本發(fā)明屬于功能化氮化碳的開發(fā)，涉及一種石墨相氮化碳納米片及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、膠質(zhì)瘤是神經(jīng)系統(tǒng)中最常見的惡性腫瘤，也是人類最致命的癌癥之一。盡管臨床治療如手術(shù)、化療和放療取得了顯著進展，但膠質(zhì)瘤仍然具有很高的復(fù)發(fā)傾向，并且?guī)缀醪豢赡娴母弊饔?。主要原因包括膠質(zhì)瘤的侵襲性質(zhì)導致切除不完全和頻繁復(fù)發(fā)，以及血腦屏障(blood-brain?barrier，bbb)限制藥物滲透到大腦。目前，光動力療法(photodynamictherapy，pdt)是用光敏劑和激光活化治療腫瘤的一種新方法，用特定波長照射腫瘤部位，能使聚集在腫瘤組織的光敏劑活化，引發(fā)光化學反應(yīng)破壞腫瘤，即通過使用光敏劑(photosensitizer，ps)在病變部位光照刺激下產(chǎn)生細胞毒性活性氧(reactive?oxygenspecies，ros)，ros產(chǎn)生細胞毒性作用，進而導致細胞受損乃至死亡，發(fā)揮抗腫瘤作用。與傳統(tǒng)療法相比，pdt的優(yōu)勢在于能夠精確進行有效的治療，因其產(chǎn)生的創(chuàng)傷小、毒副作用小且不易產(chǎn)生耐藥性等優(yōu)點被用于腫瘤的臨床治療，且具有良好的應(yīng)用前景。

2、血腦屏障是保護大腦免受有害物質(zhì)侵害的重要生理屏障，但它也阻礙了藥物(包括光敏劑)向膠質(zhì)瘤組織的有效輸送。許多光敏劑由于分子結(jié)構(gòu)或理化性質(zhì)的原因，難以穿透bbb，導致其在腫瘤組織中的富集不足，從而影響pdt的治療效果。因此，大多數(shù)治療藥物受到bbb的阻礙，很難到達腫瘤細胞，因此限制了pdt在腫瘤的臨床治療中的實際應(yīng)用效果。研究者在也對其進行了大量的研究，fu等人發(fā)現(xiàn)，將疏水性的π-共軛噻吩橋接在近紅外(near?infrared?spectroscopy，nir)波長范圍內(nèi)，可以增強bbb的穿透性。tabish等人還發(fā)現(xiàn)，石墨烯狀結(jié)構(gòu)可以穿越bbb，而zhao等人確定了藥物中具有共軛結(jié)構(gòu)和適當體積的疏水性結(jié)構(gòu)，可以增加bbb的穿透性。在諸多的材料中，氮化碳(cn)，具有類似石墨的相結(jié)構(gòu)、共軛環(huán)和疏水性，同時制備工藝簡單，受到了諸多研究者的關(guān)注。例如，qi通過調(diào)節(jié)cn表面羥基濃度來提高pdt對腫瘤的效果。wei等人則通過ru摻雜在缺氧條件下提高cn的ros產(chǎn)量，以實現(xiàn)改善的pdt效果。同樣，zheng等人通過碳點c修飾cn，增強了紅光吸收并增加了細胞內(nèi)溶解氧，從而增加了ros產(chǎn)生并提高了整體pdt性能。盡管這些研究在提高cn的ros產(chǎn)生方面取得了顯著進展，但由于獨特的膠質(zhì)瘤環(huán)境，以及bbb的阻礙，尺寸較大的cn仍然很難穿越bbb，導致最終的抗腫瘤效果有限。

3、對于構(gòu)造超薄結(jié)構(gòu)的石墨相cn，現(xiàn)有的常見的處理工藝有酸剝離以及超聲剝離，但是酸剝離會引入酸雜質(zhì)，導致產(chǎn)物無法很好的在生物體內(nèi)應(yīng)用，而超聲剝離由于會產(chǎn)生熱效應(yīng)，導致活性晶面被破壞，大的共軛結(jié)構(gòu)也會被破壞，會影響ros的產(chǎn)生，因此影響其實際使用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種石墨相氮化碳納米片及其制備方法和應(yīng)用，從而解決現(xiàn)有技術(shù)中cn剝離技術(shù)容易引入雜質(zhì)，或者造成石墨相cn活性晶面被破壞，共軛結(jié)構(gòu)被破壞，影響其ros產(chǎn)生的技術(shù)問題。

2、本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

3、一種石墨相氮化碳納米片制備方法，包括以下步驟：

4、s1：對三聚氰酸進行研磨處理后，進行一次熱處理，制得中間體，繼續(xù)升溫，對所述中間體進行二次熱處理；

5、s2：對所述二次熱處理后的產(chǎn)物進行剝離處理，所述剝離處理時的溫度為-200～-190℃，制得所述石墨相氮化碳納米片。

6、優(yōu)選的，所述一次熱處理的溫度為275～325℃，時間為1～2h。

7、優(yōu)選的，所述二次熱處理的溫度為500～520℃，時間為2～4h。

8、優(yōu)選的，所述一次熱處理以及二次熱處理的升溫速率均為5～15℃/min。

9、優(yōu)選的，所述一次熱處理以及二次熱處理的處理氣氛為空氣。

10、優(yōu)選的，所述剝離處理的時間為1～24h。

11、優(yōu)選的，采用回旋震蕩的方式進行剝離處理。

12、優(yōu)選的，所述回旋震蕩處理的轉(zhuǎn)速為20～40轉(zhuǎn)/min。

13、一種石墨相氮化碳納米片，通過上述的方法制得；所述石墨相氮化碳納米片的平均厚度為0.2～0.5nm。

14、上述的一種石墨相氮化碳納米片在制備治療膠質(zhì)瘤藥物中的應(yīng)用。

15、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

16、本發(fā)明公開一種石墨相氮化碳納米片的制備方法，該方法首先采用三聚氰酸作為原料，原料確保了材料表面的羥基，提高了細胞相容性，通過第一次較低溫度的熱處理，有效促使其轉(zhuǎn)化為富羥基的密樂胺(melon)中間體，這一步驟不僅簡化了合成路徑，還通過引入羥基增強了中間體的親水性和后續(xù)反應(yīng)的活性；然后在更高溫度下進行第二次熱處理，使得富羥基的密樂胺進一步轉(zhuǎn)化為富羥基的石墨相氮化碳(g-c3n4)，此過程促進了分子間的重排與縮聚，形成了更為穩(wěn)定的g-c3n4結(jié)構(gòu)，同時保留了豐富的羥基基團，有利于后續(xù)的生物相容性改進；最后，將得到的g-c3n4在極低溫度(-200℃至-190℃)下進行剝離處理，這一非傳統(tǒng)的剝離方法，利用低溫下晶體層間作用力的減弱，特別是100晶面的滑移現(xiàn)象，實現(xiàn)了納米片的超薄化，此過程不僅顯著減小了納米片的厚度，還有效保留了活性晶面及整體晶面的共軛結(jié)構(gòu)，對于提升光動力治療效率至關(guān)重要。最終被剝落成超薄石墨相氮化碳，在減小cn尺寸的同時，有效保留了活性晶面以及整體晶面的共軛結(jié)構(gòu)，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)中因光敏劑尺寸導致光敏劑難以穿透bbb的問題，并且極大程度提升了光動力治療腫瘤的效果。

17、進一步，所述一次熱處理的溫度為275～325℃，時間為1～2h，首先，在該溫度范圍內(nèi)，三聚氰酸作為前驅(qū)體能夠發(fā)生有效的熱解和重排反應(yīng)，逐步轉(zhuǎn)化為富羥基的密樂胺中間體，這一轉(zhuǎn)化過程需要足夠的能量來打破原有的化學鍵并形成新的化學鍵，而275～325℃的溫度恰好提供了這樣的能量條件。另外，溫度的選擇對于控制反應(yīng)速率和產(chǎn)物的質(zhì)量至關(guān)重要，過高的溫度可能導致反應(yīng)過于劇烈，生成副產(chǎn)物或使產(chǎn)物結(jié)構(gòu)受損；而過低的溫度則可能使反應(yīng)速率過慢，甚至無法完全轉(zhuǎn)化，275～325℃的溫度范圍能夠確保反應(yīng)平穩(wěn)進行，同時保證產(chǎn)物的純度和結(jié)構(gòu)完整性。同時，在此溫度范圍內(nèi)進行熱處理，有助于在前驅(qū)體分子中引入羥基基團，羥基基團不僅提高了產(chǎn)物的親水性和生物相容性，還為后續(xù)的二次熱處理及剝離處理提供了更多的反應(yīng)位點，有利于形成更加穩(wěn)定且功能化的石墨相氮化碳納米片。過短的時間可能無法使反應(yīng)充分進行，導致轉(zhuǎn)化率低下；而過長的時間則可能增加能耗和成本，同時可能引發(fā)不必要的副反應(yīng)。因此，這一時間范圍既保證了反應(yīng)的效率，又避免了不必要的浪費。

18、進一步，所述二次熱處理的溫度為500～520℃，時間為2～4h，首先，在這個較高的溫度范圍內(nèi)，富羥基的密樂胺能夠進一步發(fā)生縮聚和重排反應(yīng)，逐漸轉(zhuǎn)化為石墨相氮化碳(g-c3n4)。500～520℃的溫度為這一轉(zhuǎn)化過程提供了足夠的能量，確保了反應(yīng)的徹底性和產(chǎn)物的純度。另外，高溫處理有助于石墨相氮化碳內(nèi)部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，包括晶格的排列、層間距的調(diào)整以及缺陷的修復(fù)等，這些結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化能夠提升g-c3n4的物理化學性質(zhì)，如導電性、光學吸收性能以及光催化活性等。同時，高溫處理還能增強g-c3n4的熱穩(wěn)定性。在高溫下，g-c3n4的分子結(jié)構(gòu)會變得更加緊湊和穩(wěn)定，從而能夠在更廣泛的溫度范圍內(nèi)保持其性能不變。2～4小時的熱處理時間允許反應(yīng)在控制條件下平穩(wěn)進行，避免過快的反應(yīng)速率導致產(chǎn)物形貌的不可控變化，適當?shù)臅r間控制有助于形成具有均勻厚度和良好分散性的超薄g-c3n4納米片。另外，經(jīng)過二次高溫處理后的g-c3n4具有更加穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)和更強的層間相互作用力，這為后續(xù)的低溫剝離處理提供了有利條件，使得剝離過程更加容易控制且效果更佳。

19、進一步，所述一次熱處理以及二次熱處理的升溫速率均為5～15℃/min，緩慢的升溫速率有助于減少材料在加熱過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力，當升溫過快時，材料內(nèi)部溫度梯度大，容易導致熱應(yīng)力集中，進而產(chǎn)生裂紋或結(jié)構(gòu)破壞。而5～15℃/min的升溫速率相對較慢，使得材料能夠均勻受熱，減少熱應(yīng)力的積累，從而保護材料的完整性；緩慢的升溫過程為化學反應(yīng)提供了更充分的時間，在升溫過程中，前驅(qū)體或中間產(chǎn)物能夠逐漸達到反應(yīng)所需的活化能，從而發(fā)生均勻且可控的化學反應(yīng)，這有助于形成結(jié)構(gòu)均勻、性能穩(wěn)定的產(chǎn)物。緩慢的升溫速率則能夠確保整個材料在加熱過程中保持相對均勻的溫度分布。緩慢的升溫速率有助于確保前驅(qū)體或中間產(chǎn)物充分轉(zhuǎn)化，同時減少副產(chǎn)物的生成，從而提高產(chǎn)物的純度和質(zhì)量。

20、進一步，所述一次熱處理以及二次熱處理的處理氣氛為空氣，此處使用空氣作為處理氣氛，無需額外的惰性氣體(如氮氣、氬氣)供應(yīng)系統(tǒng)，從而簡化了制備工藝，降低了生產(chǎn)成本。在一定條件下，空氣中的氧氣可以與前驅(qū)體或中間產(chǎn)物發(fā)生氧化反應(yīng)。雖然石墨相氮化碳(g-c3n4)本身在較高溫度下對氧氣相對穩(wěn)定，但一次熱處理過程中可能產(chǎn)生的某些中間產(chǎn)物(如未完全轉(zhuǎn)化的前驅(qū)體、羥基化產(chǎn)物等)可能與氧氣發(fā)生反應(yīng)，形成更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)或引入新的官能團，這些變化有助于后續(xù)二次熱處理中g(shù)-c3n4的形成和性質(zhì)的優(yōu)化。空氣中的氧氣雖然不直接參與g-c3n4的形成反應(yīng)，但可以通過影響熱處理環(huán)境中的氧化還原氛圍，間接促進前驅(qū)體或中間產(chǎn)物的熱解和縮聚反應(yīng)，這些反應(yīng)是形成g-c3n4的關(guān)鍵步驟，其進行程度和效率直接影響最終產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和性能。

21、進一步，所述剝離處理的時間為1～24h，剝離處理是制備超薄g-c3n4納米片的關(guān)鍵步驟之一，足夠的時間能夠確保g-c3n4層與層之間的相互作用力被充分破壞，從而實現(xiàn)有效的剝離，較短的剝離時間無法使所有層完全分離，而較長的剝離時間則有助于確保剝離的徹底性。剝離時間的長短直接影響最終產(chǎn)物的厚度，在適當?shù)膭冸x時間內(nèi)，可以通過控制剝離超薄g-c3n4納米片的厚度。另外，剝離處理不僅有助于將g-c3n4層剝離成納米片，還能改善納米片在溶劑中的分散性，足夠長的剝離時間可以使納米片形成穩(wěn)定的分散體系。

22、進一步，采用回旋震蕩的方式進行剝離處理，首先，回旋震蕩能夠產(chǎn)生均勻的剪切力和沖擊力，這些力作用于g-c3n4層與層之間，有助于破壞它們之間的相互作用力，如范德華力，從而促進納米片的剝離，與靜態(tài)剝離相比，回旋震蕩能夠更高效地實現(xiàn)納米片的分離，提高剝離效果。由于回旋震蕩能夠更有效地破壞層間相互作用力，因此可以在相對較短的時間內(nèi)實現(xiàn)納米片的剝離，這有助于提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。回旋震蕩不僅有助于納米片的剝離，還能促進剝離后的納米片在溶劑中的分散，震蕩產(chǎn)生的渦流和剪切力有助于納米片與溶劑分子的充分接觸和相互作用，形成穩(wěn)定的分散體系，這對于納米片的后續(xù)處理和應(yīng)用至關(guān)重要。在剝離過程中，納米片容易發(fā)生團聚現(xiàn)象，影響產(chǎn)物的質(zhì)量和性能，回旋震蕩能夠通過其產(chǎn)生的剪切力和沖擊力來破壞納米片之間的團聚力，減少團聚現(xiàn)象的發(fā)生，提高產(chǎn)物的分散性和穩(wěn)定性。

23、進一步，所述回旋震蕩處理的轉(zhuǎn)速為20～40轉(zhuǎn)/min，轉(zhuǎn)速是回旋震蕩處理中的一個關(guān)鍵參數(shù)，它直接影響到剝離過程的效率和效果，在這個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，可產(chǎn)生足夠的剪切力和沖擊力來破壞層間相互作用力，從而實現(xiàn)有效的剝離，過低的轉(zhuǎn)速無法提供足夠的動力來驅(qū)動剝離過程，而過高的轉(zhuǎn)速則引入過多的機械應(yīng)力，對納米片的結(jié)構(gòu)造成破壞，即活性晶面被破壞。適當?shù)霓D(zhuǎn)速有助于在剝離過程中保持納米片的完整性，過高的轉(zhuǎn)速會產(chǎn)生過大的剪切力和沖擊力，導致納米片破碎或產(chǎn)生缺陷，而在這個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，可以較好地平衡剝離效率和納米片完整性的關(guān)系，得到結(jié)構(gòu)完整、性能優(yōu)良的納米片。轉(zhuǎn)速的均勻性對于剝離的均勻性至關(guān)重要，在這個轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，回旋震蕩器能夠保持穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速，使得剝離過程在整個樣品中均勻進行，這有助于減少納米片尺寸和厚度的差異，提高產(chǎn)物的均一性。

24、同時，本發(fā)明還公開了通過上述方法制得的石墨相氮化碳納米片，該石墨相氮化碳納米片的厚度為0.2～0.5nm，超薄g-c3n4納米片由于其小尺寸和優(yōu)化的表面結(jié)構(gòu)，能夠更有效地穿透生物屏障，如血腦屏障，到達腫瘤部位，同時，其良好的光吸收與電荷轉(zhuǎn)移能力，使得在光照下能夠產(chǎn)生更多的活性氧物種，從而顯著增強光動力治療效果；同時富羥基的表面結(jié)構(gòu)提高了g-c3n4納米片的親水性和生物相容性，降低了體內(nèi)毒性，為臨床應(yīng)用提供了更好的安全性保障。