稀土上轉換-硅基納米復合材料的設計制備及生物醫(yī)學應用研究.pdf

1、稀土摻雜上轉換納米材料能夠在低能近紅外光的激發(fā)下發(fā)射高能的可見光/紫外光。作為一種新型的熒光成像探針，上轉換納米材料不僅具有優(yōu)異的光學性能，同時還具備以下幾種獨特的優(yōu)點，比如優(yōu)異的化學及光學穩(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敏感度以及對生物組織極強的穿透能力。這些優(yōu)點使得上轉換納米材料在諸多領域具有廣泛的應用價值。盡管備受關注，但在生物應用過程中仍存在一些關鍵問題有待解決，其中包括多譜帶發(fā)光調節(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機/有機材料進而構建多功能高效的納米診療平臺等。而本論文中，設計合成了三種結構與功能逐步遞進的上轉換或復合上轉換納米材料，對材料形貌、光譜進行調節(jié)的同時，對復合納米材料的生物醫(yī)學應用進行了系統(tǒng)的研究。
　　使用簡單的水熱合成方法，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。調節(jié)反應時間與絡合劑種類進而調控粒子形貌。在單波段980 nm激光的激發(fā)下，

3、對所合成出的KMnF3: Yb3+/Er3+/Tm3+納米粒子的發(fā)射譜帶進行研究后發(fā)現稀土離子三摻雜納米粒子同時具備四波段的發(fā)射譜帶（藍、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的熒光發(fā)射。最后通過泵浦功率實驗結果對各譜帶的發(fā)光機理進行了討論。
　　設計合成了光敏劑包入的雙層核-殼結構上轉換/硅基納米復合材料體系，探討了其在THP-1巨噬細胞內的細胞成像與光動力治療方面的應用。首先采用高溫熱裂解法制備Er3+離

4、子摻雜的NaYF4納米粒子。篩選不同反應時間與反應溫度對NaYF4納米粒子的粒徑和形貌進行有效調控。通過改變表面活性劑及硅烷偶聯劑四乙氧基硅烷(TEOS)的用量控制包覆過程核殼結構納米粒子的尺寸、均一度、包覆厚度及孔道性質。通過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構中。在近紅外光的激發(fā)下，對核殼結構粒子所產生的單線態(tài)氧進行化學探測。隨后研究了核殼結構納米粒子的細胞毒性、細胞攝取后成像及光動力治療效果。實驗結果

5、表明粒子易于被THP-1巨噬細胞吞噬，光照下的光動力治療對THP-1巨噬細胞有較好的抑制效果。最后對細胞的凋亡機制進行了預測分析。
　　設計制備了三層核-殼-殼結構三功能近紅外光響應智能藥物控釋體系，隨后探討了其在 A549肺癌細胞內的細胞成像與光動力治療方面的應用。首次同時實現了近紅外光誘導下的細胞成像、光動力治療與藥物釋放。首先制備上轉換納米粒子核NaYF4作為上轉換發(fā)射的納米轉換器。隨后在上轉換粒子表面包覆一層鑲嵌水溶性光敏

6、劑亞甲基藍(MB)的實心硅球。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態(tài)氧敏感的有機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使其與金剛烷通過絡合的方式將介孔孔道完全封堵。在980 nm激光的照射下，納米光學轉換器將近紅外光轉換的540 nm綠光發(fā)射用于細胞成像，而轉換的660 nm紅光發(fā)射被光敏劑MB吸收，產生的單線態(tài)氧應用于光動力治療的同時還能夠切斷單線態(tài)氧敏感分