钨基半导体纳米材料的制备、表征及其在癌症诊断与治疗方面的应用研究

发布时间：2018-01-22 15:17

本文关键词： WO3-x纳米结构钠钨青铜光热治疗 CT造影剂多功能　出处：《东华大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：癌症已经成为人类的主要致病死因，严重威胁着人类的生命与健康。光热治疗作为一种可替代传统治疗方法的新型微创治疗技术，可以避免传统治疗方法的副作用，并且有效地杀死肿瘤细胞。因此，，其在癌症治疗方面有着很好的应用前景，近年来受到了广泛关注。此外，癌症治疗面临的最大问题是初期诊断困难，因此，研发一种同时具有辅助诊断成像功能和光热功能的材料对该研究至关重要。目前用于癌症诊断与治疗的多功能纳米材料多为复合材料，其合成过程较为复杂。为了提高其实用性，本文设计了一种一步合成法制备多功能亲水性的钨基半导体纳米颗粒，已开展工作如下：第一部分：以氯化钨和无水乙醇为原料制得前驱溶液，转移至高压反应釜中，采用传统的溶剂热大规模制备WO3-x纳米结构；此外，为了获得结晶度高，形貌均匀，光热性能良好的WO3-x纳米结构，我们探究了反应温度（120-180°C）、反应物浓度（氯化钨乙醇溶液浓度：17.5-27.35mg/mL）、反应时间（12-24h）对纳米带结构、形貌以及结晶度的影响，实验结果表明反应温度为180°C，反应物浓度为17.5mg/mL，反应时间为24h的反应条件下制得的WO3-x纳米结构形貌最均一、结晶度最高，为最佳反应条件。对在此最佳反应条件下制得的WO3-x纳米结构进行UV-vis-NIR测试、不同波长激光器照射下光热性能的研究、体外CT成像性能的研究和细胞毒性研究。研究发现合成的WO3-x纳米结构在915nm波长激光器照射下具有良好的光热性能，浓度为0.5mg/mL的WO3-x纳米结构经激光照射10分钟后，可从室温20.6°C升高到41.4°C。此外，在较低浓度下WO3-x纳米结构具有良好的CT成像效果，其HU值曲线斜率达到24.35HU L/g。随后我们用两种肿瘤细胞分别评估了所制备的WO3-x纳米结构的生物毒性，发现当材料浓度低于0.25mg/mL时，其毒性较低或者可以认为是无毒的。然而当浓度升高后，其具有一定的毒性，我们认为这是由于WO3-x纳米结构在PBS中容易被氧化造成的，随后我们设计了WO3-x纳米结构的氧化实验。实验证明含有氧空位缺陷的WO3-x纳米结构的确容易被氧化而失去氧空位缺陷。为了满足钨基材料作为光热试剂的需求，我们又设计了一种钠钨青铜光热试剂。第二部分：在第一部分的研究基础上，我们通过一种简单的、绿色无污染不添加任何表面活性剂的方法，采用廉价、易得的原料合成了一种PEG修饰的Na0.3WO3纳米棒，采用透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、傅里叶红外光谱分析（FT-IR）、紫外可见吸收光谱分析（UV-vis-NIR）、X射线光电子能谱（XPS）等表征手段对制得的产物进行表征，证明制得的产物确为PEG@Na0.3WO3纳米棒。此外，还对PEG@Na0.3WO3纳米棒体内外CT成像性能和光热性能进行表征，实验发现在915nm波长激光器的照射下，PEG@Na0.3WO3纳米棒具有良好的体外光热效果，在相同实验条件下对照组水升温仅为2.4oC，而浓度为0.5mg/mL的PEG@Na0.3WO3纳米棒温度升高了27.6oC。经过五个光热循环后，70ppm的PEG@Na0.3WO3纳米棒样品的升高温度保持不变，证明了PEG@Na0.3WO3纳米棒具有良好的光热稳定性能。PEG@Na0.3WO3纳米棒的CT信号随着浓度增大而变强，其HU值曲线斜率为29.95HU L/g，而临床上使用最广泛的碘伯醇仅为19.35HU L/g。细胞毒性实验证明浓度高达1mg/mL的PEG@Na0.3WO3纳米棒对TC71肿瘤细胞的毒性较低，细胞存活率仍高于80%。此外，TC71肿瘤细胞对PEG@Na0.3WO3纳米棒的摄取率达到约5%。通过对种有TC71肿瘤细胞的小鼠瘤内注射PEG@Na0.3WO3纳米棒水分散液可以发现在注射前后，肿瘤区域的CT信号明显增强。更重要的是，在浓度为1mg/mL和功率密度为1.2W/cm2的915nm激光器照射的条件下，短时间（5-10min）内即可实现对小鼠肿瘤组织的破坏。因此，我们认为PEG@Na0.3WO3纳米棒在癌症诊断与治疗领域具有极大的应用前景。
[Abstract]:As a new type of minimally invasive treatment technology which can replace the traditional treatment method , it can avoid the side effect of the traditional treatment method and effectively kill tumor cells . Therefore , it is very important to develop a multi - functional nano - material with auxiliary diagnostic imaging function and light - heat function . The results show that the WO3 - x nano - structure prepared by using tungsten chloride and absolute ethyl alcohol as raw materials can be transferred to a high - pressure reaction kettle to prepare WO3 - x nanostructures on a large scale . The results show that the WO3 - x nanostructures with high crystallinity , uniform morphology and good photo - thermal performance have the highest toxicity . The results show that the WO3 - x nanostructures have good photothermal properties . The results show that the WO3 - x nano - structures have good thermal properties . The results show that the WO3 - x nano - structures have good thermal properties . The results show that the WO3 - x nano - structures with oxygen vacancy defects are easy to be oxidized to lose oxygen vacancy . In order to meet the requirements of tungsten - based materials as a thermal reagent , we have designed a sodium - tungsten bronze thermal reagent . The results show that PEG @ Na0 . 3WO3 nanorods have good photo - thermal stability . The results show that PEG @ Na0 . 3WO3 nanorods have good photostability .

【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R730.4;TB383.1

【参考文献】