一种纤维素/黑磷量子点复合水凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种纤维素/黑磷量子点复合水凝胶，其特征在于，所述复合水凝胶包括纤维素三维网络结构、以及负载在所述纤维素三维网络结构中的黑磷量子点。黑磷量子点可被稳定地负载在该复合水凝胶体系中，不易团聚，所述复合水凝胶具有均匀、稳定的高光热转换效率，与生物体液的相容性好，且具有完全生物可降解性、高生物安全性，可用于生物医学领域。本发明专利技术还提供了该复合水凝胶的制备方法。

【技术实现步骤摘要】
一种纤维素/黑磷量子点复合水凝胶及其制备方法
本专利技术属于黑磷基纳米材料制备领域，具体涉及一种纤维素/黑磷量子点复合水凝胶及其制备方法。
技术介绍
黑磷(Blackphosphorene)是一种新型直接带隙二维材料，其带隙可从0.3eV(本体状态)到1.5eV(单层)通过其层数进行调节，可以吸收从可见光到通讯用红外线范围波长的光，加之其较高的载流子迁移率、高通断比，以及良好的光热转换效应和生物相容性，使得其在半导体领域、光电领域以及生物领域等显示出极大的潜在优势。在生物医学领域中，无机纳米材料-黑磷在生物体液中的分散性不足，易发生沉降，其光热效果存在明显的地域性差异。而且目前黑磷基材料的结构过于单一，且黑磷在其中的稳定性较差，容易游离出来，无法满足肿瘤治疗过程所需的靶向性和持久性。因此，有必要拓展黑磷在生物医学领域中的存在形式。纤维素是地球上最丰富的可再生资源，具有完全生物相容性、完全生物降解性等优点，但受其高结晶性和分子内/分子间氢键的制约，纤维素难溶难熔，导致难以加工成型，这极大限制了纤维素在生物医用材料中的发展。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术提供一种纤维素/黑磷量子点复合水凝胶，黑磷量子点在该复合水凝胶中的稳定性较高，所述纤维素/黑磷量子点复合水凝胶在生物体液中的分散性较好，表现出高光热转换效率、完全生物可降解性、完全生物相容性、生物安全性等优异特性，并具有较好的力学强度，有望应用在生物医学领域中。第一方面，本专利技术提供了一种纤维素/黑磷量子点复合水凝胶，所述复合水凝胶包括纤维素三维网络结构、以及负载在所述纤维素三维网络结构上的黑磷量子点。由于黑磷量子点之间相互作用较弱，无法通过自组装行为来搭建纯黑磷量子点的凝胶，本专利技术中主要借助纤维素分子形成的三维网络结构，将黑磷量子点缠绕到该纤维素三维网络结构中，使黑磷量子点负载到该体系中，形成纤维素/黑磷量子点复合水凝胶。其中，所述复合水凝胶显著提高了黑磷量子点的分散性，阻止了黑磷量子点之间的团聚。其中，所述纤维素三维网络结构包括纤维素或纤维素衍生物自身连接成的三维网络结构，或者纤维素和/或纤维素衍生物通过交联剂形成的三维网络结构。其中，所述纤维素衍生物包括经氧化石墨烯、壳聚糖、环糊精和明胶中的至少一种所改性的纤维素，或羧基化、硅烷化的纤维素。优选地，所述交联剂包括环氧氯丙烷和异氰酸酯中的至少一种，但不限于此。其中，所述纤维素三维网络结构具有孔径为20-200nm的孔隙结构。优选地，所述孔隙结构的孔径为50-150nm。其中，所述复合水凝胶的含水量为85％-98％。该复合水凝胶的含水量较大，易于分散在水溶液或生物体体液中，与体液具有优异的相容性，这可提高所述黑磷量子点与生物体细胞和组织的粘附性。其中，所述黑磷量子点的尺寸为1-5nm。其中，所述纤维素三维网络结构中的纤维素与黑磷量子点的质量比为100：(0.0001-50)，优选为100：(0.001-10)，进一步优选为100：(0.001-5)，更优选为100：0.05。在本专利技术一实施方式中，所述纤维素三维网络结构为纤维素分子与交联剂交联成的三维网络结构。其中，所述纤维素三维网络结构中的纤维素与交联剂的质量比为100：(1.372-13.71)。优选为100：(4.116-13.71)，进一步优选为100：(4.116-6.86)。其中，所述纤维素为木质纤维素、竹纤维素、木纤维素浆粕、棉花纤维素、微晶纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素中的一种或多种。本专利技术第一方面提供的纤维素/黑磷量子点复合水凝胶，其以纤维素三维网络结构为载体，该三维网络结构中稳定地负载有黑磷量子点，提高了黑磷量子点的分散性，阻止了黑磷量子点之间的团聚，拓展了黑磷的产品形式。所述纤维素/黑磷量子点复合水凝胶在生物体液中的分散性较好，表现出高光热转换效率、完全生物可降解性、完全生物相容性、生物安全性等优异特性，并具有较好的力学强度，有望应用在生物医学领域中，尤其是用于肿瘤治疗领域。第二方面，本专利技术提供了一种纤维素/黑磷量子点复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：(1)配制含强碱、尿素和水的混合溶剂，并进行预冷，将纤维素粉末加入到预冷后的所述混合溶剂中，剧烈搅拌，得到纤维素溶液；(2)在高速搅拌条件下，将黑磷量子点、交联剂与所述纤维素溶液相混合，超声处理后，于65-90℃下进行交联反应0.5-2小时，得到交联反应物；(3)向所述交联反应物中加入纤维素再生液进行浸泡30-60min，之后将再生后的交联反应物置于水中进行透析，得到纤维素/黑磷量子点复合水凝胶。采用上述方法制得的纤维素/黑磷量子点复合水凝胶，包括纤维素和交联剂交联成的纤维素三维网络结构，还包括负载在所述纤维素三维网络结构中的黑磷量子点。进一步地，所述黑磷量子点表面被所述纤维素三维网络结构所覆盖。所述交联剂最好为不完全疏水的物质。所述交联剂中带有环氧基(C-O-C)和异腈酸酯基(NCO)中的至少一种，这样所述交联剂中的这些官能团就能与所述纤维素分子链中的-OH发生交联反应。优选地，所述交联剂选自环氧氯丙烷和异氰酸酯中的一种或多种，但不限于此。进一步优选地，所述交联剂为环氧氯丙烷。此时，纤维素分子链上的羟基官能团(-OH)会与环氧氯丙烷中环氧官能团(C-O-C)上的碳原子发生亲核反应，交联形成水凝胶体系。其中，所述混合溶剂被预冷至-15～-5℃。这样有利于所述纤维素粉末的更好溶解。优选地，所述混合溶剂被预冷至-12℃。可选地，所述纤维素粉末的粒径为10-30微米。其中，步骤(1)中，所述剧烈搅拌的转速为7000～10000rpm，所述剧烈搅拌的时间为1-3分钟。其中，步骤(2)中，所述高速搅拌的转速为7000～10000rpm，所述高速搅拌的时间为1-3分钟。所述剧烈搅拌与所述高速搅拌的搅拌转速、搅拌时间可以相同，也可以不同。其中，步骤(2)中，所述超声处理的功率为300-500W，时间为10-30分钟。优选地，步骤(2)中，所述交联反应的温度为70-85℃。例如可以是72、75、78、80或82℃。其中，步骤(3)中，所述纤维素再生液为质量分数为5％-10％的稀硫酸溶液。优选地，所述交联反应物与所述稀硫酸溶液的体积比为1：(2-3)。进一步地，所用稀硫酸溶液的体积为10-15mL。其中，交联反应物为纤维素/交联剂/黑磷量子点/氢氧化钠/尿素的水凝胶。其中，步骤(3)中，所述透析的时间为3-7天。透析的目的主要是为了除去强碱、尿素及再生液。其中，步骤(1)中，所述混合溶剂中，强碱的质量浓度为5-15％，尿素的质量浓度为10-15％。其中，所述强碱为氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化锂中的一种或多种。其中，步骤(1)中，所述纤维素溶液中，混合溶剂与纤维素的质量比为100：(1-4)。优选地，所述纤维素溶液的体积与所述交联剂的体积比为100：(0.2-2.0)。优选地，所述纤维素溶液的体积与所述交联剂的质量比为100：(0.236-2.36)mL/g。优选地，所述纤维素溶液的质量与所述交联剂的质量比为100：(0.212-2.12)。其中，所述纤维素与黑磷量子点的质量比为100：(0.0001-50)。例如可以是100：0.01，100：0.03，100：0.05，100：0.1，100：0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纤维素/黑磷量子点复合水凝胶，其特征在于，所述复合水凝胶包括纤维素三维网络结构、以及负载在所述纤维素三维网络结构中的黑磷量子点。

【技术特征摘要】
1.一种纤维素/黑磷量子点复合水凝胶，其特征在于，所述复合水凝胶包括纤维素三维网络结构、以及负载在所述纤维素三维网络结构中的黑磷量子点。2.如权利要求1所述的复合水凝胶，其特征在于，所述纤维素三维网络结构包括纤维素或纤维素衍生物自身连接成的三维网络结构，或者纤维素和/或纤维素衍生物通过交联剂形成的三维网络结构。3.如权利要求1或2所述的复合水凝胶，其特征在于，所述纤维素三维网络结构具有孔径为20-200nm的孔隙结构。4.如权利要求1或2所述的复合水凝胶，其特征在于，所述纤维素三维网络结构中的纤维素与黑磷量子点的质量比为100：(0.0001-50)。5.如权利要求2所述的复合水凝胶，其特征在于，所述纤维素三维网络结构中的纤维素与交联剂的质量比为100：(1.372-13.71)。6.一种纤维素/交联剂/黑磷量子点复合水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)配制含强碱、尿素和水的混合溶剂，并将其预冷至-15～-5℃，将纤维素粉末加入到预冷后的所述混合溶剂中，剧烈搅拌，得...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晗，邢晨阳，陈世优，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44