光磁功能化介孔SiO2基材料的設計合成及其藥物緩釋性能研究.pdf

1、介孔二氧化硅材料具有大比表面積、高孔容、均勻可調(diào)的孔徑、無毒性、易修飾的表面和良好的生物相容性等獨特的組織和結構性能,因此在傳感器、催化劑、生物醫(yī)學、激光、甚至環(huán)境應用等領域都存在廣闊的應用空間。尤其在生物醫(yī)學領域的應用,近年來研究日益增多,主要包括藥物緩釋、生物成像、光熱治療和動力學治療。然而,隨著藥理、病理和診療手段的日益改進,對材料的結構、功能、尺寸和組成的要求也越來越高,單一功能的純介孔二氧化硅材料已經(jīng)不能滿足科研和應用的要求。

2、因此,功能化的介孔二氧化硅復合材料應運而生,并得到了廣泛的研究。本論文正是針對這一方向,設計合成了多種不同組成和結構的光和/或磁功能化的介孔二氧化硅復合材料,并初步研究了復合材料在藥物緩釋領域的應用。其中,磁性材料選取鐵的氧化物納米粒子,因為它們不但經(jīng)濟實惠、制備方法簡單,而且具有良好的生物相容性和極強的磁性。熒光材料選取擁有尖銳發(fā)射光譜、大斯托克斯位移、長熒光壽命、高化學/光化學穩(wěn)定性、低毒性和低光致漂白效率的稀土熒光粉。
　　

3、制備的光和/或磁功能化復合材料利用嵌入結構和核殼結構兩種形式組裝而成。嵌入結構即在介孔二氧化硅材料的介孔孔道或基質(zhì)中嵌入非常微小的磁性/熒光納米晶;核殼結構是指以磁性/熒光納米粒子為核在其表面包覆介孔二氧化硅層。本論文分別利用這兩種結構制備了多種光和/或磁功能化的介孔二氧化硅復合材料,并采用X射線衍射、掃描電鏡、透射電鏡、N2吸附/脫附測試、激發(fā)與發(fā)射光譜和超導量子干涉儀等表征手段對材料的結構和功能進行表征。此外,我們將制備的復合材料用

4、作藥物緩釋載體,并利用紫外可見吸收光譜和共聚焦激光掃描顯微鏡檢測載藥體系在體外和細胞內(nèi)的藥物緩釋性能,以確定其在該領域的應用前景。
　　因此,本論文主要包括以下五方面內(nèi)容:首先,采用簡單的溶劑熱法合成新型纖維狀介孔二氧化硅微米粒子(FMSMs)。FMSMs具有迷人的纖維狀形貌,且孔徑分布沿著粒徑方向逐漸增大。值得注意的是,從微粒中心到表面逐漸增大的介孔孔道提供了易于觸及的高表面積。這一特征對質(zhì)量傳輸非常重要,因為增大的介孔孔口利于

5、藥物分子抵達孔道內(nèi)部的活性位點,意味著纖維狀介孔二氧化硅微球利于藥物分子的擔載。因此,對于這種新型介孔二氧化硅材料,我們將著重研究其尺寸和孔徑對藥物緩釋性能的影響。
　　再以FMSMs為基礎,利用嵌入結構,設計制備了一種磁功能化的纖維狀介孔二氧化硅復合材料(Fe3O4/FMSMs)。材料的合成方法簡單、經(jīng)濟而且可以大規(guī)模生產(chǎn)。Fe3O4/FMSMs復合材料保持了純介孔二氧化硅材料迷人的纖維狀結構,具有更小粒徑(約300nm)的同時

6、保持了較高的比表面積,因此更利于生物應用。為了評估該復合材料作為醫(yī)藥材料應用的潛力,一方面采用MTT分析檢測了Fe3O4/FMSMs在人體宮頸癌細胞中的毒性和生物相容性。另一方面以阿霉素作為藥物模型,利用共聚焦激光掃描顯微鏡研究了Fe3O4/FMSMs作為載藥體系在人體細胞內(nèi)的藥物緩釋性質(zhì)。此外,利用核殼結構,制備了另一種磁功能化介孔二氧化硅復合材料,表示為Fe3O4@mSiO2。
　　然后,分別利用嵌入結構和核殼結構制備了MCM

7、-48@YVO4:Eu和Gd2O3:Eu@mSiO2兩種稀土熒光功能化的介孔復合材料。并選擇不同的藥物分子研究復合材料在模擬體液中的藥物緩釋性能。此外,兩種復合材料在紫外光激發(fā)下均發(fā)射Eu3+獨特的紅色熒光。值得注意的是,載藥系統(tǒng)中Eu3+的熒光強度隨著藥物分子累計釋放量的增加而增強。因此可以通過檢測緩釋進程中熒光強度的變化來識別、追蹤和檢測載藥系統(tǒng)藥物釋放量的多少,促使稀土熒光功能化的載藥系統(tǒng)應用前景更為廣闊。
　　最后,結合嵌

8、入結構和核殼結構設計合成一種光磁雙功能復合材料,表示為Fe3O4@mSiO2@NaYF4:Yb,Er/Tm。復合材料具有極高的磁性能,磁飽合強度高達38.0emu/g。利用紅外光激發(fā)的NaYF4:Yb,Er(或Tm)上轉(zhuǎn)換納米晶作為熒光材料,一方面可以避免下轉(zhuǎn)換熒光粉使用的紫外激發(fā)光對生物體的傷害;另一方面避免了生物體自熒光等現(xiàn)象對檢測背景的影響,提高信噪比。此外,對復合材料在緩釋領域的應用及在生物體液環(huán)境中的穩(wěn)定性進行了詳細檢測。