基于Fe3O4的功能磁性納米材料的制備及生物應(yīng)用基礎(chǔ)研究.pdf

1、近年來，隨著納米材料科學與技術(shù)的發(fā)展，以Fe3O4納米粒子為基礎(chǔ)的磁性納米材料在生物工程/生物醫(yī)藥等領(lǐng)域引起了科研工作者的廣泛興趣，這是因為Fe3O4納米粒子具有粒徑小、靈敏度高、毒性低、性能穩(wěn)定、原材料易得等優(yōu)勢。本課題以磁性Fe3O4納米粒子為基礎(chǔ)材料，通過有機/無機材料對其表面改性后用作抗腫瘤藥物載體及熒光分子探針載體，構(gòu)建磁靶向藥物遞送體系及智能磁性探針，并對其結(jié)構(gòu)及應(yīng)用性能進行研究分析。具體研究內(nèi)容如下:
　　首先，采用

2、共沉淀法、高溫熱分解法以及水熱法分別制備不同粒徑、不同相親性、表面具有不同官能團（-OH，-COOH及-NH2）的磁性Fe3O4納米粒子，并通過透射電鏡(TEM)，X-射線粉末衍射(XRD)，傅立葉紅外光譜(FT-IR)，熱重(TG)以及振動樣品磁強計(VSM)等對所制備的粒子進行表征。表征結(jié)果表明，所制備的磁性Fe3O4納米粒子的粒徑均在10-100nm之間，具有穩(wěn)定的晶型結(jié)構(gòu)及磁響應(yīng)性能。其中親水性PEG/PEI@Fe3O4，PAA

3、@Fe3O4，檸檬酸鹽修飾的Fe3O4以及1，6-己二胺修飾的Fe3O4均能均勻、穩(wěn)定地分散在磷酸鹽(PBS)緩沖液中;經(jīng)油酸修飾的親油性Fe3O4在正己烷中能夠形成穩(wěn)定的磁流體。
　　其次，以所制備的磁性Fe3O4納米粒子為出發(fā)點，通過直接或間接負載藥物的方式構(gòu)建pH敏感型磁靶向藥物遞送體系:(1)PEG/PEI@Fe3O4-DOX，通過PEG/PEI@Fe3O4上的伯胺基團與阿霉素(DOX)的13位羰基反應(yīng)生成pH敏感的亞胺鍵

4、構(gòu)建藥物遞送體系，載藥率及載藥量分別為85.01％及1.36％;(2)CMNPs-DOX，通過合成三氟乙基酯終端的聚乙二醇硅烷(APS-PEG-TFEE)連接裸露的Fe3O4納米粒子及DOX，DOX通過靜電吸附方式負載，載藥率及載藥量分別為76.19％及3.26％;(3)Fe3O4@LDH-MTX，經(jīng)水熱法一步制備藥物載體Fe3O4@LDH，利用鎂鋁層狀氫氧化物(LDH)寬裕的板層空間及在酸性環(huán)境中自主降解的功能構(gòu)建藥物遞送體系，載藥率

5、及載藥量分別為91.78％及18.36％;(4)CS/Fe3O4@mSiO2-DOX，使用介孔二氧化硅(mSiO2)改性親油性Fe3O4納米粒子，并以mSiO2為藥物儲存?zhèn)}負載DOX，最后使用殼聚糖封堵構(gòu)建藥物遞送體系，載藥率及載藥量分別為93.60％及29.30％。所制備pH敏感型磁靶向藥物遞送體系經(jīng)理化表征表明，遞送體系均具有適宜的生物尺寸，穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，良好的生物相親性及磁響應(yīng)性。
　　第三，通過配制不同pH值的PBS緩沖液模

6、擬正常組織及腫瘤組織的微環(huán)境研究了不同pH敏感型磁靶向藥物遞送體系的藥物緩釋性能，研究結(jié)果表明，所制備的藥物遞送體系均具有良好的pH響應(yīng)性，當pH＜6.0時，所負載的抗腫瘤藥物能夠在短時間內(nèi)快速釋放達到抑制腫瘤生長所需要的劑量隨后緩慢釋放保持該劑量，而在正常組織微環(huán)境中僅有少量的藥物釋放，說明所設(shè)計制備的藥物遞送體系在正常組織環(huán)境中具有相對穩(wěn)定的結(jié)構(gòu);特別的是，經(jīng)Bhaskas，F(xiàn)irst-order以及Higuchi方程分析Fe3O4

7、@LDH-MTX及CS/Fe3O4@mSiO2-DOX的釋放動力學表明Fe3O4@LDH-MTX的藥物釋放是通過LDH板層的溶解及離子交換方式且離子交換方式起主要作用，CS/Fe3O4@mSiO2-DOX的藥物釋放是通過“網(wǎng)守”CS的快速降解并溶出，這與經(jīng)pH敏感的化學鍵及靜電作用釋放藥物完全不同。此外，經(jīng)WST-1或MTT毒性分析表明，所制備的藥物遞送載體幾乎沒有生物毒性，而藥物遞送體系對腫瘤細胞的增殖抑制效果均優(yōu)于單獨的藥物分子。<

8、br>　　第四，以PAA@Fe3O4為載體經(jīng)酰胺化反應(yīng)負載氨基化羅丹明B(RB)成功制備出穩(wěn)健、廉價的磁性探針(RB-PEG-PAA-MNPs)。經(jīng)離子檢測試驗證實RB-PEG-PAA-MNPs對Cr3+具有高的選擇性及敏感性，即使與競爭離子（Ag+，Ca2+，Li+，NH4+，Sn2+，Pb2+，K+，Mg2+，Mn2+，Na+，Ni+，F(xiàn)e2+，Cd2+，Cu2+，F(xiàn)e3+，Co2+及Zn2+）共存時對Cr3+依然具有超高的選擇性，

9、且對Cr3+的檢測極限(LOD=0.131μM)遠遠小于美國環(huán)保局所報道的數(shù)值(1.923μM)。此外，RB-PEG-PAA-MNPs在體外檢測時可以檢測并移除樣品中的Cr3+，且經(jīng)WST-1毒性分析表明探針對正常細胞HUVEC幾乎沒有生物毒性，并且在活細胞內(nèi)具有快速成像的效果。
　　最后，以檸檬酸鹽修飾的Fe3O4納米粒子為載體，通過零度反應(yīng)還原氯化金制備Fe3O4@Au復(fù)合納米粒子，經(jīng)Au-S鍵作用，將異硫氰酸羅丹明B(RBI

10、)負載到Fe3O4@Au上，經(jīng)巰基乙酸(TA)做親水性修飾制備出磁性探針Fe3O4@Au-TA-RBI(簡稱probe)。該探針中Au納米粒子充當RBI的熒光淬滅劑，TA用作表面改性劑。理化表征表明所制備的probe具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，良好的親水性能及磁響應(yīng)性。此外，經(jīng)水溶液中離子檢測實驗得知probe對Hg2+具有高選擇性和靈敏性，在競爭離子(Li+，F(xiàn)e2+，Cd2+，Zn2+，Mg2+,Na+,K+,Mn2+,Ni2+,NH4+,Co