稀土上转换纳米粒子/光响应性多功能粒子的合成及其应用

摘要

癌症一直是危害人类健康的严重疾病，临床上诊断和治疗分离，使得癌症难以得到及时的治疗。由于光刺激是属于外部刺激，且方便易得，还灵活多变，因此光响应材料在生物医学应用中有其不可比拟的优点。然而大多数的光响应材料需要用短波长高频率的紫外光来激发，紫外光会被生物组织吸收，不仅会导致穿透渗透深度低还会造成生物体的损伤，严重限制了其在生物临床上的应用。因此，针对这些关键问题，本文主要合成粒径均一的双响应复合纳米球，将稀土上转换纳米粒子与偶氮苯和氮异丙基丙烯酰胺结合起来。充分利用壳层的温度和光响应性实现药物的可控释放。具体内容可以总结如下： 本文首先利用溶剂热法，以油酸为配体、十八烯为溶剂，制备尺寸均一，形貌可控，结晶度良好的核壳结构NaYF4:Yb3+,Tm3+/NaYF4稀土上转换纳米粒子（UCNPs）。进而采用反相微乳液法，在稀土上转换纳米粒子表面利用共价键的作用包覆二氧化硅层。制备获得的UCNPs@SiO2复合纳米球具备很好的亲水性，能将稀土上转换纳米材料从油相向水相转移，让其具备很好的水溶性，为后续的生物应用奠定基础。然后采用新颖的蒸馏沉淀法，以4,4′-二甲基丙烯酰胺偶氮苯（BMAAB）为交联剂，氮异丙基丙烯酰胺（NIPAM）为单体，偶氮二异丁腈（AIBN）为引发剂，乙腈为溶剂，在UCNPs@SiO2复合纳米球的表面进一步包覆PAzo/PNIPAM层，最后得到了未发生明显粘黏的且结构稳定的UCNPs@SiO2@PAzo/PNIPAM复合纳米球。进一步用氢氟酸刻蚀二氧化硅层后，制备得到UCNPs@PAzo/PNIPAM复合中空纳米球。 然后进一步研究了UCNPs@SiO2@PAzo/PNIPAM复合纳米球的温度与光响应行为。用接触角测试仪和紫外-可见分光光度计对复合纳米球进行研究，发现复合纳米球具有良好的温度和光双重响应性。将盐酸阿霉素通过扩散作用负载在纳米球内，进而通过紫外-可见分光光度计研究纳米球在不同温度与近红外光照条件下的药物释放行为。在25℃环境下达到释放平衡的复合纳米球在环境温度升温过程中会进一步的将盐酸阿霉素分子释放出来。在光控释放实验中，可见光下的药物释放量为22%，近红外光下的药物释放量为43%。综合温度和光两方面因素的考虑，在温度为47℃和近红外光照条件下的药物释放量可以达到最大为65%。 选用乙二醇二甲基丙烯酸酯（EGDMA）为交联剂，甲基丙烯酸-6-（4-甲氧基-4′-氧-偶氮苯）己酯（AzoM）为单体、AIBN为引发剂、乙腈为溶剂，利用新颖的蒸馏沉淀聚合方法合成稀土上转换纳米粒子/二氧化硅/侧链偶氮苯光响应性多功能粒子。此时，制备的多功能复合微球的外壳为具有“光开关”效应的偶氮苯壳层。本论文为肿瘤治疗提供广阔的前景且为开发多功能复合纳米粒子提供新的思路和技术基础。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 稀土上转换发光材料

1.2.1 稀土上转换发光材料的定义

1.2.2 稀土上转换发光材料的发光机制

1.2.3 稀土上转换发光材料的组成

1.3 稀土上转换纳米粒子的合成及表面修饰

1.3.1 稀土上转换纳米粒子的合成

1.3.2 核壳型上转换纳米粒子增强上转换发光效率

1.3.3 稀土上转换纳米粒子的表面功能化修饰

1.4 稀土上转换纳米粒子在生物医学领域的应用

1.4.1 生物成像

1.4.2 生物检测

1.4.3 药物靶向运输

1.5 本论文的选题意义及研究内容

1.5.1 本论文的选题意义

1.5.2 本论文的研究内容

第2章 稀土上转换纳米粒子/二氧化硅/主链偶氮苯光响应性多功能粒子的合成与表征

2.1 引言

2.2实验材料

2.2.1 实验试剂

2.2.2 实验仪器与表征

2.3 实验方法与技术

2.3.1 4,4′-二甲基丙烯酰胺偶氮苯（BMAAB）的合成

2.3.2 NaYF4:Yb3+/Tm3+上转换纳米粒子的合成

2.3.3 NaYF4:Yb3+/Tm3+@NaYF4上转换纳米粒子的合成

2.3.4 NaYF4:Yb3+/Tm3+@NaYF4@SiO2复合纳米球的合成

2.3.5 NaYF4:Yb3+/Tm3+@NaYF4@SiO2@PAzo/PNIPAM复合纳米球的合成

2.3.6 NaYF4:Yb3+/Tm3+@NaYF4@PAzo/PNIPAM复合中空纳米球的合成

2.3.7 样品的表征

2.4 结果与讨论

2.4.1 BMAAB的结构表征

2.4.2 复合纳米球的形貌和结构表征

2.4.3 复合纳米球的红外谱图分析

2.4.4稀土上转换纳米粒子的上转换发光光谱

2.5 本章小结

第3章 稀土上转换纳米粒子/二氧化硅/主链偶氮苯光响应性多功能粒子的性质

3.1 引言

3.2 实验材料

3.2.1 实验试剂

3.2.2 实验仪器与表征

3.3 试验方法与技术

3.3.1 DXR的负载

3.3.2 DXR的温度控制释放行为

3.3.3 DXR的光控释放行为

3.3.4样品的表征

3.4结果与讨论

3.4.1 UCNPs@SiO2@PAzo/PNIPAM复合纳米球的温度响应性质

3.4.2 UCNPs@SiO2@PAzo/PNIPAM复合纳米球的光响应性质

3.4.3 DXR负载行为的表征

3.4.4 DXR的温度控制释放行为的研究

3.4.5 DXR的光控释放行为的研究

3.5 本章小结

第4章 稀土上转换纳米粒子/二氧化硅/侧链偶氮苯光响应性多功能粒子的合成与表征

4.1 引言

4.2 实验材料

4.2.1 实验试剂

4.2.2 实验仪器及设备

4.3 实验方法与技术

4.3.1 甲基丙烯酸-6-（4-甲氧基-4′-氧-偶氮苯）己酯（AzoM）的合成

4.3.2 NaYF4:Yb3+/Tm3+@NaYF4上转换纳米粒子的合成

4.3.3 NaYF4:Yb3+/Tm3+@NaYF4@SiO2复合纳米球的合成

4.3.4 NaYF4:Yb3+/Tm3+@NaYF4@SiO2@侧链偶氮苯光响应性多功能粒子的合成

4.3.5 样品的表征

4.4 结果与讨论

4.4.1 AzoM的结构表征

4.4.2 复合纳米球的形貌和结构表征

4.4.3 复合纳米球的红外谱图分析

4.5 本章小结

第5章 全文总结

参考文献

致谢

附录