【摘要】：研究表明氧化應激與多種疾病的產(chǎn)生密切相關(guān),它是由于活性氧物種在生物體內(nèi)的過量積累而導致的。因此,抗氧化劑在氧化應激相關(guān)疾病的治療中具有重要的應用價值。具有氧化還原性質(zhì)的納米材料因結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、活性可再生等優(yōu)點在生物抗氧化領(lǐng)域備受關(guān)注。其中,二氧化鈰(CeO_2)納米材料因優(yōu)異的氧化還原能力在生物抗氧化領(lǐng)域應用最為廣泛。本論文圍繞CeO_2納米材料的合成、抗氧化機理研究、抗氧化活性調(diào)控、及生物應用研究進行展開。CeO_2中Ce3+與Ce4+可相互轉(zhuǎn)換,這一轉(zhuǎn)換過程伴隨著氧缺陷的生成與消除。近些年,CeO_2納米材料因這一可逆的變價性質(zhì)及良好的生物安全性成為備受關(guān)注的生物抗氧化材料。研究表明CeO_2納米材料可消除生物體內(nèi)過量的活性氧物種,進而在多種疾病產(chǎn)生過程中體現(xiàn)出抗氧化保護或疾病治療的作用。但是其抗氧化機理仍不清晰、抗氧化活性的調(diào)控及多功能化修飾的研究仍較缺乏、抗氧化生物應用仍需進一步的研究拓展。本文基于CeO_2納米材料抗氧化過程中物理化學性質(zhì)的變化,并結(jié)合定性的光譜表征及定量的催化實驗探究其抗氧化機理。在此基礎(chǔ)上,本文進一步研究了CeO_2納米材料抗氧化活性的調(diào)控及其在胰島b細胞中的抗氧化保護作用。此外,本文還實現(xiàn)了具備抗氧化性、核磁共振造影成像及CT造影成像的多功能CeO_2基納米材料的合成及性質(zhì)研究。本文的研究重點圍繞以下兩方面進行展開:(1)CeO_2納米材料的抗氧機理研究及抗氧化活性調(diào)控通過紫外可見吸收光譜、X射線吸收譜、拉曼光譜等原位表征技術(shù),探測CeO_2抗氧化反應過程中Ce的價態(tài)、局域配位環(huán)境及吸附氧物種等的變化。實驗結(jié)果表明:CeO_2與H_2O_2反應后吸收光譜發(fā)生紅移;CeO_2中鈰離子的配位數(shù)呈現(xiàn)先增大后減小至初始值的趨勢。結(jié)合定量的催化實驗結(jié)果表明:CeO_2的抗氧化能力取決于與過氧物種配位的Ce位點的氧化還原能力,且在CeO_2循環(huán)催化H_2O_2分解過程中,Ce4+被還原一步是抗氧化反應的關(guān)鍵步驟。這一研究深入理解并揭示了CeO_2的抗氧化機理�；诳寡趸瘷C理的研究,我們采用稀土Gd3+離子摻雜的手段調(diào)控了CeO_2納米材料的氧缺陷狀態(tài),進而提高了CeO_2的抗氧化活性,并且這一活性的提高在催化循環(huán)及細胞環(huán)境中仍可保持。此外,調(diào)控機理研究表明摻雜能提高CeO_2與氧物種的配位能力及表面Ce位點的氧化還原性,進而提高了其抗氧化活性。(2)CeO_2基納米材料的多功能化研究及生物應用探索本文將高溫熱分解法制備的CeO_2:Gd納米花經(jīng)轉(zhuǎn)水相修飾上親水性配體,并系統(tǒng)研究了其抗氧化性、MRI造影成像及CT造影成像性質(zhì)。此多功能納米材料可潛在應用于CeO_2納米材料活體治療應用時的示蹤及臨床指導。本文成功建立了H_2O_2、高糖及鏈脲佐菌素(STZ)誘導的INS-1細胞凋亡模型,并探索了CeO_2納米材料在這三種細胞凋亡模型中的保護作用。實驗結(jié)果表明所制備CeO_2納米顆粒在INS-1細胞中生物相容性良好,且可抑制H_2O_2導致的細胞凋亡。本文還探索了CeO_2納米材料在增強阿霉素對白血病耐藥細胞(HL-60耐藥細胞)的治療作用方面的應用。
[Abstract]:Studies have shown that oxidative stress is closely related to the production of a variety of diseases, which is due to the excessive accumulation of active oxygen species in the organism. Therefore, the antioxidant has important application value in the treatment of oxidative stress-related diseases. The nano material has the advantages of stable structure, and renewable activity and the like, and is of great concern in the field of biological oxidation. Among these, CeO _ 2 nano-materials are the most widely used in the field of bio-oxidation. In this paper, the synthesis of CeO _ 2 nano-material, the research of anti-oxidation mechanism, the control of anti-oxidation activity and the research of biological application were carried out. Ce3 + and Ce4 + in CeO _ 2 can be converted to each other, and the conversion process is accompanied with the generation and elimination of oxygen defects. In recent years, CeO _ 2 nano-material has become an important biological and antioxidant material because of this reversible price-changing property and good biological safety. The research shows that the CeO _ 2 nano-material can eliminate the excess active oxygen species in the living body, and then the effect of antioxidant protection or disease treatment can be reflected in the production of various diseases. However, the anti-oxidation mechanism is still unclear, the control of the anti-oxidation activity and the research of the multi-function modification are still short, and the anti-oxidation biological application still needs further research and development. Based on the change of physical and chemical properties in the oxidation process of CeO _ 2 nano-materials, the anti-oxidation mechanism of CeO _ 2 nano-material is investigated by means of qualitative and quantitative catalytic experiments. On this basis, the anti-oxidation activity of CeO _ 2 nano-material and its anti-oxidation protection in the islet b cells were studied. In addition, the synthesis and properties of a multifunctional CeO _ 2-based nano-material with oxidation resistance, magnetic resonance imaging and CT contrast imaging are also realized. The research focused on the following two aspects: (1) the research of the anti-oxygen mechanism of CeO _ 2 nano-material and the control of oxidation-resistant activity by the in-situ characterization technology such as ultraviolet-visible absorption spectrum, X-ray absorption spectrum, Raman spectrum and the like, and the valence state of Ce in the process of oxidation reaction of CeO _ 2 is detected. And the change of the local coordination environment and the adsorbed oxygen species. The results show that the absorption spectrum of CeO _ 2 and H _ 2O _ 2 is red shift, and the coordination number of the ions in CeO _ 2 is first increased and then decreases to the initial value. The experimental results show that the oxidation resistance of CeO _ 2 depends on the oxidation-reduction ability of the Ce site in coordination with the peroxy species, and the reduction of Ce4 + is a key step in the oxidation reaction during the decomposition of the H _ 2O _ 2 by the CeO _ 2 cycle. This study deeply understands and reveals the oxidation mechanism of CeO _ 2. Based on the research of the anti-oxidation mechanism, we use the rare-earth Gd3 + ion doping to control the oxygen-deficient state of CeO _ 2 nano-material, and then increase the anti-oxidation activity of CeO _ 2, and the increase of this activity can still be maintained in the catalytic cycle and the cell environment. In addition, the study of regulation mechanism shows that the doping can improve the coordination ability of CeO _ 2 and the oxygen species and the oxidation and reduction of the surface Ce sites, and further improve the anti-oxidation activity of the CeO _ 2 and the oxygen species. (2) The study on the multi-function of CeO _ 2-based nano-materials and the application of biological applications to the preparation of CeO _ 2: Gd nanoparticles by high-temperature thermal decomposition method were studied. The anti-oxidation, MRI and CT imaging properties of CeO _ 2: Gd _ 2-based nano-materials were studied. The multifunctional nano-material can be applied to the tracing and clinical guidance of the CeO _ 2 nano-material in-vivo therapeutic application. In this paper, the apoptosis model of the INS-1 cells induced by H _ 2O _ 2, high-glucose and chain-and-chain, and the protective effect of CeO _ 2 nano-materials in these three cell apoptosis models were studied. The results show that the prepared CeO _ 2 nanoparticles have good biocompatibility in the INS-1 cells and can inhibit the apoptosis of the cells induced by H _ 2O _ 2. The application of CeO _ 2 nano-material in the treatment of leukemia-resistant cells (HL-60-resistant cells) was also discussed.
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.1

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本文編號：2479193