[发明专利]一种多层结构纳米复合物及其应用

说明书

技术领域

本发明属于磁性材料、纳米材料和光催化技术领域，特别涉及一种多层结构纳米复合物及其应用。

背景技术

自从20世纪80年代Gleiter等人首次用惰性气体凝聚法成功制得Pd、Cu、Fe等纳米微粒以来，纳米材料作为一种新材料逐渐成为世界各国研发的重点。由于纳米材料明显不同于体材料和单个分子，因而具有独特的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和隧道效应，呈现出许多特有的物理和化学性质，在电子学、光学、生命科学、信息存储、造纸、陶瓷、化妆品、催化、医药、环境保护等领域显现出广阔的应用前景。

其中，纳米结构的半导体材料TiO₂被视为目前最有应用前景的光催化材料之一。TiO₂作为光催化剂具有无毒、化学性质稳定、成本低等优势，在光作用下能产生具有强氧化能力的空穴和羟基自由基，最终可使有机物质完全氧化生成二氧化碳、水以及硫酸根等无机离子，可对废水中的有机污染物进行深度处理，对环境进行修复，还可用作光催化氧化杀菌。在医学上，随着光纤技术、内镜技术和激光医学的发展，TiO₂作为医用光敏剂理论上可在光作用下光催化氧化杀灭各类肿瘤细胞，从而光动力治疗(photodynamic therapy，PDT)恶性肿瘤；与手术、化疗、放疗等传统疗法相比，其最大优点是通过在肿瘤细胞上富集和向肿瘤组织定向导入光源实现对癌细胞的选择性杀伤，而不必施行外科手术，并且避免了传统疗法中对正常细胞大量损害的缺点。

TiO₂在液相光催化中，虽然具有令人比较满意的催化活性，但由于其宽带隙导致它仅在紫外光照射下才能引发光催化反应，无法充分响应可见光，这就大大限制了它的使用效率，并且紫外光对人体有很大的伤害。另外，TiO₂光激发后产生电子和空穴寿命很短，极易复合(量子产率低)，存在催化效率低等问题。

为解决上述问题，各国研究人员从不同角度对TiO₂进行了以下改性措施。为了降低TiO₂光催化剂的带隙、提高电子与空穴分离、使其响应波长范围拓展到可见光区，提高其光催化活性和效率，采取的手段有半导体复合、离子掺杂、超强酸化、贵金属沉积、光敏化等。例如：Ha Sung Park等制备了2.5wt％Cu/TiO₂可见光响应型催化剂，使吸收边界从紫外区延伸至480–490nm，一定程度上提高了光催化效率(Ha Sung Park,Dong Hyun Kim,Sun Jae Kim,Kyung Sub Lee,Journal of Alloys and Compounds,2006,415:51–55)。为了便于分离TiO₂，专利201410187192.1公开了一种磁性纳米光催化剂ZnFe₂O₄/TiO₂，该光催化剂用于处理染料废水和含油废水并能磁性分离。对于PDT，Liu等制备了Pt/TiO₂纳米复合材料，并用于PDT抑制肿瘤细胞增值(Lei Liu,Peng Miao,Yuanyuan Xu,Zhipeng Tian,Zhigang Zou,Genxi Li,Journal of Photochemistry and Photobiology B:Biology,2010,98:207–210)。

这些措施虽然对TiO₂在液相光催化中存在的问题提出了一些改进方案，一定程度上提高了TiO₂的效能，但仍然无法完全克服TiO₂的全部缺陷，无法真正满足实际应用需求。特别是在精准医学肿瘤治疗中，还要求其对肿瘤细胞具有靶向性。叶酸(folic acid,FA)是一种水溶性小分子维生素，它可以与叶酸受体(folate receptor，FR)发生特异性结合。叶酸受体在肿瘤细胞中高度表达，在正常细胞中几乎不表达，基于叶酸受体在肿瘤细胞与正常细胞中的表达差异，可实现叶酸纳米复合物的主动靶向输送，在肿瘤靶向治疗中具有独特优势，若再赋予磁性，则会产生主动和被动靶向双重功能。