新型多功能半导体纳米光热转换材料的研制及其在癌症诊疗上的应用探索

Semiconductor compounds as a photothermal nanomaterial possess several advantages such as high conversion efficiency, stable performance and easy multi-function. In order to further promote the biological applications of these materials, their biocompatibility should be improved, their targeting should be endown, and their theragnosis function should be realized, by means of surface modification, doping, and coating, etc. However, the studies on their multi-function and targeting are still in their infancy. Our group has successfully developed a variety of new semiconductor compound photothermal nanomaterials and their composites, and further preliminarily explored their biological applications. Based on the above basis, the work will be carried out as follows: (1) the development of a variety of compound semiconductor nanocrystal photothermal materials, focusing on the effects of the particle size, morphology, structure and composition on their photothermal conversion properties, to develop novel photothermal materials with strong near-infrared absorption, high photothermal conversion efficiency and multi-function (bioimaging and drug loading, etc.); (2) study on their surface modification to obtain semiconductor compound photothermal nanomaterials with biocompatibility and targeting; (3) exploration of their toxicity, metabolism, targeting, and theragnosis in vivo.

半导体化合物纳米光热材料具有光热转换效率高、性能稳定、易于功能化等优势。为了进一步推进这类材料的生物应用，还需通过表面修饰、掺杂和包覆等手段，改善它们的生物兼容性和赋予其靶向性，实现诊断和治疗的联合。然而，目前半导体化合物光热材料的多功能化和靶向性研究尚处于起步阶段。本课题组成功发展了多种新型半导体化合物光热材料及其复合材料，并进行了生物应用的初步探索。 基于以上研究基础，拟开展如下工作：（1）研制多种半导体化合物纳米晶光热材料，重点研究粒径、形貌、组成和结构对其光热转换性能的影响，开发强近红外吸收、高光热转换效率和多功能（成像和载药等）的新型光热材料；（2）研究半导体化合物纳米晶光热材料的表面修饰，获得生物兼容和靶向性的光热转换材料；（3）探索半导体化合物纳米晶光热材料在小白鼠体内的毒性表现、分布转运及肿瘤诊断与治疗的效果。

光热治疗技术将激光光能转换成热能，通过局部高温杀死肿瘤细胞的治疗方法，对患者的创伤较小，因而作为一种微创治疗技术得到了快速发展。使用近红外光热治疗的一个先决条件是开发高效、生物兼容性和靶向性的近红外光热转换材料。本课题研究是制备多种新型多功能半导体纳米光热转换材料及其在癌症诊疗上的应用探索，重要结果和关键数据有：.（1）双金属硫化物Cu3BiS3和CuCo2S4纳米晶的光热诊断治疗.设计合成了具有缺陷结构的Cu3BiS3纳米晶和CuCo2S4纳米晶，表现出由于铜缺陷造成强近红外吸性能。强近红外吸收使得纳米晶具有良好的光热性能和光声成像功能，Bi和Co元素的磁特性使其可作为一种核磁成像显影剂，从而实现了单一材料对肿瘤的光声成像、MR成像增强和光热消融效果。.（2）PH-响应可降解的MoOx纳米片和ReO3纳米晶的可控合成及其肿瘤诊疗应用. 合成了MoOx纳米片和ReO3纳米晶具有近红外吸收和PH氧化降解的性能，在酸性环境下相对稳定而在人体正常组织pH下可降解并且无明显体内毒性。这些无机纳米试剂在肿瘤可以稳定存在来实现成像与治疗，然而在正常器官可快速降解快速排出体外以避免长期滞留导致的毒性。.（3）高效亲水性Bi2S3纳米花、Fe3S4四方片、RuO2纳米粒子、多孔硫化钴空心纳米球、SnS纳米片、氧化锰纳米花光热转换材料.开发了多种高效和生物兼容性好的近红外光热转换材料。如制备了Bi2S3纳米花，在相同实验条件下Bi2S3纳米花的光热转换效率高达64.3%。合成多孔硫化钴纳米球和Fe3S4纳米片， Co和Fe元素的磁特性，不用复合，一种简单的材料就实现了光声成像、核磁成像、红外热成像和光热治疗的结合。.（4）FeWO4@PPy和NaYF4:Yb/Er@PPy核壳结构纳米复合光热材料.研究利用水热法合成了FeWO4和NaYF4:Yb/Er纳米材料，再用原位聚合的方法在其表面包覆了一层PPy，制备了多功能的FeWO4@PPy和 NaYF4:Yb/Er@PPy核壳结构纳米复合材料。该纳米复合材料可以同时实现癌症的多模式诊断和治疗，满足了诊断治疗的高效性和准确性，促进了多功能纳米复合材料的开发和在癌症诊断治疗中的应用。.另外，在该项目的资助下原位透射电镜研究了不同种类和不同尺度一维半导体纳米材料单体的力学、电学和热学等物理性能，遴选性能优异纳米材料，设计和构建半导体器件。