金属基纳米材料的合成及其生物医学应用研究

摘要

金属基纳米材料由于具有生物相容性好，抗菌性能好等诸多优点而备受关注。金属基纳米材料的生物医学应用很广泛，包括药物/基因载体，标记和跟踪剂，癌症治疗，成像和抗菌等。但是关于金属基纳米材料表面修饰、生物安全性以及在生物医学中的应用如癌症光热治疗、放疗增敏和生物毒性等诸多问题，仍然是研究的热点和难点。
　　本博士论文中，通过不同的方法，合成得到不同种类和结构的金属基纳米材料，并采用表面修饰的方法赋予其优异的水分散性和生物相容性，发展了金属基纳米材料在癌症光热治疗，放疗增敏及成像方面的应用，并对材料的生物安全性和抗菌行为进行了系统研究。本论文的研究内容分为以下五个部分：
　　(1)设计合成了以金纳米粒子为核、铂纳米粒子为枝杈的枝杈状纳米材料，并在其表面修饰了亲水性的聚乙二醇以增加其生物相容性。在纯油胺体系中，首先通过还原氯金酸制备金纳米颗粒。然后继续使用油胺体系，以所制得的金纳米颗粒为核，利用氢气辅助的还原方式，还原了乙酰丙酮铂，在金颗粒表面生长铂晶核，进而得到了枝杈状的金铂纳米材料。为了拓展其在生物医学方面的应用，利用硫辛酸封端的聚乙二醇聚合物与得到的金铂纳米材料反应，从而使其表面修饰了亲水性聚合物，得到能够在水相中稳定存在的枝杈状金铂纳米材料（Au@Pt Nanodendrites，简写为Au@Pt NDs）。并通过透射电镜（TEM）、能量色散X射线光谱仪（EDX）、紫外可见近红外分光光度计（UV-Vis-NIR）、动态激光光散射仪（DLS）、电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-MS）对枝杈状金铂纳米材料进行了表征。
　　(2)聚乙二醇修饰的枝杈状金铂纳米材料（Au@Pt NDs）在光热和放射联合治疗方面的应用。通过细胞毒性测试及细胞内吞量测试对Au@Pt NDs进行生物学性能评价，并进一步研究了近红外光和 X射线照射与细胞凋亡的关系。在该体系中，金纳米核和铂纳米枝杈的结构有利于近红外光吸收和 X射线的区域剂量增强，从而增强光热及放射治疗的疗效。通过采用Au@Pt NDs，可以获得较好的协同治疗结果。此外，Au@Pt NDs还具有显著的计算机断层扫描（CT）成像信号增强功能，表明其具有通过成像指导肿瘤治疗的潜力。
　　(3)通过酯化反应合成了聚乙二醇修饰的二茂铁络合物（Fc-PEG），并研究了其作为放疗增敏剂的应用。利用核磁共振氢谱（1H NMR）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF）和凝胶渗透色谱（GPC）对络合物的结构进行表征；通过荧光分光光度计、动态激光光散射仪（DLS）和透射电镜（TEM）对络合物的自组装行为进行研究；通过细胞毒性测试、流式细胞仪、活性氧测试等对自组装形成的纳米粒子进行生物学性能评价。并进一步研究了细胞内吞量、细胞内活性氧水平与肿瘤细胞凋亡的关系。该纳米络合物具有以下特性：
　　1.通过一步酯化反应制备，产率高；
　　2.使用聚乙二醇修饰能够提高二茂铁在水相中的稳定性；
　　3.能够自组装形成纳米胶束，且细胞内吞量高。结果表明，Fc-PEG具有放疗增敏的效果，具有潜在临床应用的可能。
　　(4)利用超声辅助水相剥离法合成二维片层二硫化钼纳米材料（MoS2）并研究了其生物毒性。通过透射电镜（TEM）、扫描电镜（SEM）及原子力显微镜（AFM）对其结构进行表征。通过菌落计数法（CFU），研究了MoS2纳米片对典型的革兰氏阳性细菌（大肠杆菌）和典型的革兰氏阴性菌株（金黄葡萄球菌）抗菌性能。通过分析活性氧的产生，并通过SEM检测形态变化，研究了抗菌的机制。进一步的通过CCK-8法测定评价其对真核细胞的细胞毒性。发现MoS2纳米片对革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌有毒性，但对真核细胞毒性较小。
　　(5)利用超声辅助水相剥离法合成二维片层二硫化钨纳米材料（WS2）并研究了其生物毒性。通过TEM、扫描电镜（SEM）及原子力显微镜（AFM）对其结构进行表征。通过菌落计数法（CFU），研究了 WS2纳米片对典型的革兰氏阳性细菌（大肠杆菌）和典型的革兰氏阴性菌株（金黄葡萄球菌）抗菌性能。通过分析活性氧的产生，并通过 SEM检测形态变化，研究了抗菌的机制。进一步通过CCK-8法测定评价其对真核细胞的细胞毒性。发现 WS2纳米片对革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌有毒性，但对真核细胞毒性较小。

目录

声明

第一章 绪论

1.1引言

1.2金纳米材料

1.3铂纳米材料

1.4过渡族金属硫化物纳米材料

1.5本论文研究的目的意义及研究内容

1.6参考文献

第二章 聚乙二醇修饰的枝杈状金铂纳米材料的合成及转相

2.1引言

2.2实验部分

2.3结果与讨论

2.4本章小结

2.5参考文献

第三章 枝杈状金铂纳米材料的光热及辐射联合治疗研究

3.1引言

3.2实验部分

3.3结果与讨论

3.4本章小结

3.5参考文献

第四章 聚乙二醇修饰的二茂铁纳米材料的合成及辐射增敏研究

4.1引言

4.2实验部分

4.3结果与讨论

4.4本章小结

4.5参考文献

第五章 片层二硫化钼纳米材料的合成及抗菌研究

5.1引言

5.2实验部分

5.3结果与讨论

5.4本章小结

5.5参考文献

第六章片层二硫化钨纳米材料的合成及抗菌研究

6.1引言

6.2实验部分

6.3结果与讨论

6.4本章小结

6.5参考文献

第七章 结论、创新点及展望

7.1结论

7.2创新点

7.3存在的问题与展望

攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文

致谢