聚多巴胺包覆金铂纳米棒的光热效应研究

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光热治疗(PTT)是指聚集在肿瘤附近的光热转换材料,在外部光源的照射下吸收光能并转化为热能来触发癌细胞死亡的一种治疗方法,具有效果明显、副作用小且成本低的优点,吸引了科研人员的广泛关注。贵金属纳米材料具有独特的局部表面等离子体共振(LSPR)效应,特别适合作为光热转换材料。但目前开发出的贵金属光热转换材料仍面临制备过程复杂、光热转换效率(PCE)低、光热稳定性差和生物毒性高等严重问题,因此开发一种合成方法简单可控、光热性能优良且生物相容性好的光热转换材料是十分必要的。针对以上问题,本研究在简要地介绍了PTT的机理并对比了当前各种类光热转换材料后,考虑将具有LSPR效应但光热稳定性差的金纳米棒(AuNRs)与具有良好稳定性和催化活性的铂(Pt)纳米材料相结合,形成具有理想光学性质和结构的金铂双金属纳米棒(AuPtNRs),并使用聚多巴胺(PDA)对其进行表面包覆,使得最终产物AuPt@PDA在具有较高PCE和光热稳定性的同时,还具有良好的生物相容性,在PTT中展现出良好的光热消融癌细胞的能力。同时由于Pt和PDA的修饰和功能化,使得AuPt@PDA能够有效地清除细胞内的活性氧(ROS)。具体研究内容分为以下三个部分:(1)使用无种子法合成了分散性好、粒径均一的AuNRs。在此基础上研究了Ag+和K2PtCl4浓度对Pt在AuNRs表面生长方式的影响,提出了一种精确可控地合成AuPtNRs的简便方法,并优化制备了具有理想尺寸和结构的哑铃状纳米棒(D-AuPtNRs,Dumbbell-shaped AuPtNRs)和核壳形纳米棒(C-AuPtNRs,Core-shell AuPtNRs),使其LSPR峰可调节至与后续光热治疗中激光光源的波长相近的范围内。对三种纳米棒催化Na BH4还原4-NP的反应进行动力学分析发现,哑铃状D-AuPtNRs的反应速率常数分别为AuNRs和C-AuPtNRs的4.3倍和2.3倍,归因于其表面Au和Pt的空间分离和共暴露增强了电子效应,从而提高了催化活性。最终选取LSPR更接近808 nm激光光源且催化活性更好的D-AuPtNRs进行后续实验,简记为AuPtNRs。(2)使用PDA对聚乙二醇(PEG)化的AuPtNRs进行表面包覆,得到最终产物AuPt@PDA。通过TEM、吸收光谱、FTIR和Zeta电位对制备过程中的各阶段产物进行表征,证明了AuPt@PDA的成功合成。对比研究了AuNRs、AuPtNRs和AuPt@PDA的光热转换性能,结果表明AuPt@PDA在激光照射10 min后,温度提升了41.5℃,PCE高达81.77%,显著高于AuPtNRs的78.76%和AuNRs的52.32%。此外AuPt@PDA在四次激光开/关循环照射后仍保持了基本不变的光热升温能力;AuPt@PDA溶液在放置不同时间后的光学性质和在生物缓冲液中的分散性也无明显改变,证明AuPt@PDA具有良好的光热稳定性和水溶液稳定性,能够作为一种出色的光热转换材料。(3)对比探讨了AuPt@PDA在光热治疗中对癌细胞的抑制效果。MTT毒性实验结果显示AuPt@PDA处理后的A375细胞仍然保持85%以上的细胞活力,显著高于AuNRs组和AuPtNRs组65%左右的细胞存活率,证明了AuPt@PDA良好的生物相容性。采用FITC示踪纳米材料和DAPI定位细胞进行的细胞摄取实验结果表明AuPt@PDA可以顺利通过细胞膜进入到细胞质中。由MTT法和活/死细胞双染色法共同评估了AuPt@PDA在激光照射下对A375细胞的杀伤能力,结果显示AuPt@PDA对癌细胞的抑制率达到了60.64%,杀伤效果明显高于AuNRs和AuPtNRs。使用荧光探针DCFH-DA对各条件下细胞内的ROS水平检测结果表明,由于AuPt@PDA中Pt涂层和PDA涂层均具有清除ROS的能力,使得细胞内由热应激产生的ROS水平显著降低。所有结果均证明AuPt@PDA是一种优异的光热转换材料,在光热治疗中对癌细胞具有很强的杀伤能力,表现出良好的应用前景和价值。
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