W18O49纳米颗粒的制备及体内外光热生物成像研究 王辰;王宁;李倩;刘杰;隋心;张钰
【摘 要】In order to simplify the preparation process,W18O49 nanoparticles with bundle-like structure were prepared by one-step hydrothermal synthesis using WCl6 as tungsten source.The phase composition,microstructure,absorption spectra,photothermal properties were detected by X-ray diffraction (XRD),transmission electron microscopy (TEM),spectrophotometer (UV-Vis-NIR) and photothermal imager (PTI).The results show that W18O49 nanoparticles have single phase structure,high purity,good stability and uniform morphology.The absorption band of W18O49 nanoparticles is between 780 nm and 1 100 nm.Under the irradiation of 980 nm near-infrared light,W18O49 nanoparticles methanol solution has obvious temperature rising phenomenon,and the photothermal conversion ability is strong.The viability of L929 nanoparticles was higher than 94 ％ in the range of 500 g/mL,indicating that W18O49 nanoparticles have good biocompatibility.Under laser irradiation,W18O49 nanoparticles exhibit gradient thermal images,showing their in viv
o & in vitro thermal imaging ability are strong.%为了简化W18O49纳米颗粒的制备工艺流程,以WCl6为钨源,采用一步水热合成方式,制备出了具有类似纳米束捆绑结构的W18O49纳米颗粒.其相组成、显微组织形貌、吸收光谱、光热性能分别通过X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)、分光光度计(UV-Vis-NIR)和热成像仪(PTI)进行检测.结果表明,W18O49纳米颗粒物相结构单一、纯度高、稳定性好、形貌均匀.其吸收光谱带在780～1 100 nm之间.在980 nm近红外光照射下,W18O.纳米颗粒甲醇溶液具有明显的升温现象,光热转换能力强.W18O49纳米颗粒在500 μg/mL范围内L929细胞存活率均高于94％,说明其具有良好的生物相容性.W18O49纳米颗粒在激光照射下呈现梯度热像,说明其生物体内外热成像能力强. tf2o
【期刊名称】车载电视机《中国钨业》
【年(卷),期】2017(032)005
【总页数】碳化稻壳5页(P53-57)
【关键词】W18O49光热;纳米颗粒;水热合成;体内成像;体外成像
【作 者】王辰;王宁;李倩;刘杰;隋心;张钰
单面铜基板
【作者单位】吉林化工学院材料科学与工程学院,吉林吉林132022;吉林化工学院材料科学与工程学院,吉林吉林132022;北京科技大学材料科学与工程学院,北京100001;吉林化工学院材料科学与工程学院,吉林吉林132022;吉林化工学院材料科学与工程学院,吉林吉林132022;吉林化工学院材料科学与工程学院,吉林吉林132022;吉林化工学院材料科学与工程学院,吉林吉林132022
【正文语种】中 文
【中图分类】TF125
近年来，低价氧化钨（WO3-x）因其独特的物理化学性质，在场发射、光催化、气敏器件及电致变器件等领域成为备选材料[1-5]。其中，W18O49由于其自身特殊的结构缺陷和性能，引起了科研人员的广泛兴趣。在报道过的所有低价氧化钨（WO3-x）材料中，仅有W18O49能够以纯氧化物形式存在，且具有较多的氧缺陷[6]。另外，W18O49包含混合价态钨离子，这使其具有很好的近红外光屏蔽能力 [7]。Wang等人 [8]将WCx薄膜退火，并伴随采用直接氧化等工艺合成了W18O49纳米线。Lee 等人[9]将 W（CO）6、Me3NO·2H2O和油胺在250～270℃下反应，高温热解后得到W18O49纳米棒胶体。迄今为止，W18O49
纳米材料可以通过多种方式合成，但是产物大部分呈一维及二维形式，而三维粉体颗粒的合成还不够成熟[10]。为此，低毒、设备要求低、工艺简单的W18O49纳米粉体制备工艺亟待开发。本研究以WCl6为钨源，采用水热合成法一步实现了W18O49纳米粉体颗粒的合成。除对W18O49纳米颗粒的相结构、显微形貌及光谱吸收进行了表征外，还对其在红外激光照射下的光热转换能力进行了评估。
W18O49纳米颗粒合成工艺流程如图1所示。取0.119 g氯化钨粉末溶解于20 mL异丙醇中，磁力搅拌15 min后，形成透明黄溶液备用。分别用水、酒精和异丙醇清洗容量为25 mL的聚四氟乙烯内衬，随后将内衬嵌入不锈钢反应釜中。移取搅拌后的溶液至聚四氟乙烯内衬中，固定密封后放入鼓风干燥箱，200℃条件下加热12 h，随后自然冷却至室温。收集反应釜中的液体及沉淀物，用超纯水和无水乙醇清洗三次。最后，将所得沉淀物直接分散于甲醇中。
plc学习机用X射线衍射仪（Bruker）分析试样的相组成。用透射电子显微镜（FEI Tecnai G2 S-Twin，200KV）对试样进行透射电镜（TEM）成像，观察其显微组织形貌。利用分光光度计（Perkin-Elmer 580BIR）对试样进行FI-IR光谱测试。最后，在近红外激光照射下（980 nm，0.8 W/cm2），用红外热像仪（Fluke）观察样品的光热升温情况。
怎样自制橡皮
采用标准MTT法对W18O49纳米颗粒的生物相容性进行测试。打开灭菌后的96孔板，在各孔内均接种100 μL的L929细胞培养基，使铺板后细胞密度维持在63 000～73 000个/mL。培养24 h以后，分别加入不同浓度的W18O49纳米颗粒培养基。在37℃的培养箱中保温24 h，取出后添加20 μL/孔的MTT溶液，继续培养4 h，将上清液吸出，加入150 μL DMSO，摇晃10 min后，用酶标仪测试吸光度，并计算L929细胞的成活率。
将三块玻片置于培养皿中，培养24 h后，用移液将W18O49纳米颗粒滴加在其中的两块上面，选择其中一块进行激光光照试验，另一块不进行激光处理。与此同时，选择未经滴加样品的玻片进行对比光照试验。光照过程两块玻片的波长，功率和时间相同（980 nm，0.5 W/cm2，10 min）。体内光热成像选择荷瘤后的昆明小鼠进行表征。取100 μL的样品/生理盐水混合液对小鼠进行瘤内注射，并同时辅以980 nm激光辐照，随时间变化的小鼠热像图用红外热像仪拍摄并记录。
将水热合成后得到的W18O49甲醇溶液滴于石英玻片上，并且用X射线衍射分析仪测试其相组成，结果如图2所示。通过对图中衍射峰所在位置与标准卡片比对后可知，该W18O49纳米颗粒结晶度较高，杂质含量较低，物相结构单一性强。图3为经12h反应后所得W18O49
纳米颗粒的显微组织形貌。从图3（a）中可以看出，W18O49颗粒大小约为 100～150nm，形状近似球形，但其表面较为粗糙，存在大量无序排列的纳米线。进一步放大观察可知（如图3（b）），W18O49纳米颗粒是由众多平行纳米线捆绑堆叠而成。所以在利用透射电镜进行观察时，颗粒的核心部分颜较深，越靠近颗粒表面的区域颜越浅。试样悬浮液如图4内嵌照片所示。利用紫外-可见-近红外光谱仪测试W18O49纳米颗粒的光学性质，其吸收光谱（如图4）说明，W18O49纳米颗粒在近红外光区区展现出较宽的吸收带（780～1 100 nm）。这主要是受其特殊的显微组织结构影响，W18O49纳米颗粒存在很强的局部表面等离子体共振效应所致[11]。
由于W18O49纳米颗粒具有很好的近红外吸收特性，在近红外激光照射条件下，其温度会随照射时间的延长逐渐升高。为了进一步研究W18O49纳米颗粒的光热性能，研究利用激光束对样品的甲醇悬浮液进行辐照，并同时利用红外成像系统监测其温度变化，以期探究其光热转化能力。图5为悬浮液在980 nm激光束照射下，不同时间内拍摄的红外热像。通过对图中的红外热像变化进行观察可知，随着时间的延长，试样的温度呈现梯度渐变的规律，其具体的温度增加效果如图6所示。从图中可以看出，试样温度的增加速率呈现逐渐下降的趋势，表明其温度的增加正逐渐向极限值靠近。试样在0min和10min时温度分别为24.
5℃和67.3℃，即增加值约为42℃，说明W18O49纳米颗粒具有很强的光热转换能力[12]。
为了将W18O49纳米颗粒的光热特性应用于生物领域，本文利用MTT试验对其进行生物相容性考察，结果如图7所示。在不同浓度条件下，L929细胞的存活率均高于94%，这说明该纳米颗粒对生物体影响较小，生物相容性良好。将玻片植入培养皿中进行细胞培养，待细胞成熟贴壁后，改变试验条件进行对比测试（如图8（a）所示）。测试条件如下：仅激光照射（左侧玻片），滴加纳米颗粒后激光照射（中间玻片），滴加纳米颗粒无激光照射（右侧玻片）。在激光照射5 min以后，拍摄培养皿及玻片的红外热像（如图8（b）所示）。通过对图中热像区域观察可以发现，纳米颗粒可以产生一定的热量并同时呈现梯度热像。单纯的激光照射和滴加纳米颗粒并无此效果，说明该温度梯度热像的产生是由于W18O49纳米颗粒的激光辐照，并非纳米颗粒与细胞间作用产生。W18O49纳米颗粒体内近红外热像结果如图9所示。随着时间的延长，小鼠荷瘤部位出现了渐变的红外梯度热像，由于近红外光对组织具有很好的穿透性，所以W18O49纳米颗粒体具有体内热像的能力。
（1）采用一步水热法制备的W18O49纳米颗粒具有平行纳米线捆绑堆叠形貌，尺寸约为100～150nm，且物相单一、均匀性好；紫外-可见吸收光谱显示，该纳米颗粒在780～1 100 nm间吸收峰较高，说明W18O49纳米颗粒具有很强的近红外光吸收能力。
（2）980 nm激光束照射W18O49纳米颗粒悬浮液10 min后，红外热像其显示温度上升约42℃，W18O49纳米颗粒具有较强的光热转换能力。
（3）W18O49纳米颗粒具有良好的生物相容性。在980 nm近红外激光辐照下，该纳米颗粒具有体内外光热成像能力。
【相关文献】
[1] 秦玉香，刘 梅，化得燕.Ti掺杂W18O49纳米线的电子结构与NO2敏感性能的第一性原理研究 [J].物理学报，2014，63（20）：207101-1-8.QIN Yuxiang，LIU Mei，HUA Deyan.First-principles study of the electronic structure and NO2-sensing properties of Ti-doped W18O49 nanowire[J].Acta Physica Sinica，2014，63（20）：207101-1-8.
[2] 王新刚，郭一凡，田 阳，等.三种纳米结构三氧化钨的气敏性研究[J].中国钨业，2016，31（6）：49-53.WANG Xingang，GUO Yifan，TIAN Yang，et al.Gas sensitivity of the three kinds of nanostructured WO3[J].China Tungsten Industry，2016，31（6）：49-53.
[3] KOJIN F，MORI M，MORISHITA T，et al.New visible light active photocatalyst，carbon-coated W18O49[J].Chemistry Letters，2006，35（4）：388-389.
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议