二氧化鈰基納米材料的抗氧化機(jī)理及生物應(yīng)用研究.pdf

1、研究表明氧化應(yīng)激與多種疾病的產(chǎn)生密切相關(guān)，它是由于活性氧物種在生物體內(nèi)的過(guò)量積累而導(dǎo)致的。因此，抗氧化劑在氧化應(yīng)激相關(guān)疾病的治療中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。具有氧化還原性質(zhì)的納米材料因結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、活性可再生等優(yōu)點(diǎn)在生物抗氧化領(lǐng)域備受關(guān)注。其中，二氧化鈰(CeO2)納米材料因優(yōu)異的氧化還原能力在生物抗氧化領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛。
　　本論文圍繞CeO2納米材料的合成、抗氧化機(jī)理研究、抗氧化活性調(diào)控、及生物應(yīng)用研究進(jìn)行展開(kāi)。CeO2中Ce3+與Ce

2、4+可相互轉(zhuǎn)換，這一轉(zhuǎn)換過(guò)程伴隨著氧缺陷的生成與消除。近些年，CeO2納米材料因這一可逆的變價(jià)性質(zhì)及良好的生物安全性成為備受關(guān)注的生物抗氧化材料。研究表明CeO2納米材料可消除生物體內(nèi)過(guò)量的活性氧物種，進(jìn)而在多種疾病產(chǎn)生過(guò)程中體現(xiàn)出抗氧化保護(hù)或疾病治療的作用。但是其抗氧化機(jī)理仍不清晰、抗氧化活性的調(diào)控及多功能化修飾的研究仍較缺乏、抗氧化生物應(yīng)用仍需進(jìn)一步的研究拓展。本文基于CeO2納米材料抗氧化過(guò)程中物理化學(xué)性質(zhì)的變化，并結(jié)合定性的光譜

3、表征及定量的催化實(shí)驗(yàn)探究其抗氧化機(jī)理。在此基礎(chǔ)上，本文進(jìn)一步研究了CeO2納米材料抗氧化活性的調(diào)控及其在胰島?細(xì)胞中的抗氧化保護(hù)作用。此外，本文還實(shí)現(xiàn)了具備抗氧化性、核磁共振造影成像及CT造影成像的多功能CeO2基納米材料的合成及性質(zhì)研究。本文的研究重點(diǎn)圍繞以下兩方面進(jìn)行展開(kāi)：
　　(1)CeO2納米材料的抗氧機(jī)理研究及抗氧化活性調(diào)控
　　通過(guò)紫外可見(jiàn)吸收光譜、X射線吸收譜、拉曼光譜等原位表征技術(shù)，探測(cè)CeO2抗氧化反應(yīng)過(guò)程

4、中Ce的價(jià)態(tài)、局域配位環(huán)境及吸附氧物種等的變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：CeO2與H2O2反應(yīng)后吸收光譜發(fā)生紅移；CeO2中鈰離子的配位數(shù)呈現(xiàn)先增大后減小至初始值的趨勢(shì)。結(jié)合定量的催化實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：CeO2的抗氧化能力取決于與過(guò)氧物種配位的Ce位點(diǎn)的氧化還原能力，且在CeO2循環(huán)催化H2O2分解過(guò)程中，Ce4+被還原一步是抗氧化反應(yīng)的關(guān)鍵步驟。這一研究深入理解并揭示了CeO2的抗氧化機(jī)理。
　　基于抗氧化機(jī)理的研究，我們采用稀土Gd3+離子

5、摻雜的手段調(diào)控了CeO2納米材料的氧缺陷狀態(tài)，進(jìn)而提高了CeO2的抗氧化活性，并且這一活性的提高在催化循環(huán)及細(xì)胞環(huán)境中仍可保持。此外，調(diào)控機(jī)理研究表明摻雜能提高CeO2與氧物種的配位能力及表面Ce位點(diǎn)的氧化還原性，進(jìn)而提高了其抗氧化活性。
　　(2)CeO2基納米材料的多功能化研究及生物應(yīng)用探索
　　本文將高溫?zé)岱纸夥ㄖ苽涞腃eO2:Gd納米花經(jīng)轉(zhuǎn)水相修飾上親水性配體，并系統(tǒng)研究了其抗氧化性、MRI造影成像及CT造影成像性質(zhì)