普鲁士蓝纳米材料的医学诊治应用研究

发布时间：2018-03-21 19:20

  本文选题：普鲁士蓝　切入点：纳米材料　出处：《哈尔滨工业大学》2013年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：生物医学诊断和治疗对人类健康起到了至关重要的作用，在科学技术高速发展的今天，学科交叉已成为一大趋势，其中纳米材料在医学诊断和治疗中的应用尤为瞩目。纳米材料因其独特的生物医学优势有望解决传统医学方法的生物医学问题，引领现代医学诊断和治疗方法的新变革。研究传统纳米材料的生物医学新功能以及开发具有生物医学用途的新型纳米材料正掀起新一轮的研究热潮。然而当前多数纳米材料的研究仅限于体外试验，其在人体内的生物安全性得不到保障，且很多材料制备复杂、价格昂贵，严重限制了其进一步发展。 普鲁士蓝是一种古老的染料，其制备简单、价格便宜。最为重要的是普鲁士蓝是一种临床用药，是医院的常规储备药物。普鲁士蓝长期的临床用药验证了其在人体内可靠的生物安全性和代谢途径。正是由于这些优势，基于普鲁士蓝的纳米材料一旦可被深入应用于医学诊断和治疗，将有潜力解决其它多数纳米材料生物安全性得不到保障且价格昂贵的医学难题，其研究和应用价值巨大。 以开拓普鲁士蓝纳米材料的生物医学新功能为目标，本课题研究了基于普鲁士蓝纳米材料的医学诊断和治疗。在医学诊断方面，生物传感器是一种较为前沿的诊断方法，和传统方法相比，生物传感器具备现场即时诊断的优势。课题选取血糖电化学生物传感器作为医学诊断的经典研究模型，结合普鲁士蓝沉积的碳纳米管复合材料及3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷SiO2溶胶-凝胶的协同生物传感优势，构建了一种基于普鲁士蓝-碳纳米管-壳聚糖-SiO2溶胶-凝胶生物敏感膜的新型血糖生物传感器模型。研究表明，该生物敏感膜既能牢固固定酶又兼具优良的电化学性质。基于敏感膜中普鲁士蓝对酶反应所产生H2O2的高效催化作用，该生物传感器对葡萄糖具有很好的响应，灵敏度为15.2μA/(cm2·mmol/L)，检测限为7.5×10-6mol/L。对照实验表明，该生物传感器的稳定性、灵敏度和选择性等检测性能优良。为进一步提高生物传感器的检测性能，课题以普鲁士蓝沉积碳纳米管为酶的组装骨架，采用静电自组装并结合同位光交联反应，构建了一种基于在普鲁士蓝沉积碳纳米管骨架上静电自组装结合同位光交联固定酶的新型血糖生物传感器模型。由于普鲁士蓝沉积碳纳米管骨架优良的电化学性能和酶固定效率，该生物传感器的灵敏度大大提高至77.9μA/(cm2·mmol/L)，显著高于对照传感器和文献报道，同时稳定性也显著提高。该生物传感器用于实际血清样本中血糖水平的检测结果和医院常规化验结果对应良好，实际应用性能可靠。上述血糖生物传感器模型为其它医学诊断用生物传感器的研究搭建了一个平台。 在医学治疗方面，癌症的治疗已成为当前重大的医学挑战之一，课题进一步研究了普鲁士蓝纳米材料的癌症治疗。光热治疗是一种低损高效的治疗方法，这种治疗方法要依赖于光热剂的应用。本课题首次将普鲁士蓝纳米材料开拓为新一代安全高效的近红外光热剂，用于癌症的光热治疗。实验制备了粒径在40nm左右的立方体状普鲁士蓝纳米粒子，其分散性和稳定性较好。该纳米粒子在700～900nm间的近红外光区的摩尔消光系数为109/(cm·mol/L)，且可将其吸收的近红外光转化为热量。通过和传统金纳米棒的比较，普鲁士蓝纳米粒子的光热转换效率较高、且光热稳定性强。体外细胞毒效应实验表明，浓度仅为16ppm的普鲁士蓝纳米粒子即可通过其近红外光热效应杀死90%的人宫颈癌细胞，因此可作为更加安全高效的新一代癌症光热切除剂，，并有望替代传统光热剂。为进一步实现基于普鲁士蓝纳米材料的靶向诊疗一体化，课题以超顺磁性Fe3O4纳米粒子为核，在其表面生长一层5nm左右的普鲁士蓝纳米壳。由于其独特的核壳结构，该核壳纳米粒子具有很好的近红外光热效应，同时具有较强的磁靶向性能。体外细胞实验表明，该纳米粒子可通过其磁靶向作用显著增强人宫颈癌细胞的光热切除效果。同时该纳米粒子还具有很好的核磁共振T2加权成像效果，其横向弛豫值为58.9/(s·mmol/L)。因此该核壳纳米粒子是一种集核磁共振成像和磁靶向光热治疗于一体的多功能磁靶向纳米诊疗剂，具备了靶向诊疗一体化在癌症治疗中的突出优越性。 由于普鲁士蓝的生物安全性可靠，且制备简单、价格便宜。本课题研究的基于普鲁士蓝纳米材料的生物传感器模型、光热剂和磁靶向纳米诊疗剂有潜力在疾病的现场即时诊断和癌症治疗中发挥重要作用，有望解决其它多数纳米材料生物安全性得不到保障且价格昂贵、制备复杂的生物医学难题，其研究和应用前景巨大。普鲁士蓝纳米材料将为医学诊断和治疗开辟了一类更加安全高效的材料，从而推动基于纳米材料的医学诊断和治疗的发展。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R318.08

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本文编号：1645194