具有光/磁双模成像和药物缓释功能的单相介孔生物材料的设计、制备与应用研究

解决重大疾病的诊断与治疗问题是人类可持续发展的需求；对病灶的视觉观察、精确定位和可控治疗是科学而可行的方法。因此，研制多功能一体化纳米生物材料成为领域的前沿与热点。制备工艺复杂和性能不稳定极大地限制了多相复合多功能一体化材料的临床使用。为了克服这些缺点，本项目提出开展具有光/磁双模成像和药物缓释功能一体化单相材料的设计与制备研究计划。拟通过选取钆基顺磁材料为基质、掺杂镧系离子、利用模板剂在钆基中形成介孔结构等设计，使材料同时具有光致荧光、顺磁和药物装载功能。通过改变钆基和稀土掺杂浓度、选取模板、控制制备条件等工艺，调节材料的磁、光和介孔结构等参数，探索材料在应用中的潜能；通过生物医学实验，探索载药粒子与病变细胞作用、细胞内药物释放、杀伤病变细胞的效果以及生物毒性等问题；利用荧光与磁共振双模成像同步观察与跟踪上述过程，为材料的进一步优化提供参数；研制具有自主知识产权和可实用的一体化生物材料。

解决重大疾病的诊断与治疗问题是人类可持续发展的需求；对病灶的视觉观察、精确定位和可控治疗是科学而可行的方法。因此，研制多功能一体化纳米生物材料成为领域的前沿与热点。本项目提出设计并研制出具有荧光标识/成像、磁共振成像和药物可控释放等多种功能于一身的单相介孔生物材料。在这种单相结构光磁多功能介孔材料中，稀土离子将赋予材料荧光和顺磁两种特性，使其具有荧光和磁共振双模式生物成像的能力；同时，介孔结构将赋予材料负载、输送和控释药物的功能，使其具有杀死病变细胞的能力。通过荧光与磁共振成像实时监控，实现对疾病观察、诊断与治疗的协同操作。为此，我们采用模板法、腐蚀法等手段制备了稀土氧化物（如Gd2O3）、氟化物（如NaYF4）等介孔纳米颗粒；通过控制退火温度与升温速率、表面包覆、反应物选择等条件得到了孔径分布均匀、孔体积和比表面大的介孔纳米颗粒；通过稀土离子掺杂（如Gd，Eu, Yb和Tm）实现了光磁性质，并进一步通过控制掺杂浓度、减少猝灭通道等优化了发光；通过表面修饰，最终获得了水溶介孔光/磁纳米颗粒用于生物实验。在生物实验中，我们开展了介孔纳米颗粒的生物毒性、细胞成像、药物载入与释放、药理药性等工作。结果表明我们开发的稀土荧光介孔纳米颗粒是有潜力的药物载体和生物成像剂。举一个例子：我们制备的介孔荧光纳米颗粒Gd2O3:Eu同细胞培育后，通过共聚焦显微镜观察到了纳米颗粒在细胞内发光，并进一步通过细胞切片实验证明了纳米粒子进入到了细胞内部，表明荧光纳米颗粒具有细胞成像的能力；同时在介孔纳米颗粒中可有效的载入抗癌药物，并且能缓慢的释放，将载有抗癌药物的介孔颗粒与癌细胞培育后，能有效的杀死癌细胞。以上实验结果表明介孔荧光纳米颗粒Gd2O3:Eu具有负载、控释药物与同步荧光成像的多功能性。以往报道的类似结果都是在多相复合结构材料中实现的，我们首次实现了在单相介孔纳米颗粒中光磁双模成像与药物缓释的多重功能。该项目资助期间，我们成功研制出了两种有潜力的磁/光双模成像和药物装载控释功能于一体的单相纳米生物材料；共发表论文15篇，其中SCI收录论文13篇，影响因子大于6.0的3篇；影响因子大于3.0的6篇；培养博士生3名，硕士生1名。在该项目中获得的结果为进一步开展活体内的生物实验奠定了良好的基础。