兼有超大孔径和空心结构的新型介孔氧化硅纳米球的制备及生物医学应用

In recent years, based on the demand of bio-macromolecules for mesoporous materials with large pores, there has been more and more interest in the design and preparation of large pore mesoporous nanostructure. In this proposal, a novel mesoporous silica nanospheres (MSNs) with both tunable large pore channels (10-30 nm) and hollow structure will be constructed by utilizing the synergistic self-assembly effect of hydrophobic polymer、amphiphilic block copolymer polystyrene-block-poly(acrylic acid) (PS-b-PAA)、cationic surfactant cetyltrimethyl ammonium bromide (CTAB) and silica precursor tetraethyl orthosilicate (TEOS) via a combinative solvothermal/sol-gel method. The inorganic/organic functionalization of novel MSNs can be further achieved by loading super paramagnetic Fe3O4 nanoparticles into the hollow regions of nanospheres and selectively modification of the outer surface and the large pore channels/inner surface with different functional groups. After the above modification, a novel class of MSNs-based cancer nanotheranostics probe for magnetic resonance imaging (MRI)-guided efficient gene vector can be developed. Finally, the preliminary application of these nanoparticles in MRI-guided cancer gene therapy effect will be investigated. The significance of this project can provide new methods and ideas for developing a promising multifunctional gene delivery system, which has important theoretical and practical values.

近年来，基于生物大分子对介孔材料孔径的需求，开发具有大孔径的介孔纳米材料的研究越来越引起科学家们的关注。在本项目中，我们创新性地利用疏水性均聚物、两亲性嵌段共聚物聚苯乙烯-b-聚丙烯酸（PS-b-PAA）、阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）及硅源正硅酸乙酯（TEOS）之间的协同自组装效应，结合溶剂热/溶胶-凝胶工艺，构建一类兼有超大孔径且可调（10-30 nm）和空心结构的新型介孔氧化硅纳米球材料。进一步通过对纳米颗粒外表面、大孔孔道/空心内壁、空腔结构进行选择性功能性改性及超顺磁性四氧化三铁（Fe3O4）纳米粒子的无机功能化，最终发展一类可用于磁共振成像引导下基因高效担载的新型介孔基纳米诊疗剂材料，并探索其在磁共振成像引导下癌症基因治疗方面的初步应用研究。本项目的意义在于为制备一类多功能的新型基因载体材料提供新的方法和思路，具有重要的理论意义与实际价值。

针对目前介孔氧化硅载体材料在肿瘤诊疗过程中存在的孔径较小，孔结构单一及形貌/孔结构难以同时调控等问题，本项目提出“复合胶束模板调控氧化硅介孔结构”新思路，运用“界面自组装/溶胶-凝胶”原理，利用小分子阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）/两亲性嵌段共聚物聚苯乙烯-b-聚丙烯酸（PS-b-PAA）复合胶束模板调控多孔氧化硅的精准合成，构建了系列新型多级孔氧化硅纳米颗粒并实现了其形貌/孔径/孔结构的精确调控，将为无机多孔氧化硅纳米载体用于肿瘤安全高效诊疗提供新的思路和方法。取得的代表性成果主要包括：1）发展一种制备具有新颖“三级孔”结构的氧化硅纳米颗粒的新方法；2）发展一种可用于多药物/基因担载的新型嵌入型双介孔氧化硅结构；3）发展一种简便的选择性萃取策略构建新型卵壳结构的介孔基纳米载体并用于多药物输运；4）发展简单的一步法制备多金纳米棒内核/双介孔外壳的氧化硅纳米复合颗粒及其光热性能研究；5）发展一种“原位限制生长”法制备米粒状多金棒封装的双介孔氧化硅纳米复合颗粒及其CT成像和光热性能研究。在本项目的资助下，申请人以第一/通讯作者已在国内外重要期刊Chem. Soc. Rev, Chem. Mater., J. Mater. Chem. B, Int J Nanomed等发表SCI论文12篇。已申请国家发明专利2项，其中授权一项；人才项目方面，申请人获上海市东方学者及上海市青年科技启明星称号，已培养博士研究生1名、硕士研究生2名。