用于肿瘤治疗的热种子材料与金磁纳米材料的制备与性能研究

摘要

Fe3O4为基础的热种子材料Fe3O4@CNTs（Fe3O4包覆CNTs）与金磁纳米材料Au@Fe3O4（Au包覆Fe3O4），均具有良好的生物稳定性、生物相容性、无毒性和磁靶向特性，因此在肿瘤治疗等生物医学领域得到广泛的应用。其中，热种子材料Fe3O4@CNTs主要应用于肿瘤热疗，金磁纳米材料Au@Fe3O4则在肿瘤化疗中作为靶向药物载体得以应用。然而，应用过程发现，对热种子材料Fe3O4@CNTs，碳纳米管表面的Fe3O4的包覆情况及包覆完成后的分散情况，以及磁性纳米颗粒所需的最适宜铁碳比等问题，都会对肿瘤热疗产生重要影响;同样，对金磁纳米材料Au@Fe3O4，Fe3O4纳米微球的成形性、Au纳米粒子对Fe3O4表面包覆性能、以及粒子团聚和分散性不好等问题，也会严重影响其作为肿瘤化疗中的靶向药物载体的应用。而且，由于金磁纳米材料Au@Fe3O4本身不具有可供检测的荧光性能，这就使该材料的应用受到了一定程度的限制。因此，优化两种材料的制备技术，探究可供示踪检测用的Au@Fe3O4生物材料是一项极具实用价值和挑战性的工作。
　　本文利用化学沉淀法制备了形貌均一、分散性良好、包覆均匀的热种子材料Fe3O4@CNTs;利用聚乙二醇为分散剂，水热法制备了尺寸适宜、成形良好、分散性良好的纳米级Fe3O4微球;利用晶种生长法制备了包覆均匀、分散性良好的金磁纳米材料Au@Fe3O4，并在此基础上利用溶胶凝胶法制备得到Au@Fe3O4/YVO4∶Yb3+，Er3+荧光纳米粒子，为探究Au@Fe3O4在生物体内的流转和沉积提供了研究基础和技术准备。通过XRD、TEM、SEM、FTIR和荧光分析等表征手段，研究了几个影响因素对制备结果的影响，并对其物相组成、结晶性、微观形貌和荧光性能进行了分析。本文的主要研究内容及结果如下:
　　(1)通过化学共沉淀法制备得到热种子材料Fe3O4@CNTs，并分别探讨了研究过程中加入不同质量的碳纳米管和不同种类的表面活性剂对样品性能的影响。结果发现，在相同的表面活性剂和相同的研究条件下，碳纳米管含量为12.5％时，铁氧体在碳纳米管表面包覆的最好，最为均匀。在碳纳米管含量均为12.5％和相同的研究条件下，十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）作为表面活性剂制得样品的性能要优于十二烷基硫酸钠(SDS)和壬基酚聚氧乙烯醚(IGO)作为表面活性剂制得的样品。因此，最佳工艺参数为CNTs含量为12.5％，并选用CTAB为表面活性剂。此时，碳纳米管的表面包覆均匀，磁饱和强度也达到了肿瘤靶向热疗的要求。
　　(2)以聚乙二醇为分散剂，水热法制备的Fe3O4为原料，利用晶种生长法制备得到金磁纳米材料Au@Fe3O4，并探讨了Fe3O4添加量，即铁金比对样品制备的影响。结果表明，以PEG200为分散剂，可以制备出粒径为300-400nm左右，呈均匀球状的Fe3O4纳米颗粒;Fe3O4添加量过多、铁金比过大时，纳米Au颗粒太少而不足以完成包覆，会存在很多裸露的Fe3O4;而Fe3O4添加量过少、铁金比过小时，纳米Au颗粒太多，会在Fe3O4表面发生团聚，包覆不均匀;只有当Fe3O4添加量适中、铁金比恰当时，纳米Au颗粒才可以较为均匀地包覆在Fe3O4的表面。通过对比研究得出，最为适合的Fe3O4添加量为0.03g，即:Fe3O4∶Au=3∶8时可以满足纳米Au颗粒对Fe3O4纳米微球的均匀包覆。
　　(3)以硝酸镱、硝酸铒和钒酸钇为原料，柠檬酸为络合剂，在溶胶凝胶法制备YVO4∶Yb3+，Er3+荧光纳米粒子过程中加入已制备好的Au@Fe3O4，制备得到Au@Fe3O4/YVO4∶Yb3+，Er3+荧光纳米粒子。SEM、XRD测试表明，在Au@Fe3O4的表面沉积YVO4∶Yb3+，Er3+上转换荧光纳米粒子对金磁纳米材料Au@Fe3O4的晶体结构和稳定性没有影响;而且，Au@Fe3O4/YVO4∶Yb3+，Er3+样品在980nm激光激发下，会发射出明显的绿色荧光。总之，本文成功制备了荧光纳米粒子Au@Fe3O4/YVO4∶Yb3+，Er3+，为后续实现金磁纳米材料Au@Fe3O4在动物体内的示踪提供了材料基础。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 热种子材料Fe3O4@CNTs的研究现状

1．1．1 肿瘤热疗对热种子材料的性能要求

1．1．2 碳纳米管的性质及其纯化

1．1．3 Fe3O4对碳纳米瞥的表面修饰

1．2 靶向载体材料Au@Fe3O4的研究现状

1．2．1 肿瘤靶向化疗对载体材料的性能要求

1．2．2 Fe3O4磁性纳米颗粒的制备

1．2．3 Au@Fe3O4纳米金磁颗粒的合成

1．3 上转换荧光纳米粒子的研究现状

1．3．1 上转换发光的过程

1．3．2 上转换发光的基质材料

1．3．3 上转换发光材料的研究及应用

1．4 本论文的研究目的和内容

第2章 实验材料与方法

2．1 实验原料

2．2 实验设备

2．3 实验方法

2．4 表征方法

第3章 热种子材料的制备及表征

3．1 引言

3．2 样品制备

3．3 结果与讨论

3．3．1 浓硝酸纯化前后碳纳米管的微观形貌

3．3．2 碳纳米管含量对包覆效果的影响

3．3．3 不同表面活性剂对包覆效果的影响

3．3．4 CNTs和Fe3O4@CNTs的相分析

3．3．5 Fe3O4@CNTs纳米颗粒的磁学性能分析

3．4 本章小结

第4章 Au@Fe3O4的制备与表征

4．1 引言

4．2 样品制备

4．3 结果与讨论

4．3．1 还原处理对Au纳米颗粒的影响

4．3．2 Fe3O4纳米徽球形貌分析

4．3．4 Fe3O4与Au@Fe3O4的形貌及成分分析

4．3．5 Fe3O4与Au@Fe3O4的化学键分析

4．3．6 Fe3O4与Au@Fe3O4的相分析

4．3．7 Fe3O4及Au@Fe3O4纳米颗粒的磁学性能分析

4．4 本章小结

第5章 上转换荧光标记金磁纳米靶向载体材料的制备

5．1 引言

5．2 样品制备

5．3 结果与讨论

5．3．1 YVO4:Yb3+，Er3+和Au@Fe3O4／YVO4:Yb3+，Er3+纳米粒子的形貌分析

5．3．2 Au@Fe3O4和Au@Fe3O4／YVO4:Yb3+，Er3+纳米粒子的相分析

5．3．3 YVO4:Yb3+，Er3+和Au@Fe3O4／YVO4:Yb3+，Er3+纳米粒子的成分分析

5．4 荧光机理分析

5．4．1 YVO4:Yb3+，Er3+的荧光谱图分析

5．4．2 Au@Fe3O4／YVO4:Yb3+，Er3+的荧．光分析

5．4．3 荧光机理分析

5．5 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 创新点

6．3 展望

参考文献

致谢

附录 攻读硕士期间发表的论文和取得的成果