新型介孔氧化硅复合纳米粒子合成和生物医学特性探究

本文是工程管理论文,基于 MONs 的优越性质和功能，本文主要探索了以 MONs 为基础的新型复合物纳米颗粒的合成方法及其生物医学性质，主要工作分为以下两个部分：（ 1 ） 通 过 分 散 保 护 蚀 刻 方 法 成 功 地 制 备 了 柔 性 介 孔 有 机 氧 化硅 纳 米 棒（GNR@SMON/PEI）。柔性 GNR@SMON/PEI 具有更低的杨氏模量（120.2MPa），皱缩形态以及大的内腔。此外，合成的 GNR@SMON/PEI 具有均匀的介孔（3.9 nm），高的比表面积（355 m2/g）和大的孔体积（0.35 µm3/g）。GNR@SMON/PEI 用 HA 功能化后，材料被赋予了优异的体外和体内生物相容性。最重要的是，与硬质的母体纳米颗粒相比，柔性GNR@SMON/PEI-HA 实现了 3 倍的细胞摄取效率，这为各种生物医学应用提供了一个充满希望的平台。（2）基于 MONs 生长的条件，以水相合成方法，成功制备了介孔有机氧化硅纳米马达，这种介孔马达具有较大的比表面积（535.7m2/g）、较高的孔容（0.62 m3/g）以及均匀的孔径分布（2.7nm），另外，当加入双氧水后，介孔马达的运动由原来的“随机漫步”的模式变为了具有指向性的运动模式，均方位移（MSD）数据统计结果显示，双氧水的加入显著提高了纳米马达的迁移扩散速率，另外，纳米马达表现出了对富含双氧水环境的运动趋向性，这些实验结果显示这种介孔有机氧化硅纳米马达对将来药物装载、分子运输、增强肿瘤组织颗粒渗透深度等工作中具有重要的应用价值和意义。

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第一章 绪论

关于如何明确定义介孔有机氧化硅纳米材料一直是一个具有争议性的问题，一般认为掺杂了有机氧化硅骨架的介孔氧化硅就是介孔有机氧化硅，包括部分有机氧化硅掺杂的无机有机杂化以及完全的有机氧化硅骨架的介孔有机氧化硅纳米颗粒[20, 24, 25]（如图 1.1）。MONs 的形成主要包含两个部分，其一便是胶体粒子的形成，其二便是介孔孔道的塑造。为了在介孔有机氧化硅纳米颗粒中获取完整的介孔结构，研究者们通常会采取在反应体系中加入表面活性剂做模板的方法来塑造孔道结构。目前，在介孔有机氧化硅合成体系中，最常用的表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）。在 CTAB 加入的介孔有机氧化纳米生长反应的体系中，带正电的 CTAB 胶束粒子，与硅烷水解产物硅醇通过静电吸附作相互吸引，参与到了硅氧烷化物低聚产物的形成及其烷化物网络的延展过程当中，通过 CTAB胶束的模板作用，硅醇最终缩合交联成为具有完整介孔结构的有机氧化硅纳米颗粒，通过高温乙醇萃取，胶束分子脱离，孔道空间将得到有效地释放，用于不同客体分子的装载（图 1.3）

第二章 柔性介孔有机氧化硅纳米棒的制备及其细胞吞噬

2.1引言

软硬度，作为纳米颗粒新近被探索的一个理化参数，由于其对生物-纳米系统独特的作用，日益在生物医学领域获得关注[1, 32, 85-88]。Hui 等人发现柔性二氧化硅纳米胶囊与硬质纳米胶囊相比，在三维肿瘤球体中具有更深的肿瘤穿透性和更高的肿瘤积累效率[85]。Caruso 等人和同事证明，与硬度较高的胶囊相比，较软的透明质酸胶囊具有更强的与细胞表面结合的能力和更快的细胞摄取。Guo 等人的研究表明，可以通过改变纳米材料的柔软性来改变其细胞内化途径[86]。这些工作表明柔性的纳米粒子确实在生物-纳米相互作用中具有优越的性质。然而，以往报道的柔性纳米粒子一般都是球形的或类球形的，这限制了对生物纳米系统中软纳米粒子的形貌效应的进一步研究。此外，以往报道的软纳米粒子通常没有明确的介孔[56]，限制了药物分子的装载量。据我们所知，非球形柔性介孔纳米粒子的合成仍然是一个很大的挑战。

2.2实验部分

十六烷基三甲基溴化铵（cetyltrimethylammoniumbromide，CTAB）, 无水乙醇（anhydrousethanol），氨水溶液（concentrated ammonia aqueous solution，NH3·H2O， 25 wt %），四乙氧基硅烷（ tetraethoxysilane， TEOS），硝酸银（silvernitrate，AgNO3, > 99%）, 氯金酸（gold(III)chloride trihydrate，HAuCl×3H2O），抗坏血酸（l-ascorbic acid，l-AA, ≥ 99%）, 1,2-双（三乙氧基甲基硅基）乙烷（1,2-bis(triethoxysilyl)ethane，BTSE），3-氨基丙基三乙氧基硅烷（(3-aminopropyl) triethoxysilane ， APTES ）， 碳 酰 二 亚 胺 盐 酸 盐（ N-dimethylpropane-1,3-diaminemonohydrochloride，EDC）和 N-羟基琥珀酰亚胺磺酸钠（N-hydroxysulfosuccinimidesodium salt，NHS）是从西格玛奥德里奇（美国）公司购买，支链状聚乙烯亚胺（branchedpoly(ethyleneimine)，PEI， Mw: 25000, 50 wt.%），透明质酸（Hyaluronic acid，HA, MW ≈ 150kDa），油酸钠（Sodium oleate，NaOL，> 97%）,绿色荧光素（fluorescein isothiocyanate isomerI，FITC），浓盐酸（concentrated hydrochloric acid，HCl, 37 wt.%），硼氢化钠（Sodium borohydride，NaBH4），戊二醛（glutaricdialdehyde，GA），细胞培养基（ Dulbecco'sModifiedEagle'sMedium，DMEM），胎牛血清（Fetal bovine serum， FBS） 由美国的生命技术公司 Gibco（美国）供，4,6-二氨基－2－苯基吲哚（4,6-diamino-2-phenyl indole， DAPI）和 3-(4,5-二甲基噻唑-2)-2,5-二苯基四氮唑溴盐（3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium，MTT）购于南京凯基生物技术有限公司，血液样本由南京东部战区总医院血液中心提供，实验用水均为去离子水（Millipore，美国）。

第二章 柔性介孔有机氧化硅纳米棒的制备及其细胞吞噬...................18

2.1引言...............................................18

2.2实验部分....................19

第三章 介孔有机氧化硅纳米马达的水相合成及其性质研究..................................33

3.1引言.....................................33

3.2实验部分.............................34

3.3结果与讨论.........................36

3.4结论.....................................43

第四章 总结与展望.....................................44

第三章 介孔有机氧化硅纳米马达的水相合成及其性质研究

3.1引言

基于微纳米马达的重要性质与生物医学应用潜力，研究者们付出了诸多努力，开发了不同的纳米结构[104]，包括不同材料[105, 106]、不同形状（管状[107]、不对称球形[100]以及不规则形状[108]）的微纳米马达的构建，目前关于纳米马达构建的方法论内容并不丰富，采用的方法依然局限于：模板法、物理溅射沉积法、汽-液-固阵列生长法、高分子不对称结构水相合成法。模板法一般以多孔材料为模板，对孔道进行分步化学沉积，最后通过溶解模板而完成马达结构的构建，此法最大的局限性在于，所得马大结构的三维最大径向长度高达微米级别，目前尚未出现通过模板法制备尺寸小于 200 nm 的纳米级别马达；常用的物理溅射沉积法，需要经历样品铺板、溅射、洗脱、重分散等多个步骤，操作繁琐，且不易大量制备所需的微纳米马达结构，此法同样具有局限性；此外，汽-液-固阵列生长法与高分子不对称结构水相合成法对实验条件的控制比较严苛，想通过此类方法制备为纳米马达，并不容易。因此，寻找一种新的简单可靠的合成纳米马达的方法，不仅能够帮助丰富微纳米合成方法论的内容，对推进微纳米马达的进一步发展与应有具有非常重大的意义。

3.2实验部分

十六烷基三甲基溴化铵（cetyltrimethylammoniumbromide，CTAB）,无水乙醇（anhydrousethanol）,氨水溶液（concentrated ammonia aqueous solution，NH3·H2O，25 wt %），泊洛沙姆（Poloxamer，F127）,溴化钾（potassiumbromide，KBr）,氯铂酸（chloroplatinicacidhexahydra，H2PtCl6·6H2O），抗坏血酸（l-ascorbic acid，l-AA, ≥ 99%），1,2-双（三乙氧基甲基硅基）烷（1,2-bis(triethoxysilyl)ethane，BTSE）,透明质酸（Hyaluronicacid，HA,MW≈150kDa），抗坏血酸（l-ascorbic acid，l-AA, ≥ 99%），3-巯丙基三乙氧基硅烷（3 -Mercaptopropyltriethoxysilane，MPTES）,马来酰亚胺氨基盐酸盐（Mal-NH2·HCl），二甲基甲酰胺（dimethylformamide，DMF）,碳酰二亚胺盐酸盐（N-dimethylpropane-1,3-diaminemonohydrochloride，EDC）,N-羟基琥珀酰亚胺磺酸钠盐（N-hydroxysulfosuccinimide sodium salt，NHS），绿色荧光素（fluoresceinisothiocyanateisomerI，FITC），浓盐酸（ concentratedhydrochloricacid, HCl,37% ）, 3-(4,5- 二甲基噻唑 -2)-2,5- 二苯基四氮唑溴盐（ 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium，MTT）购于南京凯基生物技术有限公司，血液样本东部战区总医院提供；所取用的水均为去离子水。