黑磷是磷的同素异构体之一,具有和石墨烯类似的层状结构,层内每个磷原子与周围三个磷原子以共价键相结合,层间以范德华力相结合。黑磷具有许多优异的物理及化学性能,随层数可调节的直接带隙结构、高电子迁移率、高热导率、良好的光学响应等,被广泛应用在电子逻辑器件中。黑磷可吸收近红外区光、较高的光热转化效率和良好的生物相容性,可作为光热纳米药物。临床上通用的癌症治疗手段存在诸多的弊端,如术后复发、损伤健康组织及器官等等,光热治疗是一种无损、高效的治疗手段。黑磷等纳米粒子由于其特殊的尺寸可以有效在癌变区域富集,因此光热转化纳米粒子是当前光热治疗的一个重要方向。将黑磷粉末制备成为纳米材料,可以发挥其优异的光热性能。液相剥离技术是高效率制备二维纳米材料的有效手段,当前液相剥离黑磷纳米材料主要使用聚甲基吡咯烷酮作为剥离溶剂,这种剥离溶剂有毒且产率较低,不利于黑磷纳米材料的实际生物应用。在本课题的研究中,采用无毒安全的超纯水做为剥离溶剂,结合探头超声以及水浴超声的剥离技术,液相剥离制备出分散性良好、高光热转化效率的黑磷纳米片以及黑磷量子点。液相剥离工艺成熟并且稳定,经过多次实验验证可以获得较高产率的黑磷纳米片及量子点,是一种绿色安全的制备方案。所获得纳米片厚度较薄,约为8nm左右,尺寸在100nm以下,且尺寸和厚度均匀;所制备的黑磷量子点厚度为3nm左右,仅为2~3层黑磷原子层厚,尺寸在6nm左右。分别配置不同浓度的黑磷纳米片及量子点分散液,采用体外定点激光辐照测定其光热性能。在波长808nm,功率2W激光辐照下,浓度为50ppm纳米片分散液可以在10min内升温20℃,且经循环辐照3次后升温性能没有明显下降,根据Roper算法计算得纳米片的光热转化效率可以达到40%。采用相同的体外条件测试黑磷量子点升温性能,在黑磷量子点浓度为120ppm以上时,可以实现短时间升温15℃。和纳米片相比,量子点的升温性能较低,但是黑磷量子点的光热转化效率高达70%,显著高于现有的光热转化纳米粒子材料。为了探究所制备黑磷纳米材料的生物光热治疗效果,分别采用不同浓度的黑磷纳米材料孵育HeLa细胞以及PANC-1细胞,采用MTT法测定细胞存活率。当使用黑磷纳米材料孵育HeLa细胞及PANC-1细胞48h后,细胞存活率可以保持在97%以上,说明黑磷纳米材料具有良好的生物相容性。光热毒性测试结果表明,当纳米片浓度在90ppm以上时即可杀死85%的癌细胞;当量子点浓度在190ppm以上时,也可以实现大部分癌细胞的清除。