多功能稀土配合物光-磁纳米探针构筑及多模式成像和药物控释研究

On the basis of our previous researches, we plan to design and fabricate multifunctional rare-earth complexes optical-magnetic nanoprobes with core-shell structures possessing magnetic targeting and stimuli response drug slow-release functions, using magnetic nanoparticles @ organic modified mesoporous silica as matrices, loading the luminescent rare-earth complexes with macrocyclic ligands or podands and anti-cancer drugs (doxorubicin, paclitaxel or camptothecin, etc.) by means of supramolecular interactions and ligand exchange reactions in the shell channel, wrapping the nanoparticles by functional polymers or biological macromolecules. The nanoprobes can realize the fluorescence imaging and X-ray computed tomography (CT) imaging based on the rare-earth complexes, magnetic resonance imaging (MRI) and high resolution transmission electron microscopy (TEM) imaging based on the magnetic nuclei, and the synergy effects between different imaging modes are also planned to investigate. The drug delivery is expected to be implemented by taking advantage of the adjustable coordination sphere of rare-earth ions, and the drug release process can be monitored by the fluorescent signal of the rare-earth complexes expressing. We can also trace the drug and investigate the mechanism by electron microscopy imaging. Thus the applications of such multifunctional rare-earth complexes nanoprobes in cancer diagnosis and treatment are studied. Summarizing the new knowledge and relational rule, we will provide useful informations and academic foundations to the design and application of multifunctional rare-earth complexes nanoprobes. And we expect that sixteen to twenty top-quality papers will be published, some patents can be applied by the relative researches, and six to eight graduate students will be brought up by the project implement.

本项目在已有成果基础上，以具有核-壳结构的磁性纳米颗粒@有机改性介孔二氧化硅纳米粒子为基质，利用超分子作用和配体交换反应在壳层孔道里负载大环及多足体稀土发光配合物和抗癌药物（阿霉素、紫杉醇或喜树碱等），并在纳米粒子表面包覆功能高分子或生物大分子，构筑具有磁靶向性和刺激响应药物缓释功能的稀土配合物光-磁纳米探针；实现基于稀土配合物的荧光成像和X-射线计算机断层成像、磁性核的磁共振成像和高分辨透射电镜成像等多模式成像功能，并研究各成像模式间的协同效应；利用稀土离子的配位内界可调进行药物输送，并以其荧光信号表达监测药物释放过程；利用电镜成像进行药物示踪和作用机理研究；探索此类多功能稀土配合物纳米探针在癌症诊断和治疗等方面的应用。总结所获新知识及有关规律，为新型稀土配合物多功能纳米探针的设计应用提供重要理论基础。预期可发表高质量学术论文16-20篇，有关成果申请专利，培养博、硕士研究生6-8名。

在国家自然科学基金的大力资助下，围绕基金课题“多功能稀土配合物光-磁纳米探针构筑及多模式成像和药物控释研究”，开展稀土配合物发光材料的分子基础和功能调控研究。针对如何实现分子水平精准调控稀土配合物发光材料的功能这一关键科学问题，利用配合物的分子设计性和发光特点，以界面效应、原位配位和能量传递进行材料体系稀土荧光调制规律研究，在此基础上建立了分子水平调控配合物发光材料功能新策略，并将其应用于稀土智能发光材料及太阳能电池器件。立足于稀土功能配合物领域，创制新型稀土配合物发光材料，实现了稀土多维度光学信息存储和智能稀土生物探针构筑，并组装出稳定高效的无机-有机杂化钙钛矿太阳能电池器件。研究成果对新型稀土配合物发光材料的创制和稀土资源的高值化应用具有重要的科学意义，并为丰富配位化学研究内容提供支撑。学术交流方面，项目负责人共参加国际及国内学术会议28次，并在会议上做主题或邀请报告，并作为会议主席主办国际及国内学术会议2次。迄今为止，在基金资助下，在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Adv. Sci.、Chem. Commun.、J. Mater. Chem. A/B/C、Chem. Eur. J.、Inorg. Chem.、J. Phys. Chem. C、Dalton Trans.和中国科学: 化学等SCI收录刊物已发表论文47篇，其中SCI一区刊物论文26篇。获授权国家发明专利2项，实用新型专利1项。项目负责人已与广东轻工职业技术学院和惠州市随和科技有限责任公司签订产学研合作协议，正在进行稀土高等级荧光防伪油墨的科研成果转化工作，已取得很好的阶段性成果，预计明年能开发出相关防伪商标产品；同时，近期项目团队与苏州协鑫光伏科技有限公司正在进行大面积钙钛矿太阳能电池器件组装研发，有望进一步实现产业化。人才培养方面，2015至2018年度，共毕业博士研究生8人，硕士研究生7人；目前在读博士研究生10人，硕士研究生11人。1名博士生在学期间获得国家奖学金，1名硕士生获得甘肃省优秀硕士学位论文。