一种激光引发爆炸的细胞炸弹制造技术

本发明专利技术公开了一种激光引发爆炸的细胞炸弹，由微纳米含能材料和纳米光敏物质两种材料复合而成，通过近红外激光辐照发生微尺度爆炸。本发明专利技术提供的激光引发爆炸的细胞炸弹，利用吸收特定波长激光的纳米光敏物质作为热源，将部分热能转化为含能材料的活化能，激发含能材料反应释放出更多的化学能，由于微纳米含能材料燃烧的气体产物，其膨胀也具有较强的光声效应。因此在微纳尺度层面具有更高的毁伤效率。

A cell bomb triggered by laser

The invention discloses a laser-induced cell bomb, which is composed of micro-nano energetic material and nano-photosensitive material and explodes at a micro-scale by near infrared laser irradiation. The laser-induced explosion cell bomb of the invention uses nano-photosensitive substances absorbing a specific wavelength of laser as heat source, converts part of the thermal energy into activation energy of energetic materials, and stimulates the reaction of energetic materials to release more chemical energy. Because of the gas products of combustion of micro-nano energetic materials, its expansion is also relatively high. Strong photoacoustic effect. Therefore, it has higher damage efficiency on micro nano scale.

【技术实现步骤摘要】
一种激光引发爆炸的细胞炸弹
本专利技术涉及一种纳米炸弹，具体涉及一种近红外激光引发微纳米尺度爆炸的细胞炸弹，属于含能材料激光点火与生物医学的交叉学科领域。
技术介绍
在一定刺激条件下，含能材料能够发生剧烈的反应，并对周围造成一定的破坏效应。引起含能材料反应的能量形式有多种，其中激光对含能材料的作用，具有可小型化、精确可控、效率高等独特优点，从而在微纳层次上拥有生物医学领域应用的潜质，比如癌症治疗的新方法。临床医学表明，700-1100nm波段的近红外激光在人体组织内传播时吸收很小(邵磊etal.2014)，因此在人体组织内具有一定的穿透深度。然而，经过威力、感度、毒性等综合性能筛选排除后，几乎所有的备选含能材料在近红外区(AhmadandCartwright2014)也没有吸收峰，即对应近红外波段的激光感度极低。因此，需要通过掺杂技术，在含能材料中加入微量的光敏物质，使其在近红外波段具有较强的吸收度，以达到大幅增加含能材料激光感度的作用。同样在生物医学领域，金属纳米颗粒由于其独特的激光纳观热效应，而成为肿瘤诊断和治疗技术的研究热点。在特定频率的激光辐照作用下，金属纳米颗粒的自由电子会产生共振，并具有极高的光热转换效率，即使弱功率激光辐照下，也能在局部快速形成高温区。该现象称为金属的表面等离激元共振，其共振频率取决于颗粒的结构、尺寸、材料以及周围介电环境，因此具有较广的可调范围，以选择性的吸收不同频率的光。除此以外，近红外吸收染料和碳纳米管，也可以通过调整其吸收峰，使其成为高效的近红外光敏物质。
技术实现思路
本专利技术通过引入光敏物质，将激光对含能材料的作用，与含能材料爆炸对细胞的破坏效应相结合，提出一种激光光能间接破坏细胞的新方法。本专利技术是这样实现的：一种激光引发爆炸的细胞炸弹，由微纳米含能材料和纳米光敏物质两种材料复合而成，通过近红外激光辐照发生微尺度爆炸。进一步的，本专利技术提供的近红外激光的波长范围为700-1100nm，对生物组织具有较强的穿透性；激光功率不高于2W，工作方式可以是连续波或脉冲式。进一步的，所述的含能材料颗粒尺寸范围为0.01-10μm，爆燃点温度应低于300℃，毒性较低。进一步的，所述的纳米光敏颗粒的尺寸范围为10-100nm，在上述激光波段范围内具有强烈的吸收峰，即较高的光热转换效率，材料包括各种形貌的金、银、铜等金属或“核-壳”等结构的合金，也可以是碳纳米管、近红外吸收染料、有机高分子等，毒性较低或无毒性。进一步的，含能材料和光敏物质的复合方式，可以是表面吸附、包覆、重结晶等。本专利技术提供的激光引发爆炸的细胞炸弹，以特定波长的激光作为触发能量，利用纳米光敏物质的光学特性，将吸收的光子能量转化为热能。其中一部分热能转化为含能材料的活化能，激发含能材料反应释放出更多的化学能，并与剩余部分的热能共同作用于周围的液体，生成温度更高、尺寸更大的热点，导致细胞炸弹周围的液体发生空化现象，加上微纳米含能材料反应的气体产物，共同形成大量爆炸性的气泡。气泡的作用过程中，能量以机械波的形式弥散到周围的介质，最终产生较强的光声效应。与目前仅采用纳米光敏物质(如金纳米颗粒)的癌症治疗技术相比，本方法加入的含能材料增加了额外的能量，因此在微纳尺度层面具有更高的毁伤效率。附图说明图1为扫描电镜下包覆金纳米棒的RDX颗粒；图2为金纳米棒的扫描电镜图；图3为金纳米棒在近红外光谱范围的光学消光特性图；图4为细胞炸弹在水中产生气泡的光学显微镜图；图5为单壁碳纳米管的光学消光特性图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的说明。实施例一本实施例提供的一种激光引发爆炸的细胞炸弹，为金纳米棒包覆的RDX(黑索金)颗粒(如图1所示)。RDX属于含能材料中的猛炸药类型，对可见至近红外范围的光吸收率极低，使用的RDX颗粒粒径约10μm；光敏物质为金纳米棒，其形貌尺寸如图2所示，粒径为质量分数约0.5％，轴向共振吸收峰位置为808nm(如图3所示)；对应采用近红外激光的波长也为808nm，功率≈1W。细胞炸弹通过靶向附着细胞周围以后，在低功率近红外激光的辐照下，金纳米棒将光能转化为热能，在RDX颗粒周围快速形成密集的纳米尺度的热点；在大量高温高压热点的共同作用下，实现RDX颗粒的点火和爆炸，形成的毁伤元包括微冲击波、气态产物和液体汽化膨胀产生的准静态压力载荷，共同对细胞造成致命的毁伤效应。与目前已有的光热癌症治疗方法相比，光热法只利用了金纳米颗粒的光能转换效应，产生的热能小于输入激光的光能；而本方法利用金纳米棒将吸收的光子能量转化为热能。其中一部分热能转化为含能材料的活化能，激发含能材料反应释放出更多的化学能，并与剩余部分的热能共同作用于周围的液体，生成温度更高、尺寸更大的热点，导致细胞炸弹周围的液体发生空化现象，加上微纳米含能材料反应的气体产物，共同形成大量爆炸性的气泡(如图4)。气泡的作用过程中，能量以机械波的形式弥散到周围的介质，最终产生较强的光声效应。与目前仅采用纳米光敏物质(如金纳米颗粒)的癌症治疗技术相比，本方法加入的含能材料增加了大量的额外能量，因此在微纳尺度层面具有更高的毁伤效率。实施例二本实施例提供的一种激光引发爆炸的细胞炸弹，为单壁碳纳米管包覆的RDX(黑索金)颗粒。与实施例一不同的是，光敏物质为单壁碳纳米管，长度为100-200nm，直径为1-3nm，质量分数约0.5％，共振吸收峰位置约为1000nm(如图5所示)。细胞炸弹靠近细胞以后，在低功率近红外激光的辐照下，碳纳米管将光能转化为热能，在RDX颗粒周围快速形成密集的纳米尺度的热点；在大量高温高压热点的共同作用下，实现RDX颗粒的点火和爆炸，其毁伤效果与实施例一的细胞炸弹相近。需要说明的是，实施例一和二的包覆方式，对于本领域技术人员来说，其方式是常规方式，这里不再赘述。尽管这里参照本专利技术的解释性实施例对本专利技术进行了描述，上述实施例仅为本专利技术较佳的实施方式，本专利技术的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光引发爆炸的细胞炸弹，其特征在于：由微纳米含能材料和纳米光敏物质两种材料复合而成，通过近红外激光辐照发生微尺度爆炸。

【技术特征摘要】
1.一种激光引发爆炸的细胞炸弹，其特征在于：由微纳米含能材料和纳米光敏物质两种材料复合而成，通过近红外激光辐照发生微尺度爆炸。2.根据权利要求1所述激光引发爆炸的细胞炸弹，其特征在于：所述的近红外激光的波长范围为700-1100nm，激光功率不高于2W，工作方式是连续波或脉冲式。3.根据权利要求1所述激光引发爆炸的细胞炸弹，其特征在于：所述的含能材料颗粒尺寸范围为0.01-10μm，爆燃点温度低于300℃，毒性较低。...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘柳，周阳，黄兵，李敬明，杨光成，李华荣，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院化工材料研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51