基于金纳米簇多功能生物纳米探针的设计、合成及其应用研究

摘要

无机纳米材料，尤其是金纳米材料，由于具有独特的表面等离子体效应、光电性质以及生物相容性等优势，在生物传感器、靶向给药、生物组织和细胞成像及动力学治疗等领域有着极其广阔的应用前景。金纳米材料通过表面工程化修饰可有效改善其发光性能，并赋予其表面拉曼增强成像以及载药、治疗等功能，实现生物纳米探针诊疗一体化，从而引起了科研人员广泛而深入的关注。在本论文中，我们利用不同氨基酸修饰金纳米簇，再与其他有机功能分子通过化学键作用复合与组装，实现了有机无机复合型多功能生物纳米探针的制备，并成功应用于生物成像中。
　　在第二章中，我们利用谷胱甘肽（GSH）还原高氯金酸合成金纳米簇，接着与β-环糊精（β-CD）通过酯化反应得到化学键合的Au-GS@β-CD复合纳米粒子。经实验测试表明，Au-GS@β-CD纳米粒子（NPs）实现了红光发射，且随着浓度的增加，发射强度逐渐增强。细胞毒性实验表明， Au-GS@β-CD NPs毒性低，生物相容性好。激光扫描共聚焦显微镜成像结果表明，Au-GS@β-CD NPs对胃癌细胞（MGC-803）具有选择透过性，可进行特异性荧光标记。温度响应实验结果表明，随着温度的升高， Au-GS和Au-GS@β-CD NPs荧光强度逐渐变弱。金属离子检测结果表明，Au-GS和Au-GS@β-CD NPs都对Pb2+、Al3+、Cu2+、Ag+和Fe3+作出了响应。
　　在第三章中，我们设计并合成了一系列磁性荧光纳米粒子 Fe3O4@Au， Fe3O4@Au@SiO2，Fe3O4@Au@β-CD；对其结构和性能进行了详细表征，这三种材料都实现了磁共振成像和荧光成像能力的结合，其中Fe3O4@Au@β-CD NPs呈现明显的核壳结构，且水溶性要明显优于Fe3O4@Au和Fe3O4@Au@SiO2 NPs，同时最大荧光发射峰红移，实现红色荧光发射。随着浓度的增加，三种磁性纳米材料荧光发射强度均明显增强。细胞毒性实验表明，Fe3O4@Au，Fe3O4@Au@SiO2和Fe3O4@Au@β-CD NPs均具有较低的生物毒性，而Fe3O4@Au@β-CD NPs由于其高水溶性表现出良好的生物相容性。激光扫描共聚焦显微镜成像结果表明Fe3O4@Au@β-CD NPs对胃癌细胞（MGC-803）具有良好的选择透过性，因此可以进行特异性标记。
　　在第四章中，我们将铂卟啉（Pt-TCPP）与金纳米簇（Au-L-cys）通过酯化反应进行化学键合生成Au-L-cys@Pt-TCPP有机无机复合纳米粒子，该纳米粒子兼具金属卟啉和金纳米簇的性能，其最大发射峰到达红光区域。细胞毒性实验表明，Au-L-cys@Pt-TCPP NPs具有较低的生物毒性和良好的生物相容性。此外，激光扫描共聚焦显微镜成像结果表明Au-L-cys@Pt-TCPP NPs对胃癌细胞（MGC-803）有较好的选择透过性，可实现特异性红光成像标记。同时对HeLa细胞实现了双波段检测功能：蓝光波段（420?480 nm）和红光波段（620?680 nm）。
　　综上所述，本论文基于对金纳米簇和磁性荧光纳米粒子的表面工程化修饰，实现了多功能高水溶性生物纳米探针的合成，为癌细胞诊疗一体化试剂的研发提供了极具应用前景的候选材料。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 癌症的研究背景

1.2 癌症的诊断

1.3 癌症的治疗

1.4 纳米材料在癌症诊疗领域的应用

1.5 诊疗一体化生物纳米探针

1.6 本论文的研究目的和内容

参考文献

第二章 水溶性荧光纳米粒子的制备以及生物成像应用研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 温度响应检测

2.5 金属离子响应检测

2.6 小结

参考文献

第三章 水溶性磁性荧光纳米材料的制备和生物成像应用研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 小结

参考文献

第四章 有机无机复合多功能生物诊疗纳米探针的合成和应用研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 小结

参考文献

第五章 结论和展望

5.1 结论

5.2 创新点

5.3 展望

致谢

攻读学位期间发表的学术论文