AIE功能化无机有机杂化材料的制备与应用研究

发布时间：2020-09-21 14:13

　　近年来,将诊断探针和治疗试剂结合在同一个纳米平台中进行癌症的诊疗成为生物医药领域的研究热点。复杂的体内生理环境更加需要智能和多功能的综合诊疗纳米体系来实现精确诊断和高效治疗的效果。荧光技术由于具有灵敏性、无辐射性、易操作等优点已被广泛用于成像导向的癌症治疗中。然而传统的荧光试剂在稀溶液中具有很高的荧光量子效率,在聚集态或者固载到固体材料上时会发生荧光减弱甚至淬灭的现象,即ACQ现象,这在很大程度上限制了传统荧光试剂的应用范围。而与ACQ现象不同,聚集诱导发光现象(AIE)是一个新颖的特殊的发光现象,具有AIE性质的荧光生色团在稀溶液中不发光,在固态时发射出强烈的荧光,从而打破了ACQ效应的限制,被广泛应用于化学传感、OLED与生物成像等领域,具有十分重要的应用价值。无机介孔材料具有较大的比表面积、丰富的介孔孔道、可调控的形貌、表面易于功能化修饰以及良好的生物相容性等优点,可以作为一类理想的药物递送体系。因此,将AIE生色团与无机介孔材料相复合,融合二者的优势于一体,从而制备出具有优异发光性质的药物递送体系并用于成像导向的癌症治疗,在生物医药领域展现出潜在的应用价值。我们主要围绕AIE功能化无机有机杂化材料的制备与应用展开相关的研究工作。通过后嫁接法将AIE生色团引入不同的介孔材料中,所得到的材料发射出强烈的蓝色荧光,具有良好的生物相容性,在药物负载、p H可控释放以及细胞成像领域展现出很好的应用。此外,通过共合成法制备了AIE生色团与-COOH基团双功能化的棒状羟基磷灰石,并在爆炸物苦味酸检测与药物释放方面表现出优异的性能,为设计合成多功能化材料并用于生物医药及化学传感等领域提供了借鉴与思路。论文取得的主要结果如下:1.通过简单的后嫁接法将AIE生色团四苯基乙烯修饰到介孔二氧化硅纳米粒子上,所制备的纳米材料具有球形形貌、高比表面积和有序的介孔结构,在365 nm紫外光辐射下发射出强烈的蓝色荧光。所制备的材料具有极好的生物相容性可用于细胞成像,也可以作为有效的药物释放体系对负载的抗癌药DOX进行p H可控的释放,同时基于FRET机制通过材料发射荧光颜色的变化来监测DOX的释放过程。该药物递送体系对人类宫颈癌He La细胞有较强的杀伤作用,具有很好的抗癌效果。2.采用后嫁接法制备了可生物降解的AIE功能化介孔生物活性玻璃纳米球FMBG。所制备的材料直径介于60-100 nm之间,在紫外光激发下发射出最佳波长位于482 nm的蓝色荧光。FMBG具有良好的生物相容性,可作为荧光探针进行细胞成像。材料具有较高的药物负载率(250.74μg/mg),而且在酸性条件下具有优异的生物降解性质,不仅增强了FMBG对肿瘤组织的穿透能力,同时提高了所负载药物DOX的释放效率,增强了抗肿瘤效果。3.利用共合成法制备出了AIE生色团和-COOH反应基团双功能化的棒状羟基磷灰石AIE-HA。所制备的材料在溶液和固体状态下均发射出强烈的天蓝色荧光,展现出明显的聚集诱导发光性质。AIE-HA可作为有效的化学传感器对水中痕量爆炸物苦味酸有很好的检测效果,其荧光淬灭常数为3.3×104 M-1。同时,AIE-HA表面上丰富的-COOH反应基团经过酰肼化可与抗癌药DOX分子发生化学键合,形成p H敏感的腙键。腙键在碱性条件下稳定存在,但在酸性条件下极易断裂,凭借这一特性,所制备的药物递送体系可以实现DOX的p H可控释放,在生物医药领域具有潜在的应用。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB34
【部分图文】：

左图：（a）TO4

效果图,孔道,介孔,晶体结构

设计合成具有新型结构的 MOFs 材料引起了人们极大的兴趣，尤其是制备同时具有大孔、高稳定性及实际应用价值的 MOFs 材料引起了国内外学者的高度关注。1999 年，O. M. Yaghi 研究小组通过借鉴金属羧酸盐簇的想法，以对苯二甲酸（1,4-BDC）为配体，首次合成出了具有高稳定性三维骨架结构的 MOF-5 材料，解决了 MOF 材料一直以来稳定性极差的难题[20]。自此以后，具有高稳定性的MOF 材料相继被合成出来。如 G. M. Espallargas 研究小组于 2018 年报道了一种基于四硫富瓦烯（TTF）的名为 MUV-2 的 MOF 材料[21]，它具有非交叉等级孔晶体结构，由孔径大小约为 3 nm 的介孔一维孔道与孔径大小约为 1 nm 的微孔孔道正交而成。MUV-2 具有高度的稳定性，即使在 pH = 2－10 的水溶液及各种有机溶剂中都能够稳定存在，并且对二苯并噻吩（DBT）的有氧氧化反应展现出极佳的催化效果。图 1.2 和图 1.3 分别是 MOF 的晶体结构及催化氧化二苯并噻吩的效果图。

有氧氧化,催化剂,催化效率,微孔材料

3 不同催化剂对 DBT（a,b）有氧氧化成 DBTO2(c,d)反应的催化效率： MUV--101 (Fe), MIL-100 (Fe), 没加任何催化剂。其中（a, c）使用正十二烷作燃料，（b, 柴油作燃料。反应条件：0.012 mmol Fe 催化剂，1150 mg/LDBT，10 mL 溶剂，1 a40 ℃[21]。介孔材料.1 介孔材料简介沸石分子筛等典型微孔材料具有结晶态孔壁和复杂的三维网络结构，在吸离、催化等化学及石油化工领域具有重要的应用。然而，微孔材料较小的大小限制了其在重油组分和负载大分子方面的应用，因此开发合成具有较大的多孔材料是材料合成领域的一个重要研究课题。1992 年，Mobil 公司les T. Kresge 等人首次采用阳离子表面活性剂（如十六烷基三甲基溴化铵，(CH)N+OH/Br 等）合成出具有不同结构的高度规则有序的介孔二氧化硅

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