功能化纳米材料的可控合成及其在肿瘤诊疗中的应用

【摘要】：自纳米材料首次被制备出来,其区别于块体材料的独特性质引起了科学家们强烈的兴趣。随着各种不同类型的纳米材料被发掘出来,它们的各种应用也不断被开发,如基于纳米材料的肿瘤诊断与治疗方面的研究正在如火如荼地进行。肿瘤是危及人类健康的一大杀手,但许多肿瘤在早期是可以治愈的,因此肿瘤的早期诊断十分关键;此外,肿瘤与肿瘤微环境是“种子”与“土壤”的关系,肿瘤微环境有利于肿瘤的快速增殖与发展,且会降低许多治疗手段的效果。因此开发功能化纳米材料实现肿瘤的早期诊断和改善肿瘤微环境进行肿瘤治疗尤为重要。本论文设计合成了一系列功能化纳米材料,并探索了其在肿瘤早期诊断和改善肿瘤微环境实现肿瘤高效治疗方面的应用。具体研究内容如下:1.探索合成了具有小突起的Ag-Ag Cl纳米立方体(NCs),经叶酸(FA)修饰后用于叶酸受体(FR)过表达癌细胞的特异性和高灵敏检测。在光还原作用下,通过PVP、Na I调控合成了具有小突起的Ag-Ag Cl NCs。Ag-Ag Cl NCs在大约400 nm处存在一个等离子吸收峰,可通过金属增强化学发光大大提高鲁米诺-H_2O_2发光体系的发光强度,利用化学发光仪检测出信号的变化。因此,经FA修饰后的Ag-Ag Cl NCs可以作为基于化学发光信号的生物传感器实现对FR过表达的癌细胞的高选择性和高灵敏度地检测,检测限能达到100个细胞/m L。在血清样品中也可以达到相似的效果,因此,该研究有望成为早期肿瘤临床诊断的有力手段。2.制备了一种在近红外二区(NIR-II)具有表面等离子体效应(SPR)的蘑菇状Ag-Ag Cl@Au纳米平台,用于缓解肿瘤缺氧以及光热疗-光动力治疗协同对抗肿瘤。在可见光照射下,通过在Ag-Ag Cl NCs上选择性光沉积Au,合成了具有NIR-II响应的Ag-Ag Cl@Au纳米蘑菇(NMs)。在NIR-II光驱动下,Ag-Ag Cl@Au NMs可以氧化内源性H_2O产生O_2,缓解肿瘤组织缺氧。同时,O_2与传导到Ag Cl导带上的电子发生反应,产生超氧自由基(O_2~(·-)),用于光动力治疗。此外,Ag-Ag Cl@Au NMs具有优异的光热效应,可用于光热疗,实现协同治疗肿瘤。因此,本研究为设计NIR-II光驱动分解H_2O产生O_2和O_2~(·-)用于高效、协同治疗深层缺氧肿瘤的纳米制剂提供了一种新的策略。3.设计合成了FA修饰的Au纳米框架(FA-Au NFs)用于放大压力和温度信号,利用便携式压力计和温度计,高灵敏度、高精度地检测癌细胞。通过光还原和刻蚀模板的方法制备了在NIR-II区有优异的光热性能和过氧化氢酶活性的Au NFs,可以促进NH_4HCO_3和H_2O_2分解产生CO_2、NH_3和O_2,协同放大压力信号,并通过便携式压力计在封闭的反应器中识别出压力变化。同时,Au NFs具有过氧化物酶活性,能催化四甲基联苯胺(TMB)氧化生成TMB氧化物(ox TMB),ox TMB也具有很好的光热效应,从而与Au NFs协同放大光热信号,可利用便携式温度计读取出温度变化。该策略可用于检测FR过表达的癌细胞。利用压力计和温度计检测癌细胞的检测限分别为6和5个细胞/m L。此外,Au NFs可以催化H_2O_2分解产生O_2来改善肿瘤缺氧,并对癌症进行光热治疗。这种基于Au NFs放大压力和温度信号的双模式传感平台具有便携式和超灵敏检测癌细胞,以及治疗癌症的潜力。4.开发了温度响应的负载乳酸氧化酶(LOX)和Cu_7S_4@Fe纳米颗粒(NPs),并被相变材料(PCM)封装的介孔二氧化硅(m Si O_2)纳米复合材料(LOX-Cu_7S_4@Fe-m Si O_2@PCM),用于光热疗和消耗乳酸增强化学动力学疗法的肿瘤治疗。通过热注入法合成Cu_7S_4@Fe NPs,并将其和LOX负载到m Si O_2中,然后用PCM(硬脂酸-月桂酸)封装,Cu_7S_4@Fe NPs具有很好的光热效应,在NIR光照射下,将光转化为热使PCM熔化释放LOX,还可以通过光热疗杀伤肿瘤。此外,在酸性微环境中,Cu_7S_4@Fe NPs可以通过芬顿反应催化H_2O_2生成剧毒的羟基自由基(·OH)实现化学动力学疗法杀伤肿瘤。LOX可以消耗肿瘤部位的乳酸,生成H_2O_2增强化学动力学疗法,还可以改善肿瘤酸性微环境。因此,本研究提供了一种新的安全与高效兼具的肿瘤治疗的思路。