本發(fā)明涉及量子點材料領(lǐng)域，具體涉及一種黑磷量子點復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

黑磷量子點因為其強的光吸收和光熱轉(zhuǎn)化效率以及高生物兼容性以及無長期生物毒性等優(yōu)點，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域(如光聲成像、光熱治療、光動力治療和載藥治療)中有突破性的應(yīng)用。相比于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中常用的材料(包括金屬納米粒子、碳基納米材料、以及如二硫化鈦和二硫化鉬等其它的二維材料)，黑磷量子點具有更高的光熱轉(zhuǎn)化效率，最重要的是黑磷量子點的生物兼容性高，在生物體內(nèi)是可以降解的。這種無長期生物毒性的優(yōu)勢是其它材料所無法比擬的，這也決定了黑磷量子點在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力和研究價值。

生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用多在水體系中進行，黑磷量子點目前在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用面臨著兩大挑戰(zhàn):一個是黑磷量子點極不穩(wěn)定，在水中很快就被氧化了，所以黑磷量子點進入生物體內(nèi)后往往還沒發(fā)揮出作用就已經(jīng)降解了，這是我們應(yīng)用時所不希望看見的；第二個是黑磷量子點在水溶液中的分散性比較差，無法均勻分散到細胞培養(yǎng)液中，阻礙了其正常應(yīng)用。

因此，有必要提供一種穩(wěn)定且在水溶液中的分散性較好的黑磷量子點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于此，本發(fā)明提供了一種黑磷量子點復(fù)合材料，其中，芳基與黑磷量子點共價結(jié)合，對黑磷量子點進行“鈍化”處理使得其抗氧化能力大大提高，利用聚乙二醇或聚乙二醇衍生物修飾在黑磷量子點表面，使得黑磷量子點能夠在水中穩(wěn)定分散。

本發(fā)明第一方面提供了黑磷量子點復(fù)合材料，包括黑磷量子點，以及修飾在所述黑磷量子點表面的芳基和聚乙二醇或聚乙二醇衍生物，所述芳基通過C-P鍵與所述黑磷量子點結(jié)合，所述聚乙二醇或所述聚乙二醇衍生物通過范德華力與所述黑磷量子點結(jié)合，所述芳基的化學(xué)式為其中R₁、R₂、R₃、R₄或R₅獨立地為氫、硝基、碳原子數(shù)為1-20的烷基或碳原子數(shù)為1-20的烷氧基。

可選地，所述芳基在所述黑磷量子點表面形成有機層，所述聚乙二醇或聚乙二醇衍生物排列在所述有機層的表面。

可選地，所述黑磷量子點與所述芳基的摩爾比為0.1-100:1。

可選地，所述黑磷量子點與所述聚乙二醇或所述聚乙二醇衍生物的質(zhì)量比為1:1-100。

可選地，所述R₁、R₂、R₃、R₄和R₅獨立地硝基或甲氧基。

可選地，所述聚乙二醇衍生物包括氨基化聚乙二醇、酯化聚乙二醇、羧基化聚乙二醇、醛基化聚乙二醇和聚乙二醇-聚氨基酸共聚物中的至少一種。

本發(fā)明第一方面提供的黑磷量子點復(fù)合材料，其抗氧化性能較好，在水中可以穩(wěn)定分散，促進了其在各個領(lǐng)域尤其是在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，具有巨大的應(yīng)用和研究潛力。

本發(fā)明第二方面提供了一種黑磷量子點復(fù)合材料的制備方法，包括：

(1)將黑磷量子點置于有機溶劑中得到黑磷量子點分散液；將芳基重氮鹽置于緩沖溶液中得到芳基重氮鹽緩沖溶液；

(2)將所述黑磷量子點分散液與所述芳基重氮鹽緩沖溶液混合，混合均勻后，在室溫下反應(yīng)0.5-48小時，得到第一混合液，將所述第一混合液離心去上清后，得到芳基修飾的黑磷量子點；

(3)將所述芳基修飾的黑磷量子點分散在水中，加入聚乙二醇或聚乙二醇衍生物，混合均勻后，室溫下反應(yīng)4-6小時，得到第二混合液，將所述第二混合液離心去上清后，得到黑磷量子點復(fù)合材料；

所述黑磷量子點復(fù)合材料包括黑磷量子點，以及修飾在所述黑磷量子點表面的芳基和聚乙二醇或聚乙二醇衍生物，所述芳基通過C-P鍵與所述黑磷量子點結(jié)合，所述聚乙二醇或所述聚乙二醇衍生物通過范德華力與所述黑磷量子點結(jié)合，所述芳基的化學(xué)式為其中R₁、R₂、R₃、R₄或R₅獨立地為氫、硝基、碳原子數(shù)為1-20的烷基或碳原子數(shù)為1-20的烷氧基。

可選地，所述芳基重氮鹽包括4-硝基苯重氮四氟硼酸鹽或4-甲氧苯重氮四氟硼酸鹽。

可選地，所述緩沖溶液包括四丁基六氟磷酸銨乙腈溶液。

本發(fā)明第二方面提供黑磷量子點復(fù)合材料的制備方法，方法簡單易操作，制得的黑磷量子點復(fù)合材料抗氧化性能較好，且可以在水中穩(wěn)定分散。

本發(fā)明第三方面提供的如第一方面所述的黑磷量子點復(fù)合材料或者如第二方面所述的制備方法制得的黑磷量子點復(fù)合材料在制備光聲成像藥物、光熱治療藥物、光動力治療藥物或載藥靶向治療藥物中的應(yīng)用。

本發(fā)明提供的黑磷量子點復(fù)合材料具有很好的生物兼容性，在生物體內(nèi)可降解，無長期生物毒性的優(yōu)點，可以應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。

綜上，本發(fā)明有益效果包括以下幾個方面：

1、本發(fā)明提供的黑磷量子點復(fù)合材料，抗氧化性能較好，在水中可以穩(wěn)定分散，促進了其在各個領(lǐng)域尤其是在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，具有巨大的應(yīng)用和研究潛力；

2、本發(fā)明提供黑磷量子點復(fù)合材料的制備方法，方法簡單易操作，制得的黑磷量子點復(fù)合材料抗氧化性能較好，且在水中能穩(wěn)定分散。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實施方式中黑磷量子點復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例1制得的黑磷量子點復(fù)合材料分散液及其靜置一周后的外觀圖。

具體實施方式

以下所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發(fā)明的保護范圍。

本發(fā)明實施例第一方面提供了一種黑磷量子點復(fù)合材料，包括黑磷量子點，以及修飾在黑磷量子點表面的芳基和聚乙二醇或聚乙二醇衍生物，芳基通過C-P鍵與黑磷量子點結(jié)合，聚乙二醇或聚乙二醇衍生物通過范德華力與黑磷量子點結(jié)合，芳基的化學(xué)式為其中R₁、R₂、R₃、R₄或R₅獨立地為氫、硝基、碳原子數(shù)為1-20的烷基或碳原子數(shù)為1-20的烷氧基。

本發(fā)明通過芳基修飾黑磷量子點，芳基與黑磷量子點形成C-P鍵，起到鈍化黑磷量子點的作用，大大提高了其抗氧化能力。

本發(fā)明實施方式中，R₁、R₂、R₃、R₄或R₅獨立地為氫、硝基、碳原子數(shù)為1-10的烷基或碳原子數(shù)為1-10的烷氧基。進一步可選地，R₁、R₂、R₃、R₄和R₅獨立地硝基或甲氧基。具體地，R₁、R₂、R₄和R₅為氫，R₃為硝基或甲氧基。

本發(fā)明實施方式中，聚乙二醇衍生物包括氨基化聚乙二醇、酯化聚乙二醇、羧基化聚乙二醇、醛基化聚乙二醇和聚乙二醇-聚氨基酸共聚物中的至少一種。具體地，酯化聚乙二醇包括聚乙二醇-對甲苯磺酸酯。具體地，聚乙二醇衍生物為氨基化的聚乙二醇(PEG-NH₂)?？蛇x地，聚乙二醇或聚乙二醇衍生物的分子量為100-100000，進一步可選地，聚乙二醇或聚乙二醇衍生物的分子量為1800-2200。本發(fā)明中，聚乙二醇或聚乙二醇衍生物通過范德華力吸附在黑磷量子點的表面，聚乙二醇或聚乙二醇衍生物為親水物質(zhì)，利于水分子而非黑磷量子點吸附在聚乙二醇或聚乙二醇衍生物的表面，形成一層穩(wěn)定的水隔離保護層，防止黑磷量子點之間因靜電作用力相互吸引，發(fā)生團聚，從而可以提高黑磷量子點在水中的分散性。

本發(fā)明實施方式中，黑磷量子點與芳基的摩爾比為0.1-100:1?？蛇x地，黑磷量子點與芳基的摩爾比為1-10:1。進一步可選地，黑磷量子點與芳基的摩爾比為1-3.2:1。

本發(fā)明實施方式中，黑磷量子點與聚乙二醇或聚乙二醇衍生物的質(zhì)量比為1:1-100?？蛇x地，黑磷量子點與聚乙二醇或聚乙二醇衍生物的質(zhì)量比為1:5-10。

本發(fā)明一實施方式中，芳基和聚乙二醇或聚乙二醇衍生物共同排布在黑磷量子點表面。芳基通過C-P鍵與黑磷量子點結(jié)合，聚乙二醇或聚乙二醇衍生物通過范德華力與黑磷量子點結(jié)合，聚乙二醇或聚乙二醇衍生物穿插在芳基之間，聚乙二醇或聚乙二醇衍生物和芳基共同排列在黑磷量子點的表面形成修飾層。

如圖1所示，圖1為本發(fā)明另一實施方式提供的黑磷量子點復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明另一實施方式中，芳基在所述黑磷量子點1表面形成有機層2，聚乙二醇或聚乙二醇衍生物3排列在有機層2的表面。

本發(fā)明另一實施方式中，芳基通過C-P鍵與黑磷量子點結(jié)合，部分聚乙二醇或聚乙二醇衍生物穿插在芳基之間，另一部分聚乙二醇或聚乙二醇衍生物排列在芳基形成的有機層的表面。

本發(fā)明第一方面提供的黑磷量子點復(fù)合材料，抗氧化性能較好，在水中可以穩(wěn)定分散，促進了其在各個領(lǐng)域尤其是在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，具有巨大的應(yīng)用和研究潛力。

本發(fā)明實施例第二方面提供了一種黑磷量子點復(fù)合材料的制備方法，包括：

(1)將黑磷量子點置于有機溶劑中得到黑磷量子點分散液；將芳基重氮鹽置于緩沖溶液中得到芳基重氮鹽緩沖溶液；

(2)將黑磷量子點分散液與芳基重氮鹽緩沖溶液混合，混合均勻后，在室溫下反應(yīng)0.5-48小時，得到第一混合液，將第一混合液離心去上清后，得到芳基修飾的黑磷量子點；

(3)將芳基修飾的黑磷量子點分散在水中，加入聚乙二醇或聚乙二醇衍生物，混合均勻后，室溫下反應(yīng)4-6小時，得到第二混合液，將第二混合液離心去上清后，得到黑磷量子點復(fù)合材料；

黑磷量子點復(fù)合材料包括黑磷量子點，以及修飾在黑磷量子點表面的芳基和聚乙二醇或聚乙二醇衍生物，芳基通過C-P鍵與黑磷量子點結(jié)合，聚乙二醇或聚乙二醇衍生物通過范德華力與黑磷量子點結(jié)合，芳基的化學(xué)式為其中R₁、R₂、R₃、R₄或R₅獨立地為氫、硝基、碳原子數(shù)為1-20烷基或碳原子數(shù)為1-20的烷氧基。

本發(fā)明實施方式中，步驟(1)中，黑磷量子點可以通過購買得到，或者通過超聲法、熱溶液法等方法制備得到?？蛇x地，黑磷量子點分散液中黑磷量子點的濃度為0.1g/L-10g/L?？蛇x地，有機溶劑包括乙腈、乙醇、丙酮、二甲基亞砜或氮甲基吡咯烷酮。

本發(fā)明實施方式中，緩沖溶液包括四丁基六氟磷酸銨乙腈溶液?？蛇x地，四丁基六氟磷酸銨乙腈溶液為四丁基六氟磷酸銨溶于乙腈中得到，四丁基六氟磷酸銨乙腈溶液中四丁基六氟磷酸銨的摩爾濃度為10mM-100mM。由于芳基重氮鹽較活潑，為了穩(wěn)定反應(yīng)過程，提供四丁基六氟磷酸銨乙腈溶液，將芳基重氮鹽置于四丁基六氟磷酸銨乙腈溶液中得到芳基重氮鹽緩沖溶液中，防止因芳基重氮鹽過度活潑而失去效果?？蛇x地，芳基重氮鹽緩沖溶液中，芳基重氮鹽的濃度為10^-7M-1M。

本發(fā)明實施方式中，芳基重氮鹽包括4-硝基苯重氮四氟硼酸鹽或4-甲氧苯重氮四氟硼酸鹽

本發(fā)明實施方式中，黑磷量子點與芳基重氮鹽的摩爾比為0.1-100:1?？蛇x地，黑磷量子點與芳基重氮鹽的摩爾比為1-10:1。進一步可選地，黑磷量子點與芳基的摩爾比為0.1-3.2:1。

本發(fā)明實施方式中，黑磷量子點與聚乙二醇或聚乙二醇衍生物的質(zhì)量比為1:1-100。可選地，黑磷量子點與聚乙二醇或聚乙二醇衍生物的質(zhì)量比為1:5-10。

本發(fā)明實施方式中，步驟(2)中，混合均勻的操作包括超聲，超聲的時間為5-30分鐘。具體地，在室溫下超聲，超聲的頻率為20kHz-40kHz。

本發(fā)明實施方式中，步驟(2)中，混合均勻后，在室溫下靜置反應(yīng)0.5-48小時。可選地，在室溫下靜置反應(yīng)10-20小時。

本發(fā)明實施方式中，步驟(2)中，離心的操作為：將第一混合液以10000-12000轉(zhuǎn)/分鐘的速度離心15-40分鐘，去掉上清液，把沉淀分散到乙醇中，繼續(xù)以10000-12000轉(zhuǎn)/每分鐘的速度離心15-40分鐘，重復(fù)2-3次，去掉上清液，得到芳基修飾的黑磷量子點。

本發(fā)明實施方式中，步驟(3)中，混合均勻的操作包括超聲，超聲的時間為5-30分鐘。具體地，在室溫下超聲，超聲的頻率為20kHz-40kHz。

本發(fā)明實施方式中，步驟(3)中，在搖床中進行反應(yīng)4-6小時，搖床的轉(zhuǎn)速為100rpm/min-200rpm/min。

本發(fā)明實施方式中，步驟(3)中，離心的操作為：將第二混合液以10000-12000轉(zhuǎn)/分鐘的速度離心15-40分鐘，去掉上清液，把沉淀分散到水中，繼續(xù)以10000-12000轉(zhuǎn)/每分鐘的速度離心15-40分鐘，重復(fù)2-3次，去掉上清液后，得到黑磷量子點復(fù)合材料。

本發(fā)明實施方式中，步驟(3)中，離心后，去掉上清液，將沉淀物進行干燥，得到干燥后的黑磷量子點復(fù)合材料，或者離心后，去掉上清液，將沉淀物分散在水中，待用。

本發(fā)明第二方面提供黑磷量子點復(fù)合材料的制備方法，方法簡單易操作，制得的黑磷量子點復(fù)合材料抗氧化性能較好，且可以在水中穩(wěn)定分散。

本發(fā)明第三方面提供的如第一方面所述的黑磷量子點復(fù)合材料或者如第二方面所述的制備方法制得的黑磷量子點復(fù)合材料在制備光聲成像藥物、光熱治療藥物、光動力治療藥物或載藥靶向治療藥物中的應(yīng)用。

本發(fā)明提供的黑磷量子點復(fù)合材料具有高的生物兼容性，在生物體內(nèi)可降解，無長期生物毒性的優(yōu)點，可以應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。

實施例1：

一種黑磷量子點復(fù)合材料的制備方法，包括：

(1)取10毫克黑磷量子點分散于10毫升的乙腈中得到黑磷量子點分散液，稱量0.1毫摩爾的4-硝基苯重氮四氟硼酸鹽溶解于10毫升的100mM的四丁基六氟磷酸銨乙腈溶液中，得到濃度為10mM的芳基重氮鹽緩沖溶液。

(2)取10毫升的黑磷量子點分散液與10毫升10mM的芳基重氮鹽緩沖溶液混合，超聲5分鐘混合均勻，之后反應(yīng)1小時，得到第一混合液。

將反應(yīng)后的第一混合液以12000轉(zhuǎn)/分鐘的速度離心30分鐘，去掉上清液，把沉淀分散到乙醇中，以12000轉(zhuǎn)/每分鐘的速度離心30分鐘，重復(fù)2-3次，去掉上清液；得到芳基修飾的黑磷量子點；

(3)將離心后的沉淀(芳基修飾的黑磷量子點)按比例每1毫克分散到5毫升水中，再以每1毫克黑磷量子點加入5毫克PEG-NH₂的比例加入PEG-NH₂，得到混合溶液。然后把混合液水浴超聲30分鐘，然后置于搖床上4小時，得到第二混合液，最后把第二混合液以12000轉(zhuǎn)/分鐘的速度離心30分鐘，去掉上清液，把沉淀重新分散到水中，離心，重復(fù)2-3次，將沉淀干燥后，制得黑磷量子點復(fù)合材料。

將實施例1制得的黑磷量子點復(fù)合材料立即分散在水中，然后靜置一周，觀察其外觀變化。圖2為本發(fā)明實施例1制得的新鮮的黑磷量子點復(fù)合材料分散液(圖A)及其靜置一周后(圖B)的外觀圖。從圖2中可以看出，靜置一周后，黑磷量子點復(fù)合材料分散液未出現(xiàn)因黑磷量子點團聚形成的沉淀或懸浮物，表明所制得的黑磷量子點復(fù)合材料具有極好的分散性。對新鮮的黑磷量子點復(fù)合材料及其在空氣中暴露一周后的黑磷量子點復(fù)合材料進行X射線光電子能譜分析(XPS)檢測，測得其中的氧含量分別為3.95at.％和6.15at.％，氧含量增加僅為2.2at.％，顯示了本發(fā)明實施例制得的黑磷量子點復(fù)合材料極好的抗氧化性。

實施例2：

一種黑磷量子點復(fù)合材料的制備方法，包括：

(1)取10毫克黑磷量子點分散于10毫升的乙腈中得到黑磷量子點分散液，稱量0.1毫摩爾的4-甲氧苯重氮四氟硼酸鹽溶解于10毫升的100mM的四丁基六氟磷酸銨乙腈溶液中，得到濃度為10mM的芳基重氮鹽緩沖溶液。

(2)取10毫升的黑磷量子點分散液與10毫升10mM的芳基重氮鹽緩沖溶液混合，超聲5分鐘混合均勻，之后反應(yīng)1小時，得到第一混合液。

將反應(yīng)后的第一混合液以12000轉(zhuǎn)/分鐘的速度離心30分鐘，去掉上清液，把沉淀分散到乙醇中，以12000轉(zhuǎn)/每分鐘的速度離心30分鐘，重復(fù)2-3次，去掉上清液；得到芳基修飾的黑磷量子點；

(3)將離心后的沉淀(芳基修飾的黑磷量子點)按比例每1毫克分散到5毫升水中，再以每1毫克黑磷量子點加入5毫克PEG-NH₂的比例加入PEG-NH₂，得到混合溶液。然后把混合液水浴超聲30分鐘，然后置于搖床上4小時，得到第二混合液，最后把第二混合液以12000轉(zhuǎn)/分鐘的速度離心30分鐘，去掉上清液，把沉淀重新分散到水中，離心，重復(fù)2-3次，將沉淀干燥后，制得黑磷量子點復(fù)合材料。

實施例3：

一種黑磷量子點復(fù)合材料的制備方法，包括：

(1)取10毫克黑磷量子點分散于10毫升的乙腈中得到黑磷量子點分散液，稱量1毫摩爾的4-甲氧苯重氮四氟硼酸鹽溶解于10毫升的100mM的四丁基六氟磷酸銨乙腈溶液，得到濃度為100mM的芳基重氮鹽緩沖溶液。

(2)取3.1毫升的黑磷量子點分散液與10毫升100mM的芳基重氮鹽緩沖溶液混合，超聲5分鐘混合均勻，之后反應(yīng)0.5小時，得到第一混合液。

將反應(yīng)后的第一混合液以12000轉(zhuǎn)/分鐘的速度離心30分鐘，去掉上清液，把沉淀分散到乙醇中，以12000轉(zhuǎn)/每分鐘的速度離心30分鐘，重復(fù)2-3次，去掉上清液；得到芳基修飾的黑磷量子點；

(3)將離心后的沉淀(芳基修飾的黑磷量子點)按比例每1毫克分散到5毫升水中，再以每1毫克黑磷量子點加入1毫克PEG-NH₂的比例加入PEG-NH₂，得到混合溶液。然后把混合液水浴超聲30分鐘，然后置于搖床上6小時，得到第二混合液，最后把第二混合液以12000轉(zhuǎn)/分鐘的速度離心30分鐘，去掉上清液，把沉淀重新分散到水中，離心，重復(fù)2-3次，將沉淀干燥后，制得黑磷量子點復(fù)合材料。

實施例4：

一種黑磷量子點復(fù)合材料的制備方法，包括：

(1)取10毫克黑磷量子點分散于10毫升的乙腈中得到黑磷量子點分散液，稱量0.1毫摩爾的4-甲氧苯重氮四氟硼酸鹽溶解于100毫升的100mM的四丁基六氟磷酸銨乙腈溶液，得到濃度為1mM的芳基重氮鹽緩沖溶液。

(2)取31毫升的黑磷量子點分散液與10毫升1mM的芳基重氮鹽緩沖溶液混合，超聲5分鐘混合均勻，之后反應(yīng)48小時，得到第一混合液。

將反應(yīng)后的第一混合液以12000轉(zhuǎn)/分鐘的速度離心30分鐘，去掉上清液，把沉淀分散到乙醇中，以12000轉(zhuǎn)/每分鐘的速度離心30分鐘，重復(fù)2-3次，去掉上清液；得到芳基修飾的黑磷量子點；

(3)將離心后的沉淀(芳基修飾的黑磷量子點)按比例每1毫克分散到5毫升水中，再以每1毫克黑磷量子點加入100毫克PEG-NH₂的比例加入PEG-NH₂，得到混合溶液。然后把混合液水浴超聲30分鐘，然后置于搖床上6小時，得到第二混合液。最后把第二混合液以12000轉(zhuǎn)/分鐘的速度離心30分鐘，去掉上清液，把沉淀重新分散到水中，離心，重復(fù)2-3次，將沉淀干燥后，制得黑磷量子點復(fù)合材料。

以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。