基于卟啉衍生物的纳米金属-有机框架在生物医学中的应用研究

摘要

纳米金属有机框架（NanoMetal-Organic frameworks，简称NMOFs）是一种新兴的晶态多孔纳米材料，在生物医学上有广泛的应用，如荧光成像、药物递送、光动力治疗、光热治疗等。多孔锆基MOF UiO-66中Zr的理论配位数为8，Zr簇周边有12个对苯二甲酸配体，但在实际结构中会存在配体缺陷。因此在实验过程中，可以利用这一现象通过添加不同种类的配体对其缺陷程度进行调节。本文采用配位缺陷策略，利用一锅法合成NMOF ZnDiCPp-I2+UiO-66。细胞实验表明，ZnDiCPp-I2+UiO-66具有优异的光动力治疗能力；利用一锅法制备了纳米复合材料 Py-UiO-66/C。细胞实验表明，复合材料具有一定的光热和光动力治疗效果，光热和光动力联合使治疗效果显著增强。 Ⅰ 采用配位缺陷的设计策略，利用一锅法，将重原子修饰的卟啉类光敏剂ZnDiCPp-I2掺杂到UiO-66 NMOF中得到ZnDiCPp-I2+UiO-66。所得材料在组织模拟环境下具有良好的化学稳定性和光稳定性。单线态氧生成实验表明，UiO-66中掺杂极低含量的ZnDiCPp-I2时，ZnDiCPp-I2+UiO-66 即能具有令人满意的单线态氧生成能力，这归因于碘原子显著的重原子效应。细胞内实验表明，ZnDiCPp-I2+UiO-66对HepG2癌细胞具有可忽略的暗毒性和良好的生物相容性；ZnDiCPp-I2+UiO-66 具有优异的光动力治疗能力，与已报道的同类MOFs光敏剂相比，在低功率LED灯照射下，ZnDiCPp-I2+UiO-66具有最低的有效光敏剂浓度，是一种有前景的光动力治疗平台。 Ⅱ 利用葡萄糖在溶剂热条件下的脱水聚合反应，采用一锅法制备了多孔碳与UiO-66-NH2的纳米复合材料。利用多孔碳在可见区的强吸收能力，使复合材料表现出一定的光热性能。进一步利用UiO-66-NH2自身存在配位缺陷，向材料中引入卟啉（PyCOOH）光敏剂，获得Py-UiO-66/C复合材料。PyCOOH作为常见的光敏剂，赋予了复合材料光动力性能。复合材料的光热和光动力性能均具有波长选择性。660 nm红光照射时，复合材料具有光热性能，而没有光动力性能。540 nm绿光照射时，复合材料具有光动力性能，而没有光热性能。细胞实验表明，复合材料具有一定的光热和光动力治疗效果，光热和光动力联合使治疗效果显著增强。

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第一章 前言

1.1 癌症的光动力治疗与光热治疗

1.1.1 光动力治疗机理

1.1.2 常见光敏剂介绍

1.1.3 卟啉合成方法简介

1.1.4 光动力治疗的不足

1.1.5 光热治疗

1.2 纳米材料在生物医学中的应用

1.2.1 脂质体

1.2.2 聚合物纳米颗粒

1.2.3 量子点

1.2.4 碳基纳米材料

1.2.5 金属基纳米材料

1.2.6 介孔二氧化硅纳米颗粒

1.2.7 有机-无机杂化材料

1.3 纳米尺度金属有机框架材料

1.3.1 MOFs材料概述

1.3.2 Zr-MOF材料概述

1.3.3 NMOFs材料的后合成修饰策略

1.3.4 NMOF催化能源应用实例

1.3.5 NMOF传感器应用实例

1.3.6 NMOF生物医学应用实例

参考文献

第二章 重原子效应增敏光动力治疗：卟啉掺杂的UiO-66纳米颗粒的制备与光动力学性质研究

2.1 材料和仪器

2.2 卟啉光敏剂的合成

2.2.1 5-苯基二吡咯甲烷

2.2.2 5,15-二(4-甲氧羰基苯基)-10,20-二苯基卟啉（H2DiCPp-OMe）

2.2.3 5,15-二(4-甲氧羰基苯基)-10,20-二苯基卟啉锌（ZnDiCPp-OMe）

2.2.4 5,15-二(4-羧基苯基)-10,20-二苯基卟啉锌（ZnDiCPp）

2.2.5 2,2'-[(4-碘苯基)亚甲基]二吡咯

2.2.6 5,15-二(4-甲氧羰基苯基)-10,20-二(4-碘苯基)卟啉（H2DiCPp-I2-OMe）

2.2.7 5,15-二(4-甲氧羰基苯基)-10,20-二(4-碘苯基)卟啉锌（ZnDiCPp-I2-OMe）

2.2.8 5,15-二(4-羧基苯基)-10,20-二(4-碘苯基)卟啉锌（ZnDiCPp-I2）

2.3 MOFs材料的合成

2.3.2 ZnDiCPp-I2(UiO-66

2.4 材料基础表征

2.4.1 产品照片

2.4.2 粉末X射线衍射

2.4.3 电感耦合等离子体谱ICP-OES

2.4.4 红外光谱

2.4.5 紫外光谱

2.4.6 发射光谱

2.4.7 氮气吸附与脱附实验BET

2.4.8 SEM与SEM-EDS

2.4.9 DLS

2.5 材料结构特征

2.5.1 对照实验

2.5.2 粉末X射线衍射

2.5.3 样品照片

2.5.4 电感耦合等离子体谱ICP-OES

2.5.5 相互作用分析

2.6 材料稳定性评价

2.6.1 生理环境稳定性

2.6.2 光稳定性

2.7 体外单线态氧生成测试

2.8 细胞实验

2.8.1 共聚焦荧光显微镜成像

2.8.2 细胞毒性实验

2.9 实验结论

参考文献

第二章 附图

第三章 光动力与光热治疗的联合：Py-UiO-66/C纳米复合材料的制备与体外抗癌研究

3.1 材料和仪器

3.2 卟啉光敏剂的合成

3.2.1 5-苯基二吡咯甲烷

3.2.2 5-(4-甲氧羰基苯基)-10,15,20-三苯基卟啉 Py1

3.2.3 5-(4-甲氧羰基苯基)-10,15,20-三苯基卟啉锌 Py2

3.2.4 5-(4-羧基苯基)-10,15,20-三苯基卟啉锌 PyCOOH

3.3 材料合成

3.3.1 UiO-66/C的合成

3.3.2 Py-UiO-66/C的合成

3.3.3 UiO-66-NH2的合成

3.4 材料基础表征

3.4.1 样品照片

3.4.2 粉末X射线衍射

3.4.3 电感耦合等离子体谱ICP-OES

3.4.4 红外光谱

3.4.5 透射电镜

3.4.6 DLS

3.4.7 UV-Vis光谱

3.5 材料稳定性评价

3.5.1 生理环境稳定性

3.5.2 光稳定性

3.6 光热和光动力性质

3.6.1 光热性质

3.6.2 光动力性质

3.7 细胞实验

3.8 实验结论

参考文献

第三章 附图

实验结论

论文发表情况

致谢