【摘要】：近年來,隨著癌癥的高發(fā)和人們對健康的更高追求,如何實現(xiàn)癌癥的精準(zhǔn)診斷和高效治療,已成為臨床醫(yī)學(xué)的一個重大難題。隨著納米科技的高速發(fā)展,越來越多的功能化納米材料被應(yīng)用于重大疾病的診斷與治療,拓展為一個全新的納米診療醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。其中,一類極具潛力的能量轉(zhuǎn)換納米材料引起了科研人員的廣泛關(guān)注,它可以克服能量之間的壁壘,將不同形式的能量互相轉(zhuǎn)換;比如可以實現(xiàn)光能之間的轉(zhuǎn)換、光能與化學(xué)能轉(zhuǎn)換、光能與電能轉(zhuǎn)換、光能與熱能轉(zhuǎn)換、磁能與電能轉(zhuǎn)換、磁能與熱能轉(zhuǎn)換、熱能與電能轉(zhuǎn)換、熱能與化學(xué)能轉(zhuǎn)換及化學(xué)能之間的轉(zhuǎn)換等。基于氧族元素的納米材料體系,由于其良好的生物安全性和優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì),已被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。因此,發(fā)展新一代的氧族元素能量轉(zhuǎn)換納米材料用于腫瘤診療領(lǐng)域,將具有重要的學(xué)術(shù)意義及臨床價值。本論文立足于納米醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用需求,借助于納米合成技術(shù),通過可控功能化設(shè)計,探索了幾類氧族元素能量轉(zhuǎn)換納米材料的設(shè)計制備及其在腫瘤診療中的應(yīng)用研究。主要包括以下幾方面工作:1:二硫化鐵-聚乙二醇納米材料用于腫瘤微環(huán)境自增強(qiáng)磁共振(MR)成像與光熱/化學(xué)動力學(xué)協(xié)同治療:針對腫瘤化學(xué)動力學(xué)療法治療過程中缺乏影像監(jiān)控和療效低的瓶頸問題,本章設(shè)計和制備了具有良好光熱轉(zhuǎn)換性能的二硫化鐵-聚乙二醇(FeS_2-PEG)納米復(fù)合材料,具備以下三個功能:(1)FeS_2-PEG可以響應(yīng)酸性腫瘤微環(huán)境,利用其表面鐵價態(tài)的變化,激活了材料的核磁共振成像(MRI)信號,賦予材料自增強(qiáng)MRI影像功能;(2)FeS_2-PEG可以響應(yīng)腫瘤區(qū)的微酸和H_2O_2過表達(dá)的特異性微環(huán)境,具備化學(xué)能之間的轉(zhuǎn)換產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的羥基自由基的功能,實現(xiàn)了乳腺腫瘤化學(xué)動力學(xué)治療;(3)在近紅外808 nm激光照射下,材料可以將光能轉(zhuǎn)換為熱能,產(chǎn)生的高熱不但起到了對乳腺腫瘤的光熱治療作用,同時促進(jìn)了羥基自由基的產(chǎn)生,顯著提升了化學(xué)動力學(xué)療法的治療效果,實現(xiàn)了光熱/化學(xué)動力學(xué)協(xié)同高效治療。水溶液、細(xì)胞及荷瘤鼠實驗結(jié)果表明,二硫化鐵-聚乙二醇納米材料具有良好的MR影像功能及能量轉(zhuǎn)換實現(xiàn)腫瘤高效治療的效果。該工作為拓展鐵基能量轉(zhuǎn)換材料的醫(yī)學(xué)應(yīng)用提供了重要借鑒,也為臨床乳腺腫瘤的精準(zhǔn)影像和高效治療奠定了實驗基礎(chǔ)。2:硒化亞錫-聚乙烯吡咯酮納米材料用于光聲成像介導(dǎo)下的光熱/熱電動力學(xué)協(xié)同治療:針對腫瘤光熱治療中熱休克蛋白嚴(yán)重降低療效的瓶頸問題,本章開發(fā)了一類兼具光熱轉(zhuǎn)換和熱電轉(zhuǎn)換功能的硒化亞錫-聚乙烯吡咯酮(SnSe-PVP)納米顆粒,具備以下兩個功能:(1)在近紅外二窗1064 nm激光的激發(fā)下,材料可以將光能轉(zhuǎn)換熱能,實現(xiàn)了對乳腺腫瘤的光聲成像功能及光熱治療作用;(2)借助于光熱引發(fā)的溫度變化,材料的熱電轉(zhuǎn)換功能可以在腫瘤區(qū)激活產(chǎn)生活性氧,利用活性氧攻擊腫瘤細(xì)胞的熱休克蛋白、進(jìn)而降低熱休克蛋白對腫瘤光熱治療的熱抵抗作用,顯著提升了腫瘤光熱療法的治療效果,實現(xiàn)了熱電動力學(xué)治療與光熱療法的協(xié)同高效治療。水溶液、細(xì)胞及荷瘤鼠實驗結(jié)果表明,硒化亞錫-聚乙烯吡咯酮納米材料具有良好的光聲成像功能及能量轉(zhuǎn)換實現(xiàn)腫瘤高效治療的效果。該工作提出的腫瘤熱電動力學(xué)療法,拓展了熱電納米材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用,也為解決光熱療法應(yīng)用于深部原位腫瘤治療的缺陷提供了借鑒性研究思路。3:生物可降解的過氧化鎂-轉(zhuǎn)鐵蛋白納米材料用于乳腺腫瘤特異性的分子動力學(xué)治療:針對納米材料用于腫瘤治療存在的特異性差、生物相容性低等難題,本章開發(fā)了一類過氧化鎂-轉(zhuǎn)鐵蛋白(TMNSs)納米材料,并將其作為納米前藥用于乳腺腫瘤的高效治療。利用腫瘤酸性微環(huán)境,TMNSs可以特異性在腫瘤區(qū)進(jìn)行化學(xué)能之間的轉(zhuǎn)換,原位產(chǎn)生大量過氧化氫和羥基自由基,用于高效殺滅腫瘤;同時,在正常組織和器官環(huán)境中,材料可緩慢降解為無毒的鎂離子、水和氧氣,具有良好的生物相容性。水溶液、細(xì)胞及荷瘤鼠實驗表明,過氧化鎂-轉(zhuǎn)鐵蛋白納米材料具有腫瘤特異性治療功能和優(yōu)異的生物相容性,該類新型可降解納米材料具有一定的臨床應(yīng)用潛力。該工作為開發(fā)新型可降解、無毒納米材料用于重大惡性疾病的綠色化、精準(zhǔn)高效治療,提供了借鑒性研究思路。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：R730;TB383.1
【圖文】：

圖 1.1 （a）Jablonski 能量圖，顯示有機(jī)染料的激發(fā)和能量耗散方式[33];（b）能量帶隙與尺寸的關(guān)系[35];（c-e）三個常見非線性過程的示意圖，將低能光子源轉(zhuǎn)換為高能光子輸出：SHG 二次諧波產(chǎn)生，STPA 同時雙光子吸收，UC 上轉(zhuǎn)換[37]。Fig. 1.1 (a) Jablonski energy diagram, showing the excitation and energy dissipationway of the organic dye, (b) Relationship between particle size and energy gap, (c-e)Schematic representation of three common nonlinear processes that convert low-energphoton pump sources into higher energy output: SHG Second-harmonic generation,STPA Simultaneous two-photon absorption, UC Upconversion.上轉(zhuǎn)換也是一種反斯托克斯過程，但是其不需要相干或者高強(qiáng)度輻射，因此高效。上轉(zhuǎn)換發(fā)光涉及到幾種機(jī)制：激發(fā)態(tài)吸收（ESA）、能量傳遞（ETU）、敏化（CSU）、交叉馳豫（CR）和雪崩（PA）。分別簡述如下：激發(fā)態(tài)吸收（Excited-state Absorption 簡稱 ESA）：離子吸收光子能量從基發(fā)到 E1 能級，然后再吸收第二個光子能量躍遷至更高能級 E2，最后回到基

鑭系元素?fù)诫s上轉(zhuǎn)換納米粒子的主要上轉(zhuǎn)換過程：（a）激發(fā)態(tài)吸收（移上轉(zhuǎn)換（ETU）；（c）協(xié)同敏化上轉(zhuǎn)換（CSU）；（d）交叉弛豫（崩（PA）。 紅色，紫色和綠色線分別代表光子激發(fā)，能量轉(zhuǎn)移和ig. 1.2 Principal upconversion processes for lanthanide-doped upcoparticles: (a) excited-state absorption (ESA), (b) energy transfer up (c) cooperative sensitization upconversion (CSU), (d) cross-relaxatton avalanche (PA). The red, violet, and green lines represent photenergy transfer, and emission processes, respectively.（化學(xué)能）轉(zhuǎn)換，德國物理學(xué)家海因里希·赫茲首先發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)，對發(fā)二象性的設(shè)想，起到了根本性的作用。光電效應(yīng)分為：外。外光電效應(yīng)，是被光激發(fā)產(chǎn)生的電子逸出物質(zhì)表面向外發(fā)，，是被光激發(fā)所產(chǎn)生的載流子（自由電子或空穴）仍在物質(zhì)

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本文編號：2712501