石墨烯納米復(fù)合物的制備及其在生物成像中的應(yīng)用研究.pdf

1、石墨烯（Graphene）因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)、巨大的比表面積、電子和機(jī)械性能等特點(diǎn)，近年來引起了人們的極大關(guān)注并在各個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。本論文主要在多功能石墨烯復(fù)合材料的設(shè)計、制備及其在生物成像方面開展了系列研究。首先通過增大石墨烯和量子點(diǎn)之間的距離和鈍化量子點(diǎn)表面的方法，有效避免了石墨烯對量子點(diǎn)的熒光猝滅作用，制備了兩種具有優(yōu)異熒光性質(zhì)的石墨烯-量子點(diǎn)復(fù)合物，并將其應(yīng)用于腫瘤細(xì)胞熒光成像和治療等。另外，采用在石墨烯表面原位生長β-FeO

2、OH納米棒的方法，極大地提高了以β-FeOOH納米棒為基質(zhì)的復(fù)合材料在磁共振成像中的弛豫性能，所得的新型復(fù)合材料在體外細(xì)胞和活體小鼠肝臟的磁共振成像中都展示了較好的成像效果。具體研究工作包括:
　　1、制備了石墨烯量子點(diǎn)(Graphene-QDs)納米復(fù)合物，研究了其作為熒光成像探針在體外癌細(xì)胞影像學(xué)中的應(yīng)用。為使石墨烯量子點(diǎn)復(fù)合物具備優(yōu)異的熒光性能，能夠應(yīng)用于細(xì)胞熒光成像，本研究以石墨烯為平臺，以聚苯乙烯磺酸鈉(PSS)和聚乙烯

3、亞胺(PEI)為媒介，通過靜電作用將牛血清白蛋白(BSA)包覆的量子點(diǎn)組裝在石墨烯上。實驗中采用紫外可見吸收光譜、熒光光譜、圓二色光譜、X射線光電子能譜、高分辨透射電鏡等對復(fù)合材料進(jìn)行了表征。所制備的Graphene-QDs復(fù)合物具有良好的水溶性和生物相容性。熒光光譜和體外活細(xì)胞熒光成像結(jié)果表明經(jīng)BSA包覆后量子點(diǎn)的熒光性好，將BSA作為石墨烯和量子點(diǎn)之間的橋梁有效地保持了二者間的距離，并在一定程度上阻止了石墨烯對量子點(diǎn)的熒光猝滅，從而

4、使Graphene-QDs復(fù)合物可作為熒光成像探針用于細(xì)胞成像。3-（4，5-二甲基噻唑-2）-2，5-二苯基四氮唑溴鹽(MTT)方法檢測結(jié)果表明Graphene-QDs復(fù)合物的細(xì)胞毒性小，其濃度達(dá)到360μg mL-1時細(xì)胞的成活率仍在90％以上。
　　2、制備了石墨烯核殼量子點(diǎn)(Graphene-HQDs)納米復(fù)合物，研究了其在生物成像、示蹤以及監(jiān)測藥物輸送方面的應(yīng)用。為實現(xiàn)對石墨烯藥物載體的定位并監(jiān)測其藥物釋放情況，通過靜電

5、作用將制備的雜化硅層包覆的核殼量子點(diǎn)(HQDs)組裝在石墨烯的表面，所得到的Graphene-HQDs納米復(fù)合物的量子產(chǎn)率為12％，熒光壽命為8ns。該復(fù)合物在H2O、PBS、NaCl、BSA溶液和細(xì)胞培養(yǎng)基DMEM等生物介質(zhì)中都能穩(wěn)定分散，且其熒光性能不受溶液和生物介質(zhì)等環(huán)境的影響。HQDs表面的雜化硅層不僅能保護(hù)量子點(diǎn)的熒光不被石墨烯猝滅，而且其化學(xué)惰性和良好的生物相容性減小了Graphene-HQDs納米復(fù)合物的細(xì)胞毒性。MTT方

6、法檢測結(jié)果表明Graphene-HQDs納米復(fù)合物對人正常細(xì)胞HEK293和人宮頸癌細(xì)胞Hela均具有較小的細(xì)胞毒性。通過1-（3-二甲氨基丙基）-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽/N-基琥珀酰亞胺(EDC/NHS)偶聯(lián)反應(yīng)實現(xiàn)了Graphene-HQDs與轉(zhuǎn)鐵蛋白(Trf)的連接。所得的復(fù)合納米材料(Graphene-HQDs-Trf)可通過π-π堆積的方式負(fù)載抗癌藥物鹽酸阿霉素(DOX)，其負(fù)載量達(dá)到1.4 mg mg-1，負(fù)載后的藥物可通過

7、調(diào)控pH來進(jìn)行緩釋。高效液相色譜結(jié)果表明藥物負(fù)載和釋放過程對DOX結(jié)構(gòu)無影響，沒有藥物衍生物生成。將DOX-Graphene-HQDs-Trf與Hela細(xì)胞孵育，實現(xiàn)了對癌細(xì)胞的靶向識別成像和治療，并根據(jù)DOX和Graphene-HQDs-Trf發(fā)射熒光顏色的不同實現(xiàn)了對石墨烯復(fù)合物載體釋放藥物過程的追蹤和監(jiān)測，從而建立了靶向治療-診斷現(xiàn)象雙重納米載體系統(tǒng)。
　　3、制備了GO-PEG-β-FeOOH納米復(fù)合物，研究了其在熒光和磁

8、共振二元成像以及藥物輸送方面的應(yīng)用。為解決β-FeOOH納米棒橫向弛豫r2值低、磁共振成像效果差的問題，本研究將β-FeOOH納米棒原位生長于PEG修飾的石墨烯表面，并采用穆斯堡爾譜、X射線衍射、振動磁強(qiáng)計、X射線光電子能譜、高分辨透射電鏡、原子力顯微鏡等手段對GO-PEG-β-FeOOH進(jìn)行表征。GO-PEG-β-FeOOH納米復(fù)合物在H2O、PBS、BSA溶液和細(xì)胞培養(yǎng)基DMEM等生物介質(zhì)中都能穩(wěn)定分散，在高濃度情況下無團(tuán)聚發(fā)生。G

9、O-PEG-β-FeOOH的橫向弛豫r2值為303.81 mM-1 s-1，是目前橫向弛豫能力最強(qiáng)的FeOOH基材料磁共振造影劑。優(yōu)異的橫向弛豫能力使GO-PEG-β-FeOOH在小鼠活體內(nèi)和體外活細(xì)胞的磁共振成像中都得到了較好的成像效果。該復(fù)合物的細(xì)胞毒性小，當(dāng)復(fù)合物中Fe的濃度達(dá)到1.0 mM時，Hela癌細(xì)胞和人正常細(xì)胞HEK293的成活率均保持在90％以上。GO-PEG-β-FeOOH復(fù)合物對藥物DOX的負(fù)載量為1.35 mg