近日，合肥工業(yè)大學(xué)科研人員首次制備出由上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒與合金半導(dǎo)體組成的蛋黃-蛋殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，在近紅外光下可激活產(chǎn)生高活性氧物質(zhì)，在腫瘤治療與有機(jī)染料廢水治理領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。相關(guān)成果日前發(fā)表于《應(yīng)用催化B：環(huán)境》雜志。

超氧自由基、單線態(tài)氧和羥基自由基等活性氧類(lèi)物質(zhì)可損傷細(xì)胞內(nèi)DNA、溶酶體、線粒體等，從而殺死細(xì)胞。而近紅外光可避免人體中的水分和血紅蛋白對(duì)其吸收，更好地穿透人體組織到達(dá)深部腫瘤組織，且相比于可見(jiàn)光和紫外光對(duì)人體正常細(xì)胞和組織的傷害更小。因此，近紅外光下激活產(chǎn)生高活性氧物質(zhì)的催化納米材料體系是目前納米醫(yī)學(xué)與環(huán)境化學(xué)等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。

研究表明，合金的II-VI族復(fù)合半導(dǎo)體具有較好的光穩(wěn)定性以及光活性。然而，由于上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒粒子與II-VI族半導(dǎo)體的晶格失配度非常高，化學(xué)制備上轉(zhuǎn)換納米粒子與II-VI族半導(dǎo)體組成的核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材料一直是材料領(lǐng)域的難點(diǎn)。

圖1. UCNPs@ZnxCd1-xS納米結(jié)構(gòu)的合成過(guò)程與結(jié)構(gòu)表征

針對(duì)這一難題，研究人員成功地研發(fā)了一種簡(jiǎn)單的模板輔助水熱法，首次制備出上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒與合金半導(dǎo)體組成的蛋黃-蛋殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材料（如圖1所示）。對(duì)其蛋黃-蛋殼納米結(jié)構(gòu)形成的生長(zhǎng)機(jī)理研究表明，該結(jié)構(gòu)具有較高的熒光能量轉(zhuǎn)移效率以及高活性氧生成能力。同時(shí)，這一新型材料的納米結(jié)構(gòu)具有非常好的生物相容性，并能夠?qū)⑺械挠袡C(jī)物污染物降解為二氧化碳和水分子，可廣泛用于生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境化學(xué)與能源領(lǐng)域。

圖2. UCNPs@CuS納米結(jié)構(gòu)的合成過(guò)程與結(jié)構(gòu)表征

據(jù)介紹，該課題組目前已經(jīng)成功地制備了上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒與硫化銅組成的蛋黃-蛋殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材料（如圖2），具有優(yōu)越的光熱效應(yīng)性能，可應(yīng)用于腫瘤細(xì)胞的多模態(tài)治療。

圖3. UCNPs/TiO2/CdS納米結(jié)構(gòu)的合成過(guò)程與結(jié)構(gòu)表征

此前，該課題組利用靜電紡絲技術(shù)，將上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒與半導(dǎo)體共紡，大規(guī)模制備上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒與半導(dǎo)體復(fù)合納米纖維。同時(shí)通過(guò)改變纖維中半導(dǎo)體材料的種類(lèi)和含量來(lái)調(diào)節(jié)復(fù)合材料的光譜響應(yīng)范圍，通過(guò)改變上轉(zhuǎn)換熒光納米顆粒的含量 來(lái)改善材料的近紅外光吸收和轉(zhuǎn)換性能，改善復(fù)合物的光催化活性，制備出了一系列復(fù)合納米纖維。研究成果發(fā)表在《催化化學(xué)》《可持續(xù)發(fā)展化學(xué)》等國(guó)際著名期刊上。該項(xiàng)研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助，研究成果已申請(qǐng)發(fā)明專利6項(xiàng)。