硫化镍基材料的制备及其光热转换性能研究

来源 :哈尔滨师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:XT327768823
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伴随社会发展与科技进步,一些社会性问题层出不穷,例如水资源短缺、癌症、细菌感染等问题。近年来科研工作者们发现光热转换材料可以较好的解决上述问题,其可以高效地将太阳能转换为热能,在空气与水界面形成局部高温,从而加速水蒸气的产生,利用清洁与丰富的太阳能驱动光热剂进行水蒸发是解决水资源短缺的一种有效途径,产生洁净水的同时还可用于海水淡化与废水净化等方面。此外,光热转化材料结合近红外光照射形成的局部高温也可用于癌细胞与细菌的杀伤,一些光热转化材料还可以催化过氧化氢分解产生强毒性的羟基自由基(·OH),实现化学动力学治疗,从而改善了化学药物治疗、抗生素治疗等抗药问题。目前报道的光热转换材料存在稳定性差、生物毒性高等缺点,限制了其在实际生产生活中的应用。基于此,本论文首先通过溶剂热法合成硫化镍基材料,其具有较强的光热转化性能、理想的热稳定性以及良好的生物相容性等特点,进一步通过聚乙烯吡咯烷酮(PVP)对硫化镍(NiS2-x)形貌与粒径进行调控,获得了NiS2-x@PVP纳米球;随后通过对NiS2-x进行Ag修饰,制备了Ag(8.5%)@NiS2-x微球,分别将其用于太阳能驱动的水蒸发、肿瘤治疗与抗菌治疗,主要内容如下:(1)利用核壳结构非化学计量的NiS2-x微球和琼脂水凝胶制备了一种高效的Janus水凝胶膜。固定在琼脂水凝胶中的NiS2-x在200-2500 nm处具有全光谱吸收特性,可以进行高效的光热转换,并调节水的传输通道。此外,底部的纯琼脂能有效地输送水,避免热量损失。通过浇注法,Janus水凝胶膜易于制备成各种形状,因此,其可以根据所使用的环境进行调整。优化后的Janus水凝胶膜-1具有良好的亲水性,在一个太阳光照射下其具有良好的太阳能水蒸发速率(1.45 kg m-2 h-1)与光热转化效率(97.0%)。理论模拟结果表明,Janus水凝胶膜-1优异的水蒸发性能主要是由于其相对自由的水输送通道所致。此外,Janus水凝胶膜-1可用于各种介质中的水蒸发应用,包括海水淡化、重金属离子、有机废水和生活污水的净化。(2)通过优化聚乙烯吡咯烷酮的用量,成功地制备了NiS2-x@PVP纳米球,与盐酸二甲双胍混合后分散于透明质酸钠(HA)水凝胶中,构建NiS2-x@PVP@HA肿瘤治疗平台,其在近红外光照射下具有优异的光热转化性能,可用于肿瘤光热治疗(PTT)。NiS2-x@PVP纳米球可快速降解为镍离子与硫离子,其降解产生的镍离子可催化肿瘤细胞内源性过氧化氢(H2O2)分解,从而产生毒性极强的·OH实现肿瘤的化学动力学治疗(CDT)。载入的抗肿瘤药物盐酸二甲双胍可以提升肿瘤杀伤效果,在近红外与超声的作用下,该治疗平台具有药物控释性能。小鼠的体内肿瘤实验结果表明,NiS2-x@PVP@HA多功能治疗平台实现了对乳腺肿瘤的PTT/CDT/化疗协同治疗,有效抑制了肿瘤的生长。(3)通过Ag的掺杂,成功地制备了Ag(8.5%)@NiS2-x微球,将其分散于聚丙烯酰胺与壳聚糖中形成具有抗菌与促进组织愈合功能的敷料(命名为dressing-2:1)。内部的Ag(8.5%)@NiS2-x使水凝胶具有优异的光热转换性能,使用808 nm(0.5 W cm~2)激光对其进行照射,其温度在10 min内能够迅速升高。此外,Ag(8.5%)@NiS2-x还具有过氧化物酶活性,可以催化低浓度H2O2产生活性氧。dressing-2:1结合近红外光在伤口处产生的局部高温及其中富含的Ag可以破坏细菌的外膜结构,从而杀灭伤口部位的细菌。构建的水凝胶敷料具有良好的生物相容性、无毒、保湿、止血等优点,为再生细胞的生长提供了所需的环境与条件,可促进伤口愈合。小鼠的伤口愈合实验进一步证明了dressing-2:1水凝胶具有优异的抗菌效果。
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