光热治疗作为替代传统治疗技术的一种新型微创治疗技术,受到了广泛的关注。波长范围为700-1400 nm的近红外激光,对生物组织的穿透能力非常强,并且穿透过程中光衰减特别小,在生物医疗上是一种应用广泛的重要光源,因此近红外激光诱导的光热治疗技术受到了更多的关注。为了提高激光的光热转换效率,同时使激光在光热治疗过程中更有效地区别癌细胞和正常组织,探索能有效的将近红外激光转换成热能的光热转换材料,尤其是高效廉价的光热转换材料就显得非常重要了。因此本论文设计开发了几种低值、高转换效率的硫属铜基光热转换材料和基于硫属铜基的多功能光热转换材料。1)花状CuS超结构作为一种980 nm激光诱导的光热转换材料为了克服CuS纳米材料光热转换效率比较低的应用限制,我们设计开发了一种新颖的花状CuS超结构光热转换材料,该转换材料具有非常好的近红外光热转换能力。我们首先利用水热法,以聚乙烯吡咯烷酮为表面活性剂,在180 ℃条件下反应48小时制备了 CuS超结构纳米材料。因为CuS超结构是由可以作为一种有效的光学反射镜来增强对入射光的吸收性能的片状构筑单元组成的、形貌均一的超结构纳米材料,所以我们合成的CuS超结构材料的在整个波长区域的吸收能力大约为其构筑单元(六角片状CuS)的2倍,尤其是在近红外区域。和以前文献报道的结果相比,CuS超结构纳米材料在非常低的功率的激光照射下,呈现出较高的光热转换能力。例如,在我们的实验体系中,在功率(～0.51 W/cm2)非常低的980 nm激光照射下,0.07 mg/mL的CuS超结构纳米材料的水分散液的温度在5分钟之内仍然可以升高11 ℃。而文献报道的0.07 mg/mL的3 nm的CuS纳米颗粒的水分散液在超高功率(24 W/cm2)的808 nm激光照射下,水温在5分钟内仅升高了 12.7 ℃。重要的是,即使用约1 mm厚的鸡皮作为生物阻挡层覆盖在CuS超结构纳米材料水分散液的表面,水分散液的温度在5分钟内仍然可以升高10.7 ℃,这主要是因为980 nm激光器相对于可见光,具有更好的生物组织穿透性。更为重要的是CuS超结构在浓度低于0.25 mg/mL时具有较低的细胞毒性,同时在安全的980 nm激光功率(0.51 W/cm2)照射下,在很短的时间内(5-10分钟),不仅可以有效地杀死用鸡皮覆盖的癌细胞,还能有效破坏老鼠体内的肿瘤组织。这些结果证明了 CuS超结构纳米材料在光热治疗癌症上具有非常广阔的应用前景。2)具有小粒径和高效率的空穴掺杂的硫属铜基光热转换材料最近Alivisatos教授课题组发现当空穴掺杂的Cu2-xS半导体纳米晶的空穴密度达到～1021cm-3时,就会出现和金属类似的表面等离子共振吸收。然而空穴掺杂的半导体纳米晶等离子共振吸收又和金属不同,它可以通过调控掺杂半导体的组成,从而改变半导体的空穴掺杂密度,实现等离子共振吸收的改变。基于这个理论,我们设计了两种亲水性的空穴掺杂的硫属铜基半导体化合物。一种是通过简单的溶剂热法一步合成的亲水性的Cu2ZnSnS4纳米晶,另一种是通过高温热解单分子前驱体和配体交换联用制备的亲水性Cu9S5纳米片。我们通过TEM,SEM,XRD,FT-IR和UV-VIS-NIR等表征手段对这两种空穴掺杂的硫属铜基半导体的形貌、组成、结构、表面和吸收性能进行了详细的研究。TEM结果显示这两种半导体都具有较小的粒径(<100 nm),而它们的UV-VIS-NIR光谱则证实了 Cu9S5纳米片的吸收强度明显高于Cu2ZnSnS4纳米晶,尤其是在近红外区域,Cu9S5纳米片的吸收强度呈现了逐渐升高的趋势。因此,作为一种优良的空穴掺杂的硫属铜基半导体,我们研究了 Cu9S5纳米片的光热转换能力。和研究比较多的Au纳米棒光热转换材料相比,我们设计合成的Cu9S5纳米片显示出较高的消光系数,如在980 nm处的消光系数为～1.2×109 M-1cm-1,这主要归因于空穴掺杂的Cu9S5纳米片内的p型载流子强烈的表面等离子共振吸收。将浓度非常低的(40ppm)Cu9S5纳米片水分散液置于功率非常低的(0.51 W/cm2)980 nm激光下照射,7分钟内水分散液的温度可以升高15.1 ℃。并且该Cu9S5纳米片的光热转换效率可高达25.7%,高于我们在相同测试条件下测得的Au纳米棒(980 nm激光照射,23.7%)和最近文献报道的Cu2-xSe纳米晶的光热转换效率(808 nm激光照射,22%)。更为重要的是,在非常低的浓度(40 ppm)和安全的980 nm激光功率(0.51 W/cm2)条件下,短时间(5-10分钟)的照射即可实现对老鼠体内肿瘤组织的破坏。由于Cu9S5纳米片具有较小的粒径(～75 nm)和超高的光热转换效率,使得它在光热治疗上具有非常好的应用前景。3)超小的核壳结构Fe304@Cu9S8多功能光热转换材料因同时具有双重功能,具有磁性和近红外吸收性能的多功能纳米结构材料受到了广泛的关注。硫属铜基光热转换材料不仅价格低而且具有非常高的光热转换效率,因此被看做是一种应用前景十分广阔的光热转换材料。另外,由于氧化铁是一种优良的超顺磁性材料,它已经成为了一种商业化的T2增强的核磁成像造影剂。在这种背景下,将硫属铜基光热转换材料和超顺磁性氧化铁联合起来,制备出超小的具有核壳结构的纳米材料来实现实时的生物成像以及光热治疗将具有非常重要的意义。在这里我们设计合成了一系列的超小(<10 nm)、单分散以及大小可控的MFe204(M=Fe,Ni,Co)@Cu9S8核壳结构纳米材料。我们以Fe304@Cu9S8(IOCS)为典型的例子研究了它们的磁学和吸收性能。IOCS核壳结构的磁滞回线说明在室温条件下它没有明显的剩磁或者矫顽力,表现出超顺磁性的特征。另外,尽管非磁性材料Cu9S8壳层对饱和磁化率的测量具有非常大的质量贡献,但是IOCS的饱和磁化率仍然高达34.1 emu/g。重要的是由于Cu9S8壳层中p型载流子的表面等离子共振吸收,使得IOCS同时具有非常强的近红外吸收性能。随后我们又通过两亲性聚合物(油胺修饰的水解聚马来酸酐)包覆的方法,制备了亲水性的IOCS。该亲水性的IOCS的横向弛豫率(r2)和横向纵向弛豫率之比(r2/r1)可以分别高达141.4m mM-1s-1和67,非常有利于T2增强的核磁共振成像;同时该亲水性的IOCS的光热转换效率也可以高达16.02%,这些结果表明IOCS可以同时作为核磁成像造影剂和光热转换材料。被注射有IOCS的老鼠具有明显的核磁共振增强的成像效果和激光照射前后温度分布具有明显的差别,进一步证明了它可以应用于核磁共振成像和近红外热成像。体外的癌细胞光热治疗实验显示,经过980 nm激光和IOCS同时处理时,癌细胞可以被完全杀死;而单一的经过IOCS以及980 nm激光处理则无明显的死亡。这些结果表明,低值、超小以及高效的IOCS多功能诊断治疗材料将会有效的提高光热治疗效果。