功能化二硒化钼纳米材料的抗肿瘤性能研究

发布时间：2020-06-05 06:08

【摘要】：癌症已成为人类最严重的疾病之一,具有死亡率高,治愈率低等特点,而常规的临床治疗方法如放疗、化疗等有较大的毒副作用及难治愈等缺点。因此,对于有效的抗肿瘤策略研究迫在眉睫。而光学治疗具有微创性、时空选择性、耐药性小、治疗效率高等优点,已成为一种潜在的抗癌研究策略。其中光热疗法(PTT)和光动力疗法(PDT)在克服传统化疗的局限性方面具有广阔的癌症治疗应用前景。光源的选择在光学治疗中是重要的前提,相对于紫外、可见光对正常组织或细胞的破坏性以及大的副作用,近红外光具有较强组织穿透能力和低的额外损伤性,可以直达病灶实现高效治疗。目前,越来越多的研究人员正致力于对近红外光响应材料进行开发和探究,其中,二维(2D)层状过渡金属硫化物因其优异的光电、电子传导性能和适中的带隙而被广泛研究。在众多的过渡金属硫化物中,MoSe_2由于具有合适的带隙(1.33~1.72 eV)、出色的光热、光动力性能和对近红光较强的捕获能力,被认为是最有前途的近红外光学材料之一。因此,我们合成了不同形貌的MoSe_2纳米材料及其复合材料,对所有制备的材料进行一系列的结构和性能表征测试。在此基础上,利用材料较大比表面积产生的众多活性位点进行抗癌药物的负载,并实现了高效协同的光热、光动力、化学治疗。具体研究内容如下:(1)本章以二硒化钼(MoSe_2)纳米花为载体,合成了具有近红外光(NIR)介导的光热治疗(PTT)、光动力治疗(PDT)和药物释放能力的纳米载体。所有的MoSe_2纳米花(150~180 nm)都是由3~4层的MoSe_2纳米薄片组成的。合成的MoSe_2纳米花具有新颖的层状纳米结构和较小的带隙(1.24 eV)、较强的近红外(NIR)吸收和较高的光热转换效率(61.8%)。此外,它们还表现出近红外光刺激的?OH生成,这是MoSe_2纳米结构首次被用作PDT试剂。研究结果表明,足够数量的光激电子以及较高的O_2和H~+浓度有利于?OH的生成。PEG修饰之后,由于静电和π-π堆叠相互作用,MoSe_2@PEG展示出很高的药物盐酸阿霉素(Dox)负载能力。加载药物后,得到的MoSe_2@PEG-Dox体系表现出酸/光热触发的药物释放能力。化学治疗、PTT和PDT的协同作用进一步诱导肿瘤细胞的凋亡,提高抗肿瘤效果。(2)本章设计了新颖的MoSe_2/Bi_2Se_3异质纳米薄片,将CT/光热(PT)成像和光动力/光热/化学治疗(PDT/PTT/化疗)集成到一个纳米体系中。首先通过超声辅助剥离法制备了5~30 nm的MoSe_2纳米片,然后通过阳离子交换策略获得了新颖的夹层纳米结构Bi_2Se_3/MoSe_2/Bi_2Se_3(Bi-M-3),并显示出较窄的带隙(1.17 eV)和较强的近红外(NIR)吸收能力。实验和密度泛函理论(DFT)计算揭示了其Z-scheme异质结构的电荷转移机制,导致增强了活性氧(ROS(?OH))的产生并高效的分离了光生电子空穴对。同时,纳米异质结构也保证了光热转换效率的提高(59.3%)。我们还发现光热效应可以促进光生电子的转移,有利于ROS的生成。此外,由于Bi原子更高的X射线吸收系数,异质结构也表现出CT成像能力高于单纯的MoSe_2样品。负载抗癌药物阿霉素(Dox)后,Bi-M-3@PEG-Dox表现为酸/光热敏感药物释放性能。化疗、光动力和光热治疗的协同作用进一步诱导了肿瘤细胞凋亡,增强了抗肿瘤作用。(3)这里通过简单的溶剂热法合成了尺寸180 nm左右的中空结构MoSe_2纳米微球,并通过静电作用将所合成的Fe_3O_4@PEI纳米微粒负载到空心MoSe_2纳米微球的表面形成MoSe_2/Fe_3O_4(MF-2)纳米复合材料。该复合体系具有良好的近红外吸收性能和较窄的带隙(1.39 eV)。在近红外激光的照射下,该体系展现出优越的光热性能,其光热转化率高达66.2%。此外,其在近红外响应下的光动力性能也被研究。为了进一步增强其光动力效果,我们利用MoSe_2/Fe_3O_4丰富的空腔负载了O_2@PFC,从而克服光动力治疗(PDT)中的缺氧环境,而且O_2@PFC@MF-2复合材料的光动力治疗效果较在氧前提高了3倍以上。同样地,我们过静电和π-π堆叠作用将抗癌药物阿霉素(Dox)负载到MF-2@PEG材料上进行化学治疗。此外,我们还整合了Mo原子对X射线的高吸收性能,Fe_3O_4的高驰豫效率,MoSe_2突出的光热转化能力,开发了多模式的CT/MR/IR成像诊疗体系。至此,三重模式CT/MR/IR成像引导的一体化PTT/PDT/化疗体系O_2@PFC@MF-2@PEG/Dox可以高效准确的抑制肿瘤生长并促进癌细胞的凋亡。
【图文】：

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哈尔滨师范大学硕士学位论文带隙（约为 1.5 eV）、对于长波长近红外光有极好的吸收能力，而且近红很强的组织穿透性，可以直达病灶对深部位组织进行高效治疗。因此，M为是一个新颖的、有潜力的光学协同治疗（PTT/PDT）试剂替代者。作电性能突出的的半导体材料，MoSe2在电子器件、电化学储能、光电催化等方面被广泛研究，但对其在光学治疗方面研究的报道还占少数。所以Se2在生物医疗领域的应用还有巨大的开发空间和潜在的应用价值。

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第 1 章绪论生（PA）、CT 信号的潜力，而且具有对癌症进行放疗（RT）、光热治疗（P潜力[14]。又如图 1-2，Goel 等人通过在89Zr 标记的填充卟啉分子的中空介孔米壳表面组装硫化铜（CuS）纳米颗粒，设计了一种同步正电子发射断层扫PET）、荧光（FL）、切伦科夫荧光（CL）、切伦科夫共振能量转移（CRET）式成像引导的光热、光动力治疗体系[15]。正如我们所期望的，MoSe2中 Mo 原 X-射线的高吸收系数以及其优越的光热转换能力，它有望在多模式 CT、红外像的应用上取得新的突破，而在对MoSe2作为影像造影剂的研究上还鲜有报道此，在基于 MoSe2纳米材料的多模式的分子影像引导下，，集协同治疗于一体功能诊断治疗体系仍需进一步研究开发。
【学位授予单位】：哈尔滨师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB383.1;R318.08

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