稀土上转换粒子/聚偶氮苯复合中空纳米粒子的合成、NIR光触发载药释放与荧光成像

Separation of "diagnostics"and "Theranostics"is a problem in cancer cure.Materials both with controlled release and bioimaging properties were required and called as theranostics.Polyazobenzene microspheres due to their excellent photoisomerization possess predominance of long-distance manipulation. However,UV-light exitation restricted their application in biomedical area. This project designed multi-functional composites based on upconverting materials and azobenzene moieties.One the one hand, upconverting nanomaterials emitted UV-light to isomerize azobenzene under NIR light as photoswitch for controlled release；On the other hand, the emition of visible light was rightly used in bioimaging. Firstly, Silica coated upconverting materials as templates, toluene as porogen,we prepared composites with photoresponsive porous channels in shell. And then chemical method was used to delete SiO2 intermediate layer.Composites with upconverting nanoparticle as core and azobenzene photoswitch as shell were able to prepare.In addition, main chain azobenzene as crosslinker and acrylic acid as monomer, we synthesized pH and light dual responsive composites and could be applied in multi-controlled release and bioimaging.Theoretical principle and technical support were constructed by intensive study on NIR controlled release and bioimaging of these multi-functional composites. The development of these multi-functional composites were expected in biomedical area.

诊断和治疗如何同步是攻克癌症的难点，这要求材料既具备药物可控释放的特点，同时能呈现病灶部位的图像。偶氮苯微球具备远程操控药物释放的优势，但仅能通过短波长的紫外光激发，不仅渗透性差而且可能伤害生物体。本项目设计合成基于稀土上转换材料的聚偶氮苯多功能复合中空微球，一方面，利用稀土粒子在长波长的近红外光激发下，发出紫外光使偶氮苯发挥"光开关"的作用，实现对药物分子的控制释放；另一方面，稀土上装换材料在可见光区域的吸收用于荧光成像。首先，合成包覆SiO2的稀土上转换纳米材料，再在致孔剂存在下，丙烯酸酯类偶氮苯为单体，通过蒸馏沉淀聚合，继而用氟化铵刻蚀SiO2，制得稀土粒子/聚偶氮苯多孔中空材料；另外，选用主链型偶氮苯，丙烯酸为单体，同样的方法制得外壳为偶氮苯交联网络的双响应复合中空微球。深入研究两种复合中空材料在肿瘤细胞中的光控药物释放及荧光成像性，为开发多功能复合纳米粒子提供新的思路和技术基础。

癌症是严重威胁人类健康与生命的重大疾病之一，在现有的医学水平下，癌症很难在早期被确诊，因此往往错过了最佳治疗时间。近年来，人们在对肿瘤的诊断和治疗上进行了大量的深入细致的研究，在传统治疗手段的上发展出了许多新的诊断与治疗方法。随着纳米技术的迅猛发展，新材料与纳米技术的融合诞生的纳米药物为肿瘤的预防、诊断和治疗提供了新的思路和方法，发展了一系列用于肿瘤诊断与治疗的纳米材料，例如量子点、响应性材料、介孔二氧化硅以及上转换发光材料等。由于光刺激具有方便易得、可远程控制、灵活多变等优势，光响应性材料也成为了研究热点。然而，大多数光响应性材料，例如偶氮苯，都需要紫外光来进行激发，而紫外光的低组织渗透性以及高的生物组织伤害性严重限制了响应性材料在生物医学领域的应用。稀土上转换发光材料可以将长波低能光子转换为短波高能光子，一般采用近红外光为激发光，因此在生物医学上有着特殊的优势：近红外光有较强的组织穿透性、上转换发光性质稳定、成像灵敏度高且不易发生光漂白等。本论文中，我们尝试将稀土上转换发光材料与偶氮苯结合在一起，进而在近红外光激发下实现偶氮苯的可逆光致异构化。具体内容如下：.1．合成制备高质量的稀土上转换纳米粒子.我们采用Ostwald熟化法，在油酸/1-十八烯/氟化铵/氢氧化钠体系中，调控反应温度、保温时间、油酸配体用量等实验参数来制备不同形貌和尺寸的纳米粒子。通过对实验条件的优化，制备得到了形貌规则、结晶度高、尺寸均一的上转换纳米粒子。.2．合成制备光/温度光响应性中空微球用于药物可控释放.我们采用蒸馏沉淀聚合法，以乙烯化二氧化硅微球为模版，温敏性氮异丙基丙烯胺为单体，4,4′-二甲基丙烯酰胺偶氮苯为交联剂合成得到了核壳结构微球，随后用氢氟酸将二氧化硅内核刻蚀掉后，即得到了具有中空结构的双响应性中空微球，随后为罗丹明B为药物分子，验证了中空微球的光/温度可控释放行为。.3．诊疗剂的制备及性质.我们将稀土上转换纳米粒子与偶氮苯复合为核壳结构的复合中空微球，制备成多功能纳米粒子，随后，在近红外光激发下，偶氮苯发生可逆的光致异构化，为近红外光控释放提供科学基础。另一方面，上转换纳米粒子发出的可见蓝光作为显影材料，为跟踪治疗打下基础。这种复合多功能纳米粒子的合成可作为诊疗剂，解决医学上诊断与治疗分离的难题。