多功能有机/无机聚合物复合微球的制备、表征及其生物应用

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随着纳米生物技术的发展,智能型复合结构的聚合物微球正广泛受到人们的关注,特别是对有机/无机复合体系的探索,使纳米材料在生物标记、生物分子的分离、重大疾病的临床检测与治疗等诸多领域体现出巨大的应用前景。在这种研究背景下,本论文围绕着有机/无机复合微球展开,分别研究了具有可移动磁核的聚合物空心球,并实现了空腔内磁核上的荧光分子修饰;水热法制备了高质量的CdTe半导体纳米晶体,作为荧光探针应用于细胞成像;复合了CdTe纳米晶体的优越发光性质、Fe3O4纳米粒子的超顺磁性以及聚(N-异丙基丙烯酰胺)的温度响应性三种功能,制备了靶向型可荧光示踪的聚合物微球;为了提高功能性微球的生物相容性,使Fe3O4以及CdTe纳米晶体一步法复合到壳聚糖-聚甲基丙烯酸微球中,并验证了磁场对可生物降解载体的胞吞作用的影响。具体来说,有以下四个方面的结果:(1)基于以前的工作,制备了以Fe3O4@SiO2为模板,交联聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)壳层包覆的磁性/温敏聚合物微球。由于温度改变能实现PNIPAM壳层溶胀及收缩,利用NaOH溶液对于二氧化硅的蚀刻效果,在聚合物壳层不同的“开关”状态下,实现可控蚀刻二氧化硅壳层,制备了具有可移动磁核的PNIPAM温敏空心球。为了进一步使空心球内腔功能化,实现受限空间反应,以有机染料分子FITC作为模型,在空心球内腔修饰磁核表面的二氧化硅,然后通过化学键成功固定了FITC分子,从而制备了具有磁性/荧光/温敏的聚物空心球。(2)通过水热法技术合成了高质量的巯基乙酸(TGA)稳定的CdTe半导体纳米晶体。系统研究了反应条件对于纳米晶的生长和发光性质的影响。通过分别改变配体与单体的配比、两种单体的配比、反应温度和前体溶液浓度,我们优化了反应条件,得到了最高量子效率在50%以上的CdTe纳米晶体,并且讨论了单巯基络合物及双巯基络合物对于水相中纳米晶体的生长和成核的重要影响。此外,通过细胞标记实验,证明了CdTe纳米晶在生物标记方面优越的发光性质和一定的生物相容性。虽然,紫外灯辐照会使合成的纳米晶在较短时间内聚集沉淀,但是我们通过二氧化硅的后处理,得到了分散更稳定的复合纳米粒子。并且用于表面二氧化硅壳层的生长,获得了核壳结构的复合微球。从而有利于进一步通过修饰得到生物分子偶合的靶向型荧光探针。(3)基于CdTe纳米晶体优越的发光性质,讨论了将CdTe和磁性温敏聚合物微球(Fe3O4@SiO2@PNIPAM)复合的方法。首先利用巯基乙酸稳定的CdTe纳米晶体和二氧化硅对金属离子Cd2+的静电相互作用,实现了两者共沉淀,并且通过TEM观察到二氧化硅粒子表面的CdTe层。在此基础上,我们利用St(?)ber方法制备了Fe3O4@SiO2核壳结构的磁性二氧化硅微球,然后在其表面沉积CdTe纳米晶体。为了避免CdTe受环境腐蚀,同时也为了提高其分散稳定性。我们借助配体交换及硅烷试剂的水解缩合,得到了表面覆盖薄层二氧化硅的磁性荧光复合结构。这样不仅稳定了CdTe发光性质,而且可以实现其表面功能化。以磁性/荧光二氧化硅微球为种子,包覆了交联的PNIPAM壳层,表征了其形态、尺寸分布、温敏特性、发光特性和磁学性质,并且利用CHO细胞成功实现了对微球的内吞化作用。实验证明所设计的多功能微球复合了磁靶向、荧光成像和温度可控相转变三个功能,将在癌症的检测和治疗方面体现其潜在的应用前景。(4)讨论了一步法制备具有磁性/荧光可生物降解的聚合物复合微球(CdTe/Fe3O4/CS-PMAA)。通过质子化的壳聚糖与羧酸根离子稳定的纳米晶体之间的静电相互作用(Fe3O4和CdTe),形成高分子/无机纳米粒子间的复合物,以此作为模板,聚合甲基丙烯酸(MAA),从而实现一步法制备了磁性/荧光复合微球。这种微球显示了窄的尺寸分布和规则的形态。采取适合的MAA羧基和CS氨基的配比(4∶1),提高了无机纳米粒子的包封率,不仅可以有效的包覆量子点,而且成功的通过投料来控制磁含量的大小。在pH值5-11范围内,包覆的量子点体现了优越的发光性能。基于壳聚糖与无机纳米粒子通过静电组装,然后以其作为模板聚合阴离子单体的方法,不仅可以用于制备多种有机/无机复合微球,而且由于方法的简便高效可以进一步扩大,从而提高产量。我们选用了PLC/PRF/5细胞来尝试摄取复合微球,通过短时间的磁场作用增强了其进胞效率。证明了磁性/荧光的复合微球在基因转染中的应用价值。
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