几种基于近红外光吸收的无机材料构建的多功能纳米诊疗剂

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集疾病早期诊断、靶向定位治疗和多模态医学成像于一体的多功能纳米诊疗剂,能够避免传统治疗过程中存在的重复诊断和多次给药,可有效降低毒副作用并实现增强的治疗效果。近红外光区域是理想的组织光学窗口,理论上是进行光学成像和光学治疗的最佳激发光区域。由于近红外光所具有的非浸润性和深层组织穿透能力而成为备受关注的刺激应答信号,近红外光吸收的无机材料更加适合作为基体材料来构建一类集精确诊断、实时监测与协同治疗于一体的新型诊疗体系。针对这一方向,本论文主要采用水热法以及高温溶剂法制备了几种近红外光吸收的无机材料,然后对其表面修饰与功能化,构建了多功能纳米诊疗剂。论文中详细地对材料的物化性质进行了表征与讨论,并初步探究了纳米诊疗剂在体内外的生物相容性以及肿瘤诊断治疗方面的应用。具体内容可以总结如下:  β-NaYF4∶Yb3+/Er3+上转换纳米晶(UCNPs)能够吸收980nm近红外光产生明亮的上转换绿光发射,可以作为生物荧光标记对载体材料进行荧光监测;铁(Ⅲ)羧酸类金属有机骨架化合物(MOFs)具有较高孔隙率和良好生物相容性,可以用于担载广谱抗癌药物阿霉素(DOX);以β-NaYF4∶Yb3+/Er3+作为基质材料,在其表面包覆MIL-100(Fe)多孔材料,设计合成了核-壳结构的UCNPs@MOF药物载体材料。MIL-100(Fe)壳层表面修饰的AS1411适体能够与癌细胞表面的受体核仁素特异性结合,同时MIL-100(Fe)结构在酸性环境下加速降解并释放药物。UCNPs@MOF能够实现上转换荧光介导下的适体靶向传递和pH响应释药,可以显著提高癌细胞的抑制效率。  独特层次结构的W18O49纳米棒束不仅可以作为一种高效的近红外吸收光热材料,而且在其表面修饰三甲基铵基团后,通过静电吸附作用可以实现对光敏剂吲哚菁绿(ICG)的担载。WO@ICG复合材料具有良好的生物相容性,而且在808nm激光照射下W18O49和ICG能够有效产生局部过热效应和具有细胞毒性的活性氧物质(ROS),因此WO@ICG纳米复合材料能够实现在单一808nm激光诱导的光热治疗(PTT)/光动力治疗(PDT)协同治疗。相较于单一的PTT或PDT,808nm激光触发的低剂量WO@ICG能够获得增强的抑制肿瘤疗效。  小尺寸的MnFe2O4无机纳米颗粒在808nm处具有很强的光学吸收,可以作为优良的光热转换材料实现PTT和光热成像,同时MnFe2O4的超强顺磁性可以进行核磁共振成像(MRI)和磁靶向传递。由IR780合成的羧基功能化染料IR806能够吸收波长为650nm-850nm的近红外光,在808nm激光触发下可有效产生ROS。MnFe2O4表面共价连接IR806获得多功能纳米材料MFO-IR,808nm激光照射下MFO-IR能够通过PTT/PDT的协同作用杀死癌细胞。同时,由于具有优异的磁靶向作用,MFO-IR能够在瘤内高度富集并且更有效地抑制体内肿瘤生长,不会对小鼠自身有明显的毒副作用。  由于Nd3+的存在,片状结构的NdVO4∶20%Gd3+纳米晶在808nm处具有很强的光学吸收。NdVO4∶20%Gd3+纳米片不仅能够有效吸收808nm波长的光能将其转化成热量,同时在808nm激光照射下可以产生1060nm发射,从而可作为潜在的第二生物窗口(1000-1350nm,Ⅱ-BW)成像剂。掺杂的Gd3+能够使NdVO4∶20%Gd3+实现核磁共振(MRI)和计算机断层扫描(CT)的双模态生物成像。在NdVO4∶20%Gd3+纳米晶表面聚合多巴胺(pDA)并修饰牛血清蛋白(BSA),不仅可以提高NdVO4∶20%Gd3+的光热转换效率同时可以提高其生物相容性。细胞水平及活体层面实验表明,NdVO4∶20%Gd3+-pDA@BSA纳米复合材料能够实现多模态成像导航下的增强PTT抑制肿瘤效果。
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