠和2g三水乙酸钠混合，溶于40ml乙二醇中，转移到聚四氟乙烯反应釜中，200℃反应10小时，获得四氧化三铁颗粒。
(2)12.5mg Fe3O4纳米球和112.5mg硫代乙酰胺加入到30ml无水乙醇中分散均匀，转移到反应釜中，密封160℃加热10小时后获得四硫化三铁颗粒。随后将制备好的四硫化三铁颗粒冷却至室温时加入乙醇-水-乙二醇混合液，进行多次洗涤，离心处理至上层离心液为无色。将离心处理后的四硫化三铁颗粒在80℃下真空干燥0.5小时后备用。
其中：混合液中的乙醇，水和乙二醇的体积比(mL/mL)为1：1：0.5，四硫化三铁颗粒与混合液的体积比(mL/mL)为1：2。
(4)将适量四硫化三铁颗粒悬浮在1.5％氯金酸水溶液中，调节溶液中四硫化三铁与氯金酸的摩尔比为1：2。160w超声处理混合溶液30min，取2mol/L柠檬酸三钠水溶液4ml(柠檬酸三钠与氯金酸摩尔比为1：1)作为还原剂，搅拌反应3小时，反应结束后9800r/min，离心20min三次，分离后真空干燥获得核壳型金-四硫化三铁颗粒。
实施例10
将实施1所得核壳型金-四硫化三铁颗粒分散在DMEM培养液(含1g/L D-葡萄糖、1g/L L-谷氨酰胺、110mg/L丙酮酸钠)中，分别放置在常温(25℃)和高温(50℃)环境中，研究其水合粒径变化，为期一个月。结果如附图4所示，25℃下所得核壳型金-四硫化三铁纳米颗粒的平均水合粒径为105.3nm，50℃下所得核壳型金-四硫化三铁纳米颗粒的平均水合粒径为133.7nm。核壳型金-四硫化三铁颗粒分散液的水合粒径没有明显变化，这说明了核壳型金-四硫化三铁颗粒在DMEM培养液中具有良好的稳定性，有利于生物应用。
对比例1
参考文献《四硫化三铁纳米片的制备及其电磁波吸收性能研究》(罗文和哈尔滨工程大学，2016)中的四硫化三铁制备部分的内容，通过溶剂热法合成四硫化三铁颗粒。如图5所示，使用文献所述方法合成的四硫化三铁颗粒较大，且容易团聚，在水中分散性较差，磁性仅能保持两周。而实施例1所制备得到的核壳型金-四硫化三铁颗粒，分散性良好，颗粒均匀，能保持磁性超过6个月。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
