用于磁共振成像/药物输运的核壳型超顺磁性双介孔氧化硅纳米结构

Recently, novel nano-materials have attracted more and more attention due to their potentials in detection, diagnosis and treatment of diseases, especially for cancer. In this proposal, core-shell structured superparamagnetic dual-mesoporous silica nanocomposites consist of magnetite-incorporated core with larger pores and shell with smaller pores will be designed and synthesized by employing the diblock copolymer of polystyrene-b-poly (acrylic acid) (PS-b-PAA), Fe3O4 nanoparticles and the surfactant cetyl trimethyl ammonium bromide (CTAB) based on the self-assembly and sol-gel techniques. The pore size and magnetic properties will be tuned by controlling the experimental parameters. The relationship between the structure and the performance of magnetic resonance imaging will be investigated. These could provide new ideas and theoretical guidance for the design of the excellent iron oxide-based magnetic resonance contrast agent. On the basis of the above research, two different kinds of anti-cancer drug molecules (hydrophilic doxorubicin hydrochloride and hydrophobic paclitaxel) will be loaded into the pore channels using the impregnation method, respectively, so as to explore the magnetic resonance imaging-guided cancer therapy effect. The significance of this project is to provide new methods and ideas for the preparation of novel cancer theranostics probe for efficient MR diagnosis and therapy.

开展新颖纳米材料在重大疾病尤其是癌症的检测、诊断及治疗方面的研究越来越受到人们的关注，并成为近年来的研究热点之一。本研究以两嵌段共聚物聚苯乙烯-b-聚丙烯酸(PS-b-PAA)和Fe3O4纳米粒子为研究对象，在表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的结构导向下，利用自组装工艺和溶胶-凝胶方法，构建一种具有双介孔(小孔壳和大孔核)孔道、孔径可调以及磁性能可控的核壳型超顺磁性双介孔氧化硅纳米结构，并通过探索双介孔结构与磁共振成像性能之间的关系，为进一步设计制备性能优异的氧化铁基磁共振对比剂提供新思路和理论指导。然后采用浸渍法分别将两种不同性质的抗癌药物分子(亲水的盐酸阿霉素和憎水的紫杉醇)担载到双介孔结构的小孔和大孔孔道中，探索其在磁共振成像引导下癌症治疗方面的初步应用研究。本项目的意义在于为制备一类集高效MR诊断与治疗功能于一体的新型纳米诊疗剂提供新的方法和思路，具有一定的科学研究价值。

本项目针对目前磁性介孔材料作为癌症诊疗剂存在的低横向弛豫率、只能担载一种药物的问题，设计制备了一系列具有高弛豫率以及多药物担载能力的核壳型超顺磁性双介孔氧化硅纳米结构。项目主要内容包括：核壳型超顺磁性双介孔氧化硅纳米结构材料的制备研究；核壳型超顺磁性双介孔氧化硅纳米结构的磁共振成像性能研究；亲水/疏水双药物担载的核壳型超顺磁性双介孔氧化硅纳米结构在细胞模型中的药物输运与释放性能。在本项目的资助下，现已在国际著名期刊Advanced Materials（2篇）, ACS Applied Materials & Interfaces, RSC Advances（2篇）发表SCI论文5篇。其中标志性的成果包括：1）创新性地结合自组装技术与溶剂热制备工艺，发展了一种制备可用于生物大分子担载的新型高度有序的大孔径氧化硅纳米球的新方法；2）采用嵌段共聚物/表面活性剂“双模板”合成路线，发展了一种可用于药物载体及磁共振对比剂的超顺磁介孔氧化硅空心球材料的方法；3）采用一种简单的“氧化还原”法成功地制备出锰高效负载的双介孔氧化硅纳米球，进而发展了一类可用于T1/T2双模式磁共振成像的锰基MR对比剂材料；4）发展了一种制备可用于磁共振成像/药物输运的超顺磁性双介孔氧化硅纳米球的新方法，其最大横向驰豫率r2值可达421.5 mM-1•S-1，该数值是商用磁共振造影剂横向弛豫率的3~4倍。以上学术成果的取得将为制备一类集高效MR诊断与治疗功能于一体的新型介孔氧化硅基纳米诊疗剂提供新的方法和思路，具有一定的科学研究价值。