类石墨相氮化碳量子点的制备及其在生物成像、药物传输中的应用

发布时间：2020-06-15 15:49

【摘要】：类石墨相氮化碳量子点(g-CNQDs)作为一种新兴的非金属纳米材料,具有荧光强、稳定性好、水溶性好、生物相容性好、毒性低等优点,可替代传统量子点应用于生物医学领域。然而,目前g-CNQDs发展的主要瓶颈是缺乏有效的合成方法以及量子产率低。因此,开发制备g-CNQDs的新方法具有十分重要的意义。本论文就g-CNQDs及聚乙二醇(PEG)钝化的g-CNQDs(g-CNQDs-PEG)的制备及荧光性质进行了系统研究。在此基础上,初步探讨了g-CNQDs和g-CNQDs-PEG在生物成像以及药物传输中的应用。全文主要研究内容分为以下四个部分:1、以尿素为原料,对其进行高温煅烧制备g-C_3N_4。将g-C_3N_4首先采用硝酸回流,然后进行水热处理,直接获得具有蓝色荧光的g-CNQDs,并对其结构、形貌和光学性质进行系统表征。研究结果表明:本方法制备的g-CNQDs尺寸均匀、平均粒径为4.1nm;其在pH=3-11范围内具有稳定的荧光性质,在最佳激发300nm下,以硫酸奎宁为参照,荧光量子产率为7.5%。2、首次直接以g-CNQDs为药物载体,利用氢键、π-π共轭及静电作用负载抗癌药物多柔比星(DOX),构建药物传递系统(g-CNQDs-DOX)。通过细胞毒性实验、体外药物释放实验、细胞成像实验,研究了g-CNQDs作为药物载体的可行性。研究结果表明:g-CNQDs-DOX的药物负载量为69.8%,其细胞毒性明显大于游离的DOX,且其表现出明显的pH依赖性释药行为,即在酸性环境下的DOX释放速率明显高于pH=7.4环境。该载药系统的这一特性使其在不增加DOX用量的情况下提高治疗效率,同时减少抗癌药物对正常组织的不良反应。基于g-CNQDs和DOX的固有荧光,g-CNQDs-DOX可呈现双色成像,同步揭示g-CNQDs的细胞内定位和DOX的释放情况。U251人胶质瘤细胞经g-CNQDs-DOX孵育16h后,释放的DOX和部分释药后的g-CNQDs均进入了细胞核,这可能是g-CNQDs-DOX比游离DOX毒性大的原因所在。以上研究结果表明,g-CNQDs作为一种可追踪的、pH响应性的新型药物载体在药物传输领域具有可观的应用前景。3、以g-C_3N_4为原料,其经硝酸氧化后与氨基封端的聚乙二醇(PEG)混合,然后进行水热处理,获得PEG功能化的g-CNQDs(g-CNQDs-PEG),并对其结构、形貌和光学性质进行系统表征。研究结果表明:g-CNQDs-PEG呈规则球状,平均粒径为57nm,由6 nm左右的g-CNQDs嵌入PEG中构成。g-CNQDs-PEG在pH=3-11范围内也具有稳定的荧光,其量子产率为9.3%,较g-CNQDs明显增加,且其生理环境下的稳定性明显优于g-CNQDs,更适用于生物医学领域。4、以g-CNQDs-PEG为药物载体,负载DOX,构建药物传递系统(g-CNQDs-PEG-DOX)。研究结果表明:g-CNQDs-PEG的毒性明显低于g-CNQDs,当其浓度高达1.5mg/mL时,U251人胶质瘤细胞的存活率仍在85%以上。g-CNQDs-PEG-DOX的药物负载量为56.6%,其细胞毒性低于游离的DOX,且其表现出明显的pH依赖性释药行为。当pH为4.0,5.0,6.0和7.4时,g-CNQDs-PEG-DOX 72h释药量分别为83.1%,73.2%,48.0%和19.5%,明显高于g-CNQDs-DOX在相同pH下的释药量。基于g-CNQDs-PEG和DOX的固有荧光,g-CNQDs-PEG-DOX也可呈现双色成像,以同步揭示g-CNQDs-PEG的细胞内定位和DOX的释放情况。U251人胶质瘤细胞经g-CNQDs-PEG-DOX孵育16h后,释放的DOX进入细胞核,而释药后的g-CNQDs-PEG存在于细胞质中。以上研究结果表明,g-CNQDs-PEG有望作为一种生物相容性和生理稳定性较g-CNQDs更好的pH响应性的荧光药物载体应用于细胞成像和药物传输领域。
【学位授予单位】：泰山医学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ460.1;O613.71;TB383.1
【图文】：

单元结构,基本构成,氮化碳

大气中最丰富的元素之一，N 元素也是大气中 O 和 H 等元素形成的稳定有机化合物是构成基酸、核酸。理想的氮化碳化合物应该只含有径都较小(RC=70pm, RN=75pm)，C 原子容易想化学式为 C3N4[1]。碳（g-C3N4）和贝采里乌斯合成的“melon”中最早出现氮化氮化碳概念[2-3]。g-C3N4是各种氮化碳同素异3N4的结构单元主要有三嗪环和七嗪环。这两形式，形成类似二维石墨烯的 π-π 共轭电子结维晶体结构，层与层之间的间距约为 0.33nm[4]示：

示意图,法制,气体,过程

图 2 气体疏松法制备超薄 CNNSs 的过程示意图[23]化法指利用其他物质减弱层状材料层与层之间的作用力，最方法主要的优点是反应温和，操作简单易控制，选择C3N4具有结晶度不高、尺寸大小难以控制，且存在生 g-C3N4加入硝酸溶液中震荡 24 h，离心并水洗至中性薄膜。要可以分为乙醚氧化剥离、超声波剥离和化学剥离三种备高质量纳米片的有效途径。Zhang[8]介绍了一种制备超过在水中将 g-C3N4本体超声波剥落来制备超薄 CNNSs荷，能很好地分散在水中，且 CNNSs 溶液在酸性和碱性。另外，CNNSs 表现出 pH 依赖性的光致发光且其的

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