Inorganic Material Based NIR Induced PDT and PTT Nanoplatform for Cancer Therapy

摘要

稀土上转换发光纳米材料正在成为一类新的成像造影剂，而且在生物医药领域的应用具有不可比拟的前景。由于这类材料能够将长波的近红外激发光转化为短波的可见光，所以这些纳米材料具有低背景荧光，大的反斯托克斯位移，超高的光学穿透深度而能够应用于深度组织光学成像和光刺激的药物释放和治疗。相比于分子荧光团和量子点，这种材料在分析应用领域具有很多潜在的优势。运用红外光作为激发光源减少了自荧光和激发光的散射，这就导致光学试验中背景的减少。上转换纳米晶具有超常的耐光性而且其组成的材料对生物体没有明显的毒性。长波激发也减少了对生物体的伤害。在这篇论文中，讨论了不同的上转换机理以及合成和修饰纳米晶的方法，还讨论了通过哪些方法可以调变其吸收和发射性能。在此，上转换纳米粒子引人担心的细胞内吞、生物分布、排泄、细胞毒性和体内毒性效应在此也作了研究。特别的，这个研究评估了上转换纳米粒子物化性能之间的联系，以及详细研究了它们的生物分布、排泄和毒性效应。在此，详细研究了纳米粒子在生物成像和抗癌方面的应用。由于其特殊的性能，利用上转换纳米粒子进行生物成像和光动力治疗的研究。
　　相似的，石墨烯具有独特的力学、电学和光学性能，这些性能被一些研究者用来做新型的电子材料，包括透明导体和超快晶体管。石墨烯现在正将其应用由电学和化学应用领域延伸至生物医药领域，例如通过石墨烯淬灭荧光实现精确的生物感知，石墨烯促进细胞分化和成长，还有石墨烯辅助质谱仪激光解吸和离子化。在很多生物医药应用领域，包括近红外响应的癌症治疗、荧光生物成像和载药，石墨烯被认为是一个令人振奋的智能替代者。为实现这些，一些适宜的制备方案和一些将石墨烯基材料（例如，氧化石墨烯、还原氧化石墨烯和石墨烯量子点）应用于生物医药领域的独特办法引发越来越多的兴趣。在生物应用前，纳米氧化石墨烯表面被接上了聚乙二醇以赋予生物相容性，否则在生物体中就会团聚。通过对纳米氧化石墨烯表面进行聚乙二醇修饰使得其在生物体重具有好的生物相容性。在此，我们试图将上转换纳米粒子和纳米还原石墨烯的性能结合到一起实现有效的治疗。得到的体系同时具有光动力治疗和光热治疗的功能，也有生物成像的性能。在另一项研究中，我们将聚乙二醇修饰了的纳米氧化石墨烯与枝化的聚乙烯亚胺接枝赋予其更好的生物相容性。得到的复合物与共价接枝的 UCNPs-DPA进行混合。最终得到的复合材料可应用于氧化还原敏感的负载DOX的体系，也可进行生物成像。
　　同时，先前的光解水的研究发现锐钛矿TiO2是一种高效的光催化裂解水的催化剂。TiO2在光催化领域研究很热是因为其很多优点，例如廉价、低毒、抗腐蚀、高的化学稳定性和有效的光电催化性能等。在很多领域，例如光催化、光疗、能源生物、染料敏化的太阳能电池和有机污染物处理有研究。利用高压气相还原法和贵金属还原法，将金簇修饰在黑色锐钛矿 TiO2-x纳米管和纳米粒子（缩写为 Au25/B-TiO2-x纳米管和纳米粒子）上，用来提高光动力治疗效应，同时使得TiO2的光响应范围从可见光区延伸到近红外光区。用氢花暖法制得的B-TiO2-x纳米粒子直径大约为25 nm而纳米管的厚度为大约为2 nm，而且和锐钛矿相比具有较高的光动力性能。氢还原过程提高了Ti3+在TiO2表面的密度，就有效的降低了电子和空穴的再结合。另外，修饰金簇以后，光动力治疗效率明显高于B-TiO2-x和TiO2，这是因为体系中电荷分布的改变，金属-TiO2界面形成的较浅的势阱进一步的阻止了电子和空穴的再结合。以上的性能使得近红外光能够触发其实现协同的双模式光动力治疗，而且扩大了 TiO2的光响应范围。改善了的光动力治疗性能主要是由于光-电-化学协同效应，促进电子和空穴的分开或抑制了它们的再结合。体外和体内实验结果证明了设计合成的纳米复合材料Au25/B-TiO2-x的光动力性能。

目录

声明

1.1 Introduction

1.2 The Fundamentals of Upconversion Modus Operandi

1.3 Application of UCNPs in Therapies.

1.4 Nano Graphene Oxide

1.5 Gold Nanoparticles

1.6 Summary

Chapter 2. Experimental Materials and Characterization

2.1 Reagents and Materials

2.2. Materials Used for the Synthesis and Functionalization of Upconversion Rare Earth Nanoparticles

2.3 Materials for the Synthesis and Functionalization of Nano Graphene Oxide

2.4 Materials for the Synthesis of Gold Nanoparticles.

2.5 Materials Used for Biological Experiments

2.6 Analytical and Characterization

Chapter 3 Nano-Graphene Oxide-UCNPs-Ce6 Covalently Constructed Nanocomposite for Synchronised NIR Mediated PTT/PDT Cancer Therapy

3.1 Introduction

3.2 Experimental Sections

3.3 Results and Discussion

3.4 Summary

Chapter 4. Enhanced Photodynamic Performance with Au Nanoclusters Sensitized Black TiO2-x for Near-infrared Driven Dual-modal Photodynamic Synergistic Therapy

4.1 Introduction

4.2 Experimental Sections

4.3 Results and Discussion

4.4 Summary

Chapter5. Redox Responsive UCNPs Conjugated NGO-PEG-BPEI-DOX for PTT and Chemotherapy for Cancer Treatment

5.1 Introduction

5.2 Experimental Section

5.3 Results and Discussion

5.4 Summary

CONCLUSION

LIST OF PUBLICATIONS

致谢

参考文献