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有机硅纳米材料是一种新型有机/无机复合材料,其结构是以-Si-O-Si-为网络骨架,有机基团通过与硅原子形成共价键的方式均匀的穿插在其骨架中。均匀分布在有机硅纳米材料中的有机基团可以改变材料的整体性能并为纳米材料赋予独特功能,如生物可降解、荧光、磷光以及氧化还原性能,因此这类功能性有机硅纳米材料成为生物材料领域的研究热点。但是,由于有机硅纳米材料自身骨架电势为负值且很难将粒径控制在50 nm以下,导致有机硅纳米材料的内吞效率低。同时有机硅纳米材料的制备过程往往需要高温和大量乳化剂,这也会使有机硅材料的生物安全性下降。因此,本论文利用新的功能化材料修饰和辐射制备的方法合成了粒径小于50nm的多功能性有机硅纳米材料,并考察了有机硅纳米材料在基因转染、癌症治疗以及防伪涂层等方面的应用,主要研究内容和结果如下:一、接枝了胍基化-氟化α-聚赖氨酸(PLL-GF)的谷胱甘肽(GSH)可降解的有机硅纳米粒子(o-SiNP-GF)的制备,并将其作为基因载体用于基因转染治疗。o-SiNP-GF的有机硅基体是通过1,2-二(三乙氧基硅基)乙烷(BTSE)和双-[3-(三乙氧基硅)丙基]-四硫化物(BTSPTS)水解缩合得到的,o-SiNP-GF纳米粒子的粒径约为20nm,在PBS(pH7.4)中的zeta电位为42mV,而且在GSH存在的情况会被降解。研究发现,不管是生物安全性、细胞内吞效率还是DNA结合能力,o-SiNP-GF纳米粒子都比传统的转染试剂好。在详细研究了 DNA/o-SiNP-GF复合物的体内和体外转染效率并与PEI对比之后,发现o-SiNP-GF可以很好的在体内和体外进行基因转染,转染效率远高于PEI。二、荧光锌-有机硅纳米粒子(Zn-o-SiNP)的辐射法制备以及应用。通过γ-射线辐射(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷(APTES)和硝酸锌的水溶液,制备得到Zn-o-SiNP。这种方法简单高效,制备的Zn-o-SiNP粒径小于50nm,很容易被细胞内吞。Zn-o-SiNP还可发射出强烈且可调控的荧光用于细胞标记。使用增强型绿色荧光蛋白质粒(pEGFP)作为DNA模型,研究了 Zn-o-SiNP的细胞毒性、与DNA结合能力以及DNA/Zn-o-SiNP复合物的体外和体内基因转染性能。研究结果表明,pEGFP/Zn-o-SiNP毒性很低,结构稳定,同时还显示出很高的基因转染效率。三、一价铜-有机硅纳米粒子(Cu+-SiNP)的制备及其抗癌治疗应用。3-巯丙基三乙氧基硅烷脱水缩合形成纳米粒子的同时,Cu2+和巯基在碱性条件下进行氧化还原反应,生成交联的双硫键和Cu+。Cu+是一种高效的Fenton试剂,可以与过氧化氢反应,生成羟基自由基,用于癌症治疗。由于加入了过量的3-巯丙基三乙氧基硅烷,纳米粒子中未反应的巯基与一价铜离子形成配合物,保护其不被氧化,而且这种一价铜络合物还在紫外光的激发下,发射出红色的荧光。因此,这种新型的纳米粒子可以实现荧光成像和癌症治疗一体化。四、新型磷光硅纳米粒子(p-SiNP)的制备及应用。通过煅烧的方法成功将荧光有机硅纳米粒子转化成磷光硅纳米粒子。3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)和Zn2+在辐照条件合成的荧光纳米粒子(Zn-o-SiNP)在650℃下煅烧,得到150 nm左右的磷光硅纳米粒子(p-SiNP)。该纳米粒子在365 nm激发光下发射出蓝白色荧光,在关闭光源后仍然会发出绿色磷光。通过增加煅烧时间可有效地延长p-SiNP的磷光寿命。p-SiNP可以直接与硅溶胶混合并固化形成薄膜,利用其磷光性能在薄膜上形成图案,可应用于图案防伪。