掺杂氧化钛在可见光诱导下对癌细胞的光动力杀伤效应与机理的研究

纳米氧化钛以其化学稳定性好、氧化能力强、催化活性高等特点被人们所关注，与目前广泛研究的光敏药剂相比，它还具有毒性低和光稳定性好的特点，因此，近年来纳米氧化钛在癌症光动力治疗方面的研究逐渐受到国内外的重视。但是，由于氧化钛的带隙较宽，必须用紫外光源进行激发，而紫外线本身对于人体正常组织和细胞有伤害。这一问题大大限制了氧化钛在光动力治疗方面的应用发展和推广。通过氧化钛掺杂来改变其带隙，可以使它的吸收从紫外光红移到可见光范围，从而可以使用可见光进行光动力治疗，使掺杂氧化钛具有更广阔的临床应用前景。从以往的研究发现，氮氢共掺杂氧化钛材料较掺氮或掺金属氧化钛具有更好的可见光催化效果，因此本项目将通过自行制备氮氢共掺杂纳米氧化钛材料，开展掺杂氧化钛在可见光诱导下对癌细胞的杀伤效应研究，并深入了解掺杂氧化钛的光动力治疗机理，为实现临床应用进行必要的前期基础研究。

二氧化钛是一种有潜力的光敏剂，可以在紫外光激发下对癌细胞进行光动力治疗，但由于它不能被可见光激发，限制了它在光动力治疗方面的发展和应用。本项目的主要工作是用煅烧法制备了掺氮氧化钛纳米颗粒，使其光吸收从紫外区扩展到可见区域（约500nm），实现了在可见光照射下杀伤数种不同的癌细胞。在光杀伤的过程中，选取了宫颈癌HeLa细胞，深入研究了掺氮氧化钛纳米颗粒在HeLa细胞内、以及细胞核区域的分布，分析了对癌细胞杀伤的作用位点，并详细比较了纯氧化钛和掺杂氧化钛的光动力杀伤癌细胞的不同机理。这些工作为实现临床应用提供了有意义的指导，未来有望大力推动二氧化钛在光动力治疗领域的应用。. 项目取得的主要结果如下：.1..在氨气气氛下煅烧锐钛矿相氧化钛纳米颗粒，批量制备了掺氮氧化钛。吸收光谱证明掺氮氧化钛在可见光区域比纯TiO2有更好的吸收。对比了氧化钛和掺氮氧化钛对人宫颈癌细胞HeLa、人肝癌细胞QGY和人鼻咽癌细胞KB这三种癌细胞系的细胞毒性和可见光杀伤效应，发现它们都没有明显的细胞毒性，而掺氮氧化钛在可见光照射下比纯TiO2具有更好的杀伤效果。.2..利用激光扫描共聚焦显微镜研究了掺氮氧化钛在细胞内的分布，观察到N-TiO2存在于高尔基体和细胞核中。用可见光照射了经掺氮氧化钛处理的HeLa细胞后，出现了微核，表明光动力治疗对细胞核也造成了直接损伤。.3..研究了氧化钛和掺氮氧化钛对HeLa细胞的可见光杀伤机理。在可见光激发下，掺氮氧化钛比氧化钛产生更多的活性氧（ROS），但是不同活性氧种类的比例有所不同，其中掺氮氧化钛产生更多的O2•−/H2O2，而纯氧化钛则产生更多的OH•。.4..研究光动力治疗对细胞的杀伤机理，测量了细胞杀伤过程中的一些重要参数（如线粒体膜电位、细胞内钙离子和一氧化氮浓度）的变化。测量发现，在可见光激发下，相比于氧化钛，掺氮氧化钛导致线粒体膜电位下降得更快、细胞内钙离子和一氧化氮浓度升高得更多。共焦显微镜的观察发现，光动力治疗结束后60分钟时，经氧化钛培育的细胞的骨架组织出现了破损和收缩，而经掺氮氧化钛培育的细胞表现出更严重的骨架变形和细胞膜破裂。