發(fā)布時(shí)間：2020-11-04 10:08

　　 稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料(UCNPs)是一類吸收長(zhǎng)波長(zhǎng)、低能量光子，發(fā)射短波長(zhǎng)高能量光子的新型熒光探針材料，具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如優(yōu)異的光學(xué)穩(wěn)定性、高化學(xué)穩(wěn)定性、低毒性，另外在近紅外光激發(fā)下具有組織穿透能力深、對(duì)生物組織無(wú)損傷、近乎零背景熒光干擾、成像靈敏度高等諸多優(yōu)點(diǎn)，在生物醫(yī)學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用前景。盡管稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料備受人們關(guān)注，但是關(guān)于其表面修飾、生物安全性以及在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用如多色成像、多模態(tài)成像和新型成像模式下的癌癥治療等諸多問題仍然是研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。 本博士論文中，我們通過改變稀土元素?fù)诫s，合成得到不同尺寸和不同發(fā)射光譜的稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米顆粒，并采用多種表面修飾方法賦予其優(yōu)異的水溶性和生物相溶性，發(fā)展了稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米顆粒在生物醫(yī)學(xué)成像中的應(yīng)用，并對(duì)材料的生物安全性和動(dòng)物體內(nèi)行為進(jìn)行了系統(tǒng)研究；同時(shí)，我們還以上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料為基底，構(gòu)建了一系列多功能復(fù)合納米材料，并將其應(yīng)用于多模式腫瘤成像、新型癌癥治療、干細(xì)胞研究等諸多方面；此外，我們還初步探索了基于一些有機(jī)高分子納米材料在生物醫(yī)學(xué)成像和腫瘤光熱治療等方面的應(yīng)用。主要的研究結(jié)果概括如下： 第一章：簡(jiǎn)要綜述了上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料的研究進(jìn)展，著重闡明本博士論文的選題依據(jù)和研究?jī)?nèi)容。 第二章：我們運(yùn)用高溫?zé)岱纸獾姆椒ㄍㄟ^調(diào)節(jié)稀土元素?fù)诫s比例合成得到不同發(fā)射波長(zhǎng)的上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料，利用兩親性高分子將其修飾使之具備良好的水溶性和生物相容性，并應(yīng)用于多色活體成像和淋巴循環(huán)成像。此外，我們還發(fā)現(xiàn)UCNP由于其無(wú)背景熒光干擾的特點(diǎn)，具有比量子點(diǎn)熒光成像高至少一個(gè)數(shù)量級(jí)的體內(nèi)成像靈敏度，表明上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料在高靈敏多色生物成像中將有廣泛的應(yīng)用前景。 第三章：除了調(diào)節(jié)元素?fù)诫s而調(diào)控UCNP上轉(zhuǎn)換發(fā)射光譜外，我們還將一些染料分子吸附在納米顆粒表面，形成UCNP-Dye復(fù)合物，通過熒光能量共振轉(zhuǎn)移(FRET)，在單一980nm激光激發(fā)下得到更多顏色的上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料，且在活體水平上實(shí)現(xiàn)了更多顏色上轉(zhuǎn)換熒光成像。 第四章：盡管上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料在生物醫(yī)學(xué)成像中發(fā)揮了重要的作用，但其生物安全行性一直是備受人們關(guān)注。我們將兩種不同類型高分子OA-PAA和DSPE-PEG修飾的上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料通過尾靜脈注射到小鼠體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)PEG-UCNP比PAA-UCNP具有更長(zhǎng)的血液循環(huán)時(shí)間，且主要富集在網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)中。通過血生化分析、組織切片和動(dòng)物學(xué)行為的研究，發(fā)現(xiàn)上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料在比較高注射劑量下(20mg/kg)基本未表現(xiàn)出明顯的毒性。 第五章：基于上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料，我們還發(fā)展了一種光磁復(fù)合多功能納米材料用于多模式生物成像和治療。超小的四氧化三鐵納米顆粒(IONP)通過靜電作用力吸附在上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米顆粒表面，形成UCNP-IONP復(fù)合物，然后在其表面原位生長(zhǎng)出一層薄的金殼層。利用這種復(fù)合功能納米材料，我們?cè)诩?xì)胞水平上實(shí)現(xiàn)分子靶向的上轉(zhuǎn)換熒光成像、磁共振成像和暗場(chǎng)模式光學(xué)成像。功能復(fù)合納米材料表面的金殼層具有很強(qiáng)的表面等離子共振吸收，可以用于分子靶向或磁靶向下的光熱治療。另外我們還將PEG修飾的功能復(fù)合納米材料通過尾靜脈注射到小鼠體內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了活體水平上的上轉(zhuǎn)換熒光和磁共振雙模態(tài)成像。 第六章：第五章中合成的光磁復(fù)合功能納米材料可被進(jìn)一步用于活體水平上成像指導(dǎo)下的腫瘤光熱治療。我們發(fā)現(xiàn)該復(fù)合納米材料在磁場(chǎng)誘導(dǎo)下，在腫瘤部位具有和對(duì)照組相比提高了約8倍的高富集量。利用該材料的光吸收特性，在近紅外808nm激光的照射下，我們實(shí)現(xiàn)了磁靶向作用下活體水平上的高效腫瘤光熱治療。這個(gè)工作是第一次成功實(shí)現(xiàn)在成像模式指導(dǎo)下、磁場(chǎng)靶向作用下的活體水平腫瘤光熱治療。 第七章：前面工作中得到的這種基于稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米顆粒的光磁復(fù)合功能納米材料還可以被用作干細(xì)胞的追蹤和體內(nèi)定位控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該復(fù)合納米材料沒有對(duì)干細(xì)胞造成明顯的毒性，并且不會(huì)對(duì)干細(xì)胞的增殖和分化過程造成影響。利用上轉(zhuǎn)換熒光成像技術(shù)，第一次在活體水平上成功檢測(cè)到少于10個(gè)干細(xì)胞。同時(shí)在外加磁場(chǎng)作用下，功能復(fù)合納米材料標(biāo)記的干細(xì)胞可以通過磁靶向作用在傷口部位大量進(jìn)行富集，為干細(xì)胞在組織修復(fù)等方面的應(yīng)用帶來(lái)新的機(jī)遇。 第八章：通過改變?cè)�素�(fù)诫s種類，我們還合成了發(fā)射紫外光的上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料，并在其表面層層包裹修飾上SiO_2和TiO_2，得到UCNP@SiO_2@TiO_2納米顆粒。該復(fù)合結(jié)構(gòu)納米顆粒在980nm激光照射下通過FRET方式產(chǎn)生活性氧自由基，并可用于近紅外光誘導(dǎo)下的光動(dòng)力治療。 第九章：我們以上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料為基底，將含有拉曼分子的金納米顆粒吸附在其表面，再在原位生長(zhǎng)一層金殼層形成功能復(fù)合納米材料。利用這一納米結(jié)構(gòu)，我們初步實(shí)現(xiàn)了基于UCNP@Au的功能復(fù)合納米材料的上轉(zhuǎn)換熒光和表面增強(qiáng)拉曼(SERS)的多色和多模式成像。該材料有望在細(xì)胞和活體水平上進(jìn)一步得到廣泛的應(yīng)用。 第十章：除了稀土上轉(zhuǎn)換材料方面的工作外，我們還運(yùn)用層層自組裝的方法將PEG修飾在導(dǎo)電高分子PEDOT:PSS表面，將這種具有強(qiáng)近紅外光吸收的有機(jī)納米材料用于活體水平上的光熱治療，并對(duì)其長(zhǎng)期毒理學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了仔細(xì)研究。該工作第一次報(bào)道了有機(jī)導(dǎo)電高分子納米材料在活體水平上光熱治療，后續(xù)相關(guān)工作還在進(jìn)一步研究中。 總之，本論文對(duì)稀土發(fā)光納米材料及以之為基底構(gòu)建的復(fù)合功能納米材料在生物成像、腫瘤物理治療、干細(xì)胞研究等多方面的應(yīng)用進(jìn)行了較為系統(tǒng)的探討，我們的研究結(jié)果鼓舞了這一類功能納米材料在生物醫(yī)學(xué)中進(jìn)一步的深入研究。
【學(xué)位單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2012
【中圖分類】：R318.08;TB383.1
【文章目錄】：
中文摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 分子影像技術(shù)
        1.2.1 有機(jī)熒光染料
        1.2.2 半導(dǎo)體量子點(diǎn)
        1.2.3 碳納米材料
    1.3 稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料
        1.3.1 上轉(zhuǎn)換發(fā)光機(jī)制
        1.3.2 上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料的基質(zhì)
        1.3.3 上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料的制備方法
        1.3.4 上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料的表面修飾
        1.3.5 上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料的生物應(yīng)用
    1.4 本論文選題依據(jù)和研究?jī)?nèi)容
    參考文獻(xiàn)
第二章 ：聚乙二醇（PEG）修飾的上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料用于高靈敏多色活體成像
    2.1 引言
    2.2 實(shí)驗(yàn)部分
        2.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑
        2.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟
        2.2.3 儀器表征
    2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
        2.3.1 上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料的合成與表面修飾
        2.3.2 多色上轉(zhuǎn)換熒光成像
        2.3.3 多色淋巴循環(huán)上轉(zhuǎn)換熒光成像
        2.3.4 多色細(xì)胞標(biāo)記和追蹤
        2.3.5 上轉(zhuǎn)換熒光成像和量子點(diǎn)熒光成像靈敏度比較
    2.4 本章小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第三章 基于能量共振轉(zhuǎn)移方式的多色上轉(zhuǎn)換熒光成像
    3.1 引言
    3.2 實(shí)驗(yàn)部分
        3.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑
        3.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟
        3.2.3 儀器表征
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料合成與表征
        3.3.2 染料分子在上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料表面的裝載量
        3.3.3 基于上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料的能量共振轉(zhuǎn)移（LRET）
        3.3.4 UCNP-LRRT 多色成像
    3.4 本章小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第四章 ：功能化修飾的上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料的活體生物分布成像及長(zhǎng)期毒性研究
    4.1 引言
    4.2 實(shí)驗(yàn)部分
        4.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑
        4.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟
        4.2.3 儀器表征
    4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
        4.3.1 上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料合成及表面修飾
        4.3.2 上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料在體內(nèi)的血液循環(huán)
        4.3.3 上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料的活體成像
        4.3.4 上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料的生物分布
        4.3.5 上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料的毒性研究
    4.4 本章小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第五章 多功能上轉(zhuǎn)換熒光復(fù)合納米材料用于多模態(tài)成像和雙靶向的光熱治療
    5.1 引言
    5.2 實(shí)驗(yàn)部分
        5.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑
        5.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟
        5.2.3 儀器表征
    5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
        5.3.1 功能復(fù)合納米材料的合成與表征
        5.3.2 功能復(fù)合納米材料的光學(xué)和磁學(xué)性質(zhì)
        5.3.3 功能復(fù)合納米材料在細(xì)胞水平上多模態(tài)成像
        5.3.4 功能復(fù)合納米材料用于雙靶向光熱治療
        5.3.5 功能復(fù)合納米材料用于雙模態(tài)活體成像
        5.3.6 功能復(fù)合納米材料用于多模態(tài)淋巴循環(huán)成像
    5.4 本章小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第六章 上轉(zhuǎn)換熒光/磁共振雙重成像模式指導(dǎo)下功能復(fù)合納米材料用于磁靶向光熱治療
    6.1 引言
    6.2 實(shí)驗(yàn)部分
        6.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑
        6.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟
        6.2.3 儀器表征
    6.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
        6.3.1 功能復(fù)合納米材料的合成與表面修飾
        6.3.2 PEG-MFNP 和 PEG-Au 納米棒的光學(xué)穩(wěn)定性比較
        6.3.3 PEG-MFNP 在體內(nèi)的血液循環(huán)
        6.3.4 成像模式指導(dǎo)下磁靶向作用
        6.3.5 PEG-MFNP 在體內(nèi)的生物分布
        6.3.6 成像模式指導(dǎo)和磁靶向作用下的光熱治療
        6.3.7. 功能復(fù)合納米材料的生物安全性
    6.4 本章小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第七章 基于上轉(zhuǎn)換熒光的功能復(fù)合納米材料用于干細(xì)胞多模式成像與追蹤
    7.1 引言
    7.2 實(shí)驗(yàn)部分
        7.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑
        7.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟
        7.2.3 儀器表征
    7.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
        7.3.1 PEG 修飾的功能復(fù)合納米材料（PEG-MFNP）制備
        7.3.2 PEG 修飾的 MFNP 標(biāo)記干細(xì)胞與追蹤
        7.3.3 PEG 修飾的 MFNP 對(duì)干細(xì)胞毒性的影響
        7.3.4 干細(xì)胞組織分化
        7.3.5 活體干細(xì)胞的追蹤與多模態(tài)成像
        7.3.6 PEG-MFNP 標(biāo)記干細(xì)胞的應(yīng)用
    7.4 本章小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
2@TiO₂功能復(fù)合納米材料合成和光動(dòng)力治療初步研究'>第八章 UCNPs@SiO₂@TiO₂功能復(fù)合納米材料合成和光動(dòng)力治療初步研究
    8.1 引言
    8.2 實(shí)驗(yàn)部分
        8.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑
        8.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟
        8.2.3 儀器表征
    8.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
2@ TiO₂復(fù)合納米材料的合成與表征'>        8.3.1 UCNPs@SiO₂@ TiO₂復(fù)合納米材料的合成與表征
2@ TiO₂復(fù)合納米材料的表面修飾'>        8.3.2 UCNPs@SiO₂@ TiO₂復(fù)合納米材料的表面修飾
2@ TiO₂復(fù)合納米材料活性氧的測(cè)定'>        8.3.3 UCNPs@SiO₂@ TiO₂復(fù)合納米材料活性氧的測(cè)定
2@ TiO₂復(fù)合納米材料的細(xì)胞毒性'>        8.3.4 UCNPs@SiO₂@ TiO₂復(fù)合納米材料的細(xì)胞毒性
        8.3.5 細(xì)胞光動(dòng)力治療
    8.4 結(jié)論
    參考文獻(xiàn)
第九章 基于 UCNP@Au 功能復(fù)合納米材料用于上轉(zhuǎn)換熒光和表面增強(qiáng)拉曼雙模式成像
    9.1 引言
    9.2 實(shí)驗(yàn)部分
        9.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑
        9.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟
        9.2.3 儀器表征
    9.3 結(jié)果與討論
        9.3.1 上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米材料合成與表征
        9.3.2 UCNP@Au 功能復(fù)合納米材料的合成
        9.3.3 UCNP@Au 功能復(fù)合納米材料的熒光和拉曼性質(zhì)的研究
        9.3.4 UCNP@Au 功能復(fù)合納米材料拉曼成像
    9.4 本章小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第十章 聚乙二醇修飾的有機(jī)納米顆粒用于高效的活體光熱治療
    10.1 引言
    10.2 實(shí)驗(yàn)部分
        10.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑
        10.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟
        10.2.3 儀器表征
    10.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
        10.3.1 PEDOT:PSS-PEG 合成與表征
        10.3.2 PEDOT:PSS-PEG 的細(xì)胞毒性
        10.3.3 PEDOT:PSS-PEG 在體內(nèi)的血液循環(huán)
        10.3.4 Cy5 標(biāo)記的 PEDOT:PSS 有機(jī)高分子生物成像
        10.3.5 PEDOT:PSS-PEG 在體內(nèi)的生物分布
        10.3.6 PEDOT:PSS-PEG 熱致成像
        10.3.7 光熱治療
        10.3.8 PEDOT:PSS-PEG 生物安全性
    10.4 本章小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第十一章 論文總結(jié)與展望
    11.1 論文總結(jié)
    11.2 論文的創(chuàng)新點(diǎn)
    11.3 研究展望
攻讀學(xué)位期間本人出版或公開發(fā)表的論著、論文
致謝

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 吳世嘉;基于上轉(zhuǎn)換熒光納米探針的高靈敏微生物毒素檢測(cè)方法研究[D];江南大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 馬介炳;稀土摻雜LaF_3上轉(zhuǎn)換納米粒子的制備及其在生物成像中的應(yīng)用[D];上海交通大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2869957