發(fā)布時間：2020-07-19 07:16

【摘要】：隨著癌癥發(fā)病率的不斷上升,全世界每年因癌癥死亡的人數(shù)逐年遞增,治療癌癥是21世紀(jì)人類面臨的一個巨大挑戰(zhàn)。當(dāng)前,治療骨腫瘤的主要方法是手術(shù)治療,放療和化療。但是這些傳統(tǒng)治療方法還存在很多問題,例如腫瘤細(xì)胞切除不徹底,容易引發(fā)骨組織缺損,副作用大等,從而需要進(jìn)行多次骨腫瘤切除以及骨修復(fù)治療。研制既具有骨腫瘤治療又具有骨組織修復(fù)功能的新型雙功能生物材料可為骨腫瘤治療提供一種全新的技術(shù)方案。光熱治療被認(rèn)為是對人體損傷最小的一種治療方式之一,但是當(dāng)前所有光熱轉(zhuǎn)換材料都沒有骨修復(fù)功能。同時,傳統(tǒng)骨修復(fù)材料,例如生物玻璃或陶瓷等,也不兼具光熱治療效果。為了制備出具有骨腫瘤治療和骨組織修復(fù)的雙功能活性材料,我們做了以下研究工作:一、在鉍摻雜鍺酸鹽玻璃中發(fā)現(xiàn)了優(yōu)異的光熱性能。在單位功率密度(1 W/cm~2)的808 nm激光輻照下,2 mol%Bi_2O_3摻雜的鍺酸鹽樣品的溫度可以上升38.9 ~oC,在90 s時溫度即可達(dá)到穩(wěn)定,平均升溫速率為4.6 ~o C/s,是光熱金納米棒的153倍。并且發(fā)現(xiàn)鉍摻雜玻璃的升溫效果隨玻璃厚度的增加呈線性增加,在激發(fā)波長447 nm,532 nm,808 nm和980 nm下的升溫效果都十分顯著。二、利用光熱轉(zhuǎn)換機(jī)理和能量守恒原理,通過分析鉍摻雜玻璃的吸收性質(zhì)、光熱性質(zhì)、近紅外發(fā)光性質(zhì)以及玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化,提出并證明了強(qiáng)化鉍摻雜玻璃光熱性能的四種方法:(1)增加吸收的光子數(shù)。隨著Bi_2O_3濃度的增加,鉍摻雜鍺酸鹽玻璃體系的吸收系數(shù)逐漸增加。隨著吸收光子數(shù)的增加,低濃度Bi_2O_3(0.001-0.01 mol%)摻雜的玻璃樣品光熱效果被強(qiáng)化,但溫度增幅較小;高濃度Bi_2O_3(0.10-10.0 mol%)摻雜的鍺酸鹽玻璃的光熱效應(yīng)可以急劇增強(qiáng)。該種方法在鉍摻雜磷酸鹽,硼酸鹽和硅酸鹽玻璃基質(zhì)被證實(shí)同樣有效。(2)減弱鉍近紅外發(fā)光。Al_2O_3是鉍近紅外發(fā)光的強(qiáng)化劑,隨著Al_2O_3含量的增加,鉍摻雜鍺酸鹽玻璃體系的近紅外發(fā)光可以被極大強(qiáng)化。我們通過減少Al_2O_3的含量,減弱鉍近紅外發(fā)光,來抑制能量的輻射躍遷。對應(yīng)地,以非輻射躍遷形式釋放的能量增加,玻璃的光熱效應(yīng)被強(qiáng)化。該方法在鉍摻雜硅酸鹽和磷酸鹽玻璃中同樣被證明有效。(3)解聚玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。Al_2O_3對鉍近紅外發(fā)光的強(qiáng)化是因?yàn)樵诮t外發(fā)光較強(qiáng)的鋁鉍共摻玻璃中,玻璃網(wǎng)絡(luò)形成體[AlO_4]和[AlO_5]的含量較高。它們可以有效分散鉍近紅外發(fā)光中心,減弱鉍離子間的相互作用,從而減小非輻射躍遷的能量損失,強(qiáng)化發(fā)光。這里,堿(土)金屬離子作為玻璃網(wǎng)絡(luò)修飾體被引入來解聚玻璃的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),增加鉍離子之間的相互作用。對應(yīng)的,鉍近紅外發(fā)光減弱,非輻射躍遷增強(qiáng),從而強(qiáng)化了光熱效應(yīng)。通過對不同玻璃基質(zhì)的吸收光譜、光熱效應(yīng)和近紅外發(fā)射光譜分析,我們發(fā)現(xiàn)只有當(dāng)被吸收的光子數(shù)相同時,解聚玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)才能有效強(qiáng)化光熱效應(yīng)。(4)飛秒激光即時生成鉍近紅外發(fā)光中心。利用飛秒激光微加工技術(shù),首先在鉍摻雜玻璃微區(qū)誘導(dǎo)出鉍近紅外發(fā)光中心。鉍近紅外發(fā)光中心的產(chǎn)生改變了加工區(qū)域的吸收強(qiáng)度,光熱效應(yīng)和近紅外發(fā)光。通過增強(qiáng)飛秒激光的脈沖功率和調(diào)控玻璃組分,被誘導(dǎo)出的發(fā)光中心的含量增加,從而使微區(qū)光熱效應(yīng)強(qiáng)化。三、結(jié)合殺死腫瘤所需溫度和光熱強(qiáng)化方法,選取具有優(yōu)異光熱效應(yīng)的鉍摻雜硅酸鹽玻璃組分,發(fā)明出鉍摻雜光熱生物玻璃。它們可以使前成骨細(xì)胞在其表面增殖,分化和礦化,從而簡單證明其具有骨修復(fù)的功能。進(jìn)一步地,通過體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn),這些玻璃可以在808 nm激光的照射下,有效的殺死骨腫瘤細(xì)胞,并且經(jīng)過在模擬體液中共培養(yǎng)50天后,光熱效應(yīng)幾乎沒有減弱。因此,鉍摻雜光熱生物玻璃可以與化療和放療協(xié)同治療,有效殺死殘余的骨腫瘤細(xì)胞,從而可以減少骨腫瘤和骨缺陷的治療次數(shù)。同樣,鉍摻雜玻璃有潛力應(yīng)用在介入治療中,從而可以有效推動雙功能生物玻璃在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：R318.08;TQ171.1
【圖文】：

免免疫摧毀、促進(jìn)腫瘤的炎癥、細(xì)胞能量異常以及基因組年，腫瘤學(xué)家在理解正常細(xì)胞向癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)變過程，以及得了顯著性進(jìn)展。但是，相對于癌細(xì)胞復(fù)雜的形成機(jī)理和轉(zhuǎn)認(rèn)知依舊有很大的局限性。全世界每年因癌癥死亡的人數(shù)全球因癌癥死亡的人數(shù)為 880 萬，占據(jù)死亡總?cè)藬?shù)的六分癌癥死亡人數(shù)將達(dá)到 1304 萬。2015 年，世界衛(wèi)生組織（發(fā)病率和死亡人數(shù)的調(diào)查），發(fā)布了全球 70 歲以下人群癌其中癌癥死亡在 91 個國家是第一或第二大死因，在 22 個2016 年，在全球 5690 萬人的死亡中，超過一半（54%）是（如圖 1-1 所示），其中僅僅肺癌（連同氣管和支氣管癌） 萬人的生命，位居死亡原因排名第五位。隨著癌癥發(fā)病率癌癥治療仍然是 21 世紀(jì)的一個巨大挑戰(zhàn)。

華南理工大學(xué)博士學(xué)位論文病學(xué)最終確定，骨腫瘤的發(fā)病率占所有惡織或骨髓本身的癌細(xì)胞是很少的，大多數(shù)是以通過血液或者淋巴組織轉(zhuǎn)移至身體其他常見的轉(zhuǎn)移點(diǎn)。在前列腺癌（32%）、乳腺腺癌這些原發(fā)性癌癥中，有 80%會向骨組織在人體機(jī)能方面發(fā)揮著重要作用，如運(yùn)動過程中鈣和磷酸鹽的水平，調(diào)節(jié)血液 pH 值

圖 1-3 計算機(jī)輔助腫瘤手術(shù)的工作流程[9]gure 1-3 The workflow of computer assisted tumor surgery[9]療70 年代，化療方案的提出顯著提高了骨腫瘤患者的生存率轉(zhuǎn)機(jī)，顯著提高了骨腫瘤患者的生存率。以惡性骨肉瘤為生存率從單一手術(shù)切除治療的 15%-20%提高到 70%-80%手術(shù)治療方案相結(jié)合，用于治療難以進(jìn)行手術(shù)切除的軟骨腫瘤。化療藥物對癌細(xì)胞的作用機(jī)制是通過誘導(dǎo)癌細(xì)胞基腫瘤治療中的響應(yīng)率在 40%以上[12]。的化學(xué)結(jié)構(gòu)，目前常見的化療藥物可以分為四大類，包括，雜類抗癌藥和抗代謝藥。其中，烷化劑主要包括氮芥，

本文編號：2762106