稀土上轉(zhuǎn)換-硅基納米復(fù)合材料的設(shè)計(jì)制備及生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用研究.pdf

1、稀土摻雜上轉(zhuǎn)換納米材料能夠在低能近紅外光的激發(fā)下發(fā)射高能的可見(jiàn)光/紫外光。作為一種新型的熒光成像探針，上轉(zhuǎn)換納米材料不僅具有優(yōu)異的光學(xué)性能，同時(shí)還具備以下幾種獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，比如優(yōu)異的化學(xué)及光學(xué)穩(wěn)定性、較低的毒性、較低的背景熒光干擾、較高的信噪比與探測(cè)敏感度以及對(duì)生物組織極強(qiáng)的穿透能力。這些優(yōu)點(diǎn)使得上轉(zhuǎn)換納米材料在諸多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。盡管備受關(guān)注，但在生物應(yīng)用過(guò)程中仍存在一些關(guān)鍵問(wèn)題有待解決，其中包括多譜帶發(fā)光調(diào)節(jié)、提高生物窗口發(fā)射

2、譜帶的熒光效率以及如何合理修飾與整合無(wú)機(jī)/有機(jī)材料進(jìn)而構(gòu)建多功能高效的納米診療平臺(tái)等。而本論文中，設(shè)計(jì)合成了三種結(jié)構(gòu)與功能逐步遞進(jìn)的上轉(zhuǎn)換或復(fù)合上轉(zhuǎn)換納米材料，對(duì)材料形貌、光譜進(jìn)行調(diào)節(jié)的同時(shí)，對(duì)復(fù)合納米材料的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。
　　使用簡(jiǎn)單的水熱合成方法，嘗試稀土多離子共摻雜的方式制備出三摻的KMnF3: Yb3+/Er3+/Tm3+納米粒子。調(diào)節(jié)反應(yīng)時(shí)間與絡(luò)合劑種類(lèi)進(jìn)而調(diào)控粒子形貌。在單波段980 nm激光的激發(fā)下，

3、對(duì)所合成出的KMnF3: Yb3+/Er3+/Tm3+納米粒子的發(fā)射譜帶進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)稀土離子三摻雜納米粒子同時(shí)具備四波段的發(fā)射譜帶（藍(lán)、綠、紅、近紅外），并且位于生物窗口的紅光與近紅外光都具有較強(qiáng)的熒光發(fā)射。最后通過(guò)泵浦功率實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)各譜帶的發(fā)光機(jī)理進(jìn)行了討論。
　　設(shè)計(jì)合成了光敏劑包入的雙層核-殼結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)換/硅基納米復(fù)合材料體系，探討了其在THP-1巨噬細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞成像與光動(dòng)力治療方面的應(yīng)用。首先采用高溫?zé)崃呀夥ㄖ苽銭r3+離

4、子摻雜的NaYF4納米粒子。篩選不同反應(yīng)時(shí)間與反應(yīng)溫度對(duì)NaYF4納米粒子的粒徑和形貌進(jìn)行有效調(diào)控。通過(guò)改變表面活性劑及硅烷偶聯(lián)劑四乙氧基硅烷(TEOS)的用量控制包覆過(guò)程核殼結(jié)構(gòu)納米粒子的尺寸、均一度、包覆厚度及孔道性質(zhì)。通過(guò)水解共縮合的方式將光敏劑二輕卟酚e6(Ce6)固定在外層的硅殼結(jié)構(gòu)中。在近紅外光的激發(fā)下，對(duì)核殼結(jié)構(gòu)粒子所產(chǎn)生的單線(xiàn)態(tài)氧進(jìn)行化學(xué)探測(cè)。隨后研究了核殼結(jié)構(gòu)納米粒子的細(xì)胞毒性、細(xì)胞攝取后成像及光動(dòng)力治療效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果

5、表明粒子易于被THP-1巨噬細(xì)胞吞噬，光照下的光動(dòng)力治療對(duì)THP-1巨噬細(xì)胞有較好的抑制效果。最后對(duì)細(xì)胞的凋亡機(jī)制進(jìn)行了預(yù)測(cè)分析。
　　設(shè)計(jì)制備了三層核-殼-殼結(jié)構(gòu)三功能近紅外光響應(yīng)智能藥物控釋體系，隨后探討了其在 A549肺癌細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞成像與光動(dòng)力治療方面的應(yīng)用。首次同時(shí)實(shí)現(xiàn)了近紅外光誘導(dǎo)下的細(xì)胞成像、光動(dòng)力治療與藥物釋放。首先制備上轉(zhuǎn)換納米粒子核NaYF4作為上轉(zhuǎn)換發(fā)射的納米轉(zhuǎn)換器。隨后在上轉(zhuǎn)換粒子表面包覆一層鑲嵌水溶性光敏

6、劑亞甲基藍(lán)(MB)的實(shí)心硅球。外層繼續(xù)包覆介孔二氧化硅用于裝載模型藥物羅丹明B(RhB)。之后在硅球表面修飾單線(xiàn)態(tài)氧敏感的有機(jī)分子后再連接金剛烷分子(AD)，最后在載藥完成后加入環(huán)糊精分子β-CD使其與金剛烷通過(guò)絡(luò)合的方式將介孔孔道完全封堵。在980 nm激光的照射下，納米光學(xué)轉(zhuǎn)換器將近紅外光轉(zhuǎn)換的540 nm綠光發(fā)射用于細(xì)胞成像，而轉(zhuǎn)換的660 nm紅光發(fā)射被光敏劑MB吸收，產(chǎn)生的單線(xiàn)態(tài)氧應(yīng)用于光動(dòng)力治療的同時(shí)還能夠切斷單線(xiàn)態(tài)氧敏感分