基于诊疗一体化的LDHs插层复合材料的制备及性能研究

The theranostic composite materials have been one of the research directions for the biomedicine due to their advantage in the combination of diagnosis and treatment. The development of advanced theranostic composite materials with the enhanced imaging and treatment performance as well as the easy preparation method has been the most important determinant. Layered double hydroxides (LDHs) have been widely applied in various multi-functional materials and exhibited great advantages in the construction of bio-materials. Therefore, combination between LDHs and imaging agent or chemotherapeutics may find great potential in the development of new composite clinical materials. This project has proposed the construction of new hybrid materials based on LDHs host and bio-materials through intercalation assembly. Aiming at fabrication of hybrid materials with superior performances in diagnosis and treatment, we plan to study the intercalation structure, the arrangement of guests and host-guest interaction to achieve the synergistic effect of both LDH host and intercalated biomaterials. Based on the basic research for the structure and application of these hybrid materials, we hope that the controllable construction and optimization of performances can be finely achieved. Through the innovation of LDHs-based bio-materials, hybrid materials with controllable properties can be realized, which is beneficial to diagnosis and treatment.

医学诊疗材料作为一类新型成像和治疗一体化的复合材料，因其具备成像与治疗协同的优势，已经成为生物医学材料的发展方向之一. 发展具有多模成像、实现诊疗性能协同增强、以及优化复合材料的制备途径，是诊疗复合材料研究领域的关键问题. 层状结构水滑石（LDHs）材料具有丰富的功能性，为发展新型医学复合诊疗材料开辟新的途径。本项目提出以LDHs为主体，磁荧光成像剂及化疗药物为客体，经插层组装制备新型插层结构诊疗复合材料。以构筑优异诊疗性能的复合材料为研究导向，以强化协同作用、提高诊疗效率为研究目标，对该类复合材料的插层结构、客体排布、主客体作用力进行系统和深入的研究，以期得到具有优良诊疗性能的医学复合材料。通过解决此类复合材料的可控制备和诊疗性能中的关键科学问题，构筑具有特色的研究体系，实现新型插层结构医学诊疗复合材料的结构创新，为高性能医学诊疗复合材料的结构设计和性能调控提供实验基础和有益探索。

医学诊疗材料作为一类新型成像和治疗一体化的复合材料，因其具备成像与治疗协同的优势，已经成为生物医学材料的发展方向之一。发展具有多模成像、实现诊疗性能协同增强，是诊疗复合材料研究领域的关键问题。本项目以二维层状材料复合金属氢氧化物（LDHs）为主体，医用生物分子为客体，构筑了新型超分子插层结构诊疗复合材料。围绕诊疗复合材料的插层结构设计、插层组装方法、插层结构诊疗材料性能强化开展了深入系统研究，取得了如下成果：.（1）系统研究了构筑二维插层材料的理论判据，发现并提出了LDHs二维材料的“纳米限域效应”。发展和完善了插层结构材料的空间结构限域和电子结构限域。揭示了二维限域效应导致的材料功能强化。采用层间限域合成获得了功能强化的纳米诊疗复合材料。.（2）提出和发展了多种复合诊疗材料的合成组装新技术：包括二维单层材料的可控合成、导向层层组装、共插层组装及拓扑转变原位合成，实现了对主客体结构和组成的精确调控，为构效关系的研究提供了方法学基础。.（3）以诊疗一体化为导向实现了功能导向的LDHs插层诊疗材料设计与性能调控。获得了系列插层结构光功能成像材料、超分子光敏剂材料，插层结构及单层稀土掺杂诊疗材料，通过解决插层结构诊疗材料的结构设计、可控组装中的关键科学问题，实现了诊疗功能调控和强化。.（4）探索了插层结构诊疗复合材料在生物医学领域的应用。构建的超分子插层结构光敏材料有效解决了传统光敏剂的穿透力问题，具有潜在的应用前景。构建的单层稀土掺杂诊疗材料，有效解决了二维单层纳米材料的溶剂热合成问题，实现了对化疗药物的超高负载效率和优异的多模协同治疗性能。.项目执行期间，在Nat. Commun.、Adv. Mater.、Chem. Sci.、Biomaterials、Nano Res.、等国内外重要刊物发表SCI收录的论文13篇。受邀撰写3篇综述性论文。申请国家发明专利6件；授权国家发明专利7件；两位博士生分别荣获2017和2018年度北京化工大学校长奖学金。