氧化亚铜类材料的合成及其在光声技术检测硫化物上的应用制造技术

本发明专利技术涉及一种氧化亚铜类材料的合成及其在光声技术检测硫化物上的应用，所述氧化亚铜类材料采用以下方法制成：(1)：取聚乙烯吡咯烷酮溶于氮甲基吡咯烷酮中，制得聚乙烯吡咯烷酮溶液；(2)：往步骤(1)制得的聚乙烯吡咯烷酮溶液加入硝酸铜盐，搅拌溶解得到PVP‑Cu前驱体；(3)：加热PVP‑Cu前驱体，反应，纯化，得到沉淀物，再次分散于水中，即得到目的产物。此外，制得氧化亚铜类材料可在光声技术检测硫化物上得到全新应用。与现有技术相比，本发明专利技术制备方法简单、选择性好、灵敏度高，制得的氧化亚铜类材料可以用于构建纳米光声探针检测包括溶液及活体内的硫化氢气体，在生物医学领域有着广阔的应用前景。

Synthesis of cuprous oxide materials and their application in detecting sulfide by photoacoustic Technology

The invention relates to the synthesis of a cuprous oxide material and its application to the photoacoustic technology for the detection of sulfide. The cuprous oxide material is made of the following methods: (1) dissolving polyvinylpyrrolidone in N-methylpyrrolidone to produce polyvinylpyrrolidone solution; (2) polyvinyl pyrrole obtained from step (1) The alkone solution is added to copper nitrate, and the precursor of PVP Cu is obtained by stirring; (3) heating the precursor of PVP Cu, reacting, purifying, and getting the precipitate, again dispersed in the water, that is, the target product is obtained. In addition, the cuprous oxide materials can be applied to the detection of sulfide by photoacoustic technology. Compared with the existing technology, the preparation method of the present invention is simple, selective and sensitive. The prepared cuprous oxide materials can be used in the construction of nanoscale photoacoustic probe, which includes hydrogen sulfide gas in the solution and in the living body. It has a broad application prospect in the field of biomedicine.

【技术实现步骤摘要】
氧化亚铜类材料的合成及其在光声技术检测硫化物上的应用
本专利技术涉及氧化亚铜及其应用领域，尤其是涉及一种氧化亚铜类材料的合成及其在光声技术检测硫化物上的应用。
技术介绍
光声成像是近年来发展起来的一种非入侵式和非电离式的新型生物医学成像方法。光声成像结合了纯光学组织成像中高选择和纯超声组织成像中深穿透的优点，克服了光散射限制，实现了对活体深层组织的高分辨、高对比度成像。该成像技术对内源物质例如脱氧血红蛋白、含氧血红蛋白、黑色素、脂质等进行成像，提供了活体生物组织结构和功能信息，已经在生物医学领域表现出巨大的应用前景。医学界逐渐认识到体内自身产生的硫化氢(H2S)是一种有益气体，它是继CO，NO后的第三种气体信号分子，适量的产生和激活可以有效调节神经传导、调控胰岛素的释放、调节心血管活动，并能够参与炎症调节，促进缺血区血管新生，对有效预防心脏病、老年痴呆症等有重要作用。而氧化亚铜(Cu2O)是p型半导体材料，纳米级氧化亚铜具有低成本及水溶性好的特点。目前氧化亚铜用于光声检测体内硫化氢方面尚未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种氧化亚铜类材料及其合成与在光声技术检测硫化物上的应用。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：本专利技术的技术方案之一在于一种氧化亚铜类材料在光声技术检测硫化物上的应用。硫化物可以是硫氢化钠、硫化氢等，也可以是其他可产生S2-的硫化物。氧化亚铜类材料为聚乙烯吡咯烷酮包覆氧化亚铜纳米粒子，其中氧化亚铜是主体，与硫化氢接触后能够产生特异性近红外吸收增强，进而通过光声仪器检测到溶液乃至活体中的光声信号；聚乙烯吡咯烷酮包覆在纳米粒子的表面，能有效提高纳米材料的生物兼容性。其具体应用原理为：根据软硬酸碱理论，O2-电负性高，极化性低难被氧化，是硬碱。S2-电负性低，极化性高易被氧化，是软碱。而Cu+体积大，正电荷数低，可极化性高，是软酸。因此，Cu+与S2-的结合力远远大于Cu+与O2-的相互作用力。在纳米级氧化亚铜中加入硫化氢会导致氧化亚铜转变成铜缺陷的硫化铜。这会导致一系列物理化学性质的变化，其中，加入硫化氢前后的近红外吸收变化可以指导光声检测硫化氢等硫化物。优选的，氧化亚铜类材料用于溶于溶液中光声检测硫氢化钠。检测前，先将氧化亚铜类材料分散在溶剂中，利用紫外可见分光光度计等可检测加入硫氢化钠前后的近红外吸收强度变化。根据检测结果，可以发现，加入硫氢化钠后，近红外吸收有明显增强，特别是在900nm附近增强显著。此外，利用光声仪器检测加入不同浓度硫氢化钠后的光声强度，结果是加入硫氢化钠后光声信号显著增强，并且随着硫氢化钠浓度的增加光声信号逐渐增强。根据上述测试结果，可知，氧化亚铜类材料可以用于检测硫氢化钠等物质的存在。优选的，氧化亚铜类材料在制备光声检测小鼠肿瘤内源性硫化氢的光声探针中的应用。实验前，可通过构建HCT116肿瘤模型，设计对照组，氧化亚铜类材料组和预处理后+氧化亚铜类材料组，分别瘤内注射该氧化亚铜类材料，利用光声仪器实时检测不同时间点光声强度的变化。结果氧化亚铜类材料组的光声信号强度是对照组信号强度的三倍，具有明显差异。同时，预处理后+氧化亚铜类材料组的光声信号强度是对照组信号强度的六十倍，这说明HCT116肿瘤的硫化氢含量异常能被该氧化亚铜检测到。预处理的方法具体为：先对小鼠腹腔注射S-腺苷基甲硫氨酸(20mg/kg)，24h后再瘤内注射氧化亚铜，进行光声信号的追踪。由上可知，氧化亚铜类材料在制备光声检测小鼠肿瘤内源性硫化氢的试剂时，可以是直接注入HCT116肿瘤内，注入形式可以是溶液形式，也可以是其他常见形式，更优选的是，先预处理后，再注入氧化亚铜类材料，这种预处理后的检测灵敏度会更高。本专利技术的技术方案之二在于提出了一种适用于以上应用的氧化亚铜类材料的合成方法，其包括以下步骤：(1)：取聚乙烯吡咯烷酮溶于氮甲基吡咯烷酮中，制得聚乙烯吡咯烷酮溶液；(2)：往步骤(1)制得的聚乙烯吡咯烷酮溶液加入硝酸铜盐，搅拌溶解得到PVP-Cu前驱体；(3)：加热PVP-Cu前驱体，反应，纯化，得到沉淀物，再次分散于水中，即得到目的产物。优选的，所述的聚乙烯吡咯烷酮的分子量为58000、40000、24000或10000中的一种。优选的，所述的硝酸铜盐为Cu(NO3)2、Cu(NO3)2·3H2O或Cu(NO3)2·(2·5H2O)中的一种。优选的，步骤(1)中，聚乙烯吡咯烷酮与氮甲基吡咯烷酮的质量比为1:5-15；加入的硝酸铜盐满足：硝酸铜与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为不小于1。优选的，步骤(3)中，反应的温度为120-250℃，反应时间为0.5-2h。优选的，步骤(3)中，纯化过程具体为：将反应后的混合溶液冷却至室温，加入丙酮洗涤1-3遍，得到沉淀物，再用无水乙醇洗涤3-5遍，即完成。更优选的，每次加入的丙酮与混合溶液的体积比为1:1-4，每次加入的无水乙醇与混合溶液的体积比1:1-4。本专利技术采用热解法，在聚乙烯吡咯烷酮辅助下，添加铜源，通过调控聚乙烯吡咯烷酮和氮甲基吡咯烷酮的添加量、聚乙烯吡咯烷酮的分子量、反应温度和时间即可获得不同粒径的氧化亚铜材料。这种粒径的变化对材料的溶解性、近红外吸收性能会产生一定的影响，这将对光声成像性能产生一定影响。当粒径大于500nm时，氧化亚铜的溶解性降低，生物安全性降低，在生物体内的滞留时间将受到影响，将会在内源性硫化氢的检测的灵敏度和稳定性上产生较大影响。与现有技术相比，本专利技术利用球状纳米氧化亚铜与硫化氢结合能力强，能够产生显著地近红外吸收差异的特性，将其用于光声技术检测硫化氢等，且已经实现在HCT116肿瘤鼠上光声检测肿瘤内源性硫化氢。这种利用光声技术检测硫化氢的氧化亚铜纳米球，制备方法简单易行，稳定性好，易于操作，而且材料价格便宜。附图说明图1为实施例1中制备得到的各阶段产物的TEM图谱，其中，图1a为纳米光声探针的TEM图谱，图1b为纳米光声探针加入硫氢化钠后的TEM图谱；图2为实施例1制备得到的各阶段产物的XRD图谱，图2a为纳米光声探针的XRD图谱，图2b为纳米光声探针加入硫氢化钠后的XRD图谱；图3为实施例1制得的各阶段产物的近红外吸收图谱；图4为实施例1制得的纳米光声探针在加入不同浓度硫氢化钠的溶液和不同pH条件下加入硫氢化钠的溶液的光声图谱，其中，图4a对应纳米光声探针在加入不同浓度硫氢化钠的溶液的光声图谱，图4b对应纳米光声探针在不同pH条件下加入硫氢化钠的溶液的光声图谱；图5为实施例1制备得到的纳米光声探针的竞争性实验近红外吸收图谱；图6为实施例1制备得到的纳米光声探针的细胞毒性实验图谱；图7为实施例1中不同试验组的肿瘤内源性硫化氢光声检测图谱，其中，图7a对应纳米光声探针组，图7b对应经S-腺苷基甲硫氨酸预处理小鼠后的纳米光声探针组，图7c对应对照组；图8为实施例1中不同试验组的光声信号变化图谱。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。下述各实施例中，“预先激活硫化氢的肿瘤鼠”即“预处理后+氧化亚铜类材料组”，也就是
技术实现思路
里面提及的预处理后的试验组：对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化亚铜类材料在光声技术检测硫化物上的应用，其特征在于，所述的氧化亚铜类材料为聚乙烯吡咯烷酮包覆氧化亚铜纳米粒子。

【技术特征摘要】
1.一种氧化亚铜类材料在光声技术检测硫化物上的应用，其特征在于，所述的氧化亚铜类材料为聚乙烯吡咯烷酮包覆氧化亚铜纳米粒子。2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述的氧化亚铜类材料通过以下方法制成：(1)：取聚乙烯吡咯烷酮溶于氮甲基吡咯烷酮中，制得聚乙烯吡咯烷酮溶液；(2)：往步骤(1)制得的聚乙烯吡咯烷酮溶液加入硝酸铜盐，搅拌溶解得到PVP-Cu前驱体；(3)：加热PVP-Cu前驱体，反应，纯化，得到沉淀物，再次分散于水中，即得到目的产物。3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述的聚乙烯吡咯烷酮的分子量为58000、40000、24000或10000中的一种。4.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述的硝酸铜盐为Cu(NO3)2、Cu(NO3)2·3H2O或Cu(NO3)2·(2·5H2O)中的一种，所用的溶剂为氮甲基吡咯烷酮。5.根据权利要求2所...

【专利技术属性】
技术研发人员：田启威，杨仕平，芮西川，安璐，陶诚，汪晓东，
申请(专利权)人：上海师范大学，
类型：发明
国别省市：上海,31