钆基多功能荧光上转换纳米材料的可控合成及在生物医学领域的应用研究

上转换荧光纳米材料作为一种新的生物荧光探针近年来倍受关注，钆基上转换纳米GdVO4、GdF3、GdPO4等在合成和生物医学领域的应用研究还不够深入，存在分散性差、发光效率不高、功能性不强等问题，从而影响其在生物医学中的应用。本项目拟以钆基上转换纳米材料的可控合成与性能研究为主，通过表面改性合成形貌尺寸可控、水溶性好的钆基纳米材料，对其上转换多色发光效率、发光机理、生物相容性、荧光成像等方面开展系统研究。不仅利用稀土离子的上转换特性来实现高效多色荧光成像，还可利用钆离子本身具有的磁性深入研究尺寸、形貌依赖的磁共振成像水平，同时结合粒径小的功能化纳米粒子对癌细胞、活体器官靶向能力强的优势，预期合成出集荧光成像、磁共振成像、靶向性于一身的多功能钆基荧光纳米材料。探索这种钆基荧光纳米材料在癌细胞靶向治疗中的作用、对医学磁共振成像水平的提高和活体内实用化的有效途径具有很重要的科学意义和潜在应用前景。

本项目实施以来，按照研究计划书中的研究要点和研究内容开展了以下研究工作：.利用简单的化学合成和制备技术，得到了形貌、尺寸可控的多功能钆基上转换荧光纳米材料(UCNPs)并用多种手段如X射线粉末衍射仪、扫描电镜、透射电镜对产物进行了表征。在此基础上，进行了材料的表面修饰，提高了材料的生物相容性。研究了钆基上转换纳米粒子的上转换荧光成像(UCL)、磁共振成像(MRI)以及X射线断层成像(CT)等成像水平。将表面修饰后的上转换纳米粒子负载抗癌药物后进行药物靶向性、细胞杀伤和治疗等方面的研究，从而实现了上转换纳米材料的诊疗一体化，这种多功能的上转换纳米药物载体为肿瘤的诊断和治疗提供了新思路和新契机。主要工作发在Biomaterials, Small, Chem. Eur. J.等杂志上。. 申请者用了两年多的时间，顺利完成了青年基金申请书的研究计划。在此基础上，还设计合成了新型类石墨烯二维层状纳米药物载体，避免了常规纳米药物载体的劣势，将单层比表面积大、在近红外区有很好吸收且穿透深度强等的优势相结合，实现了热疗-化疗、热疗-光动力的不同治疗模式的协同治疗，降低了耐药性，提高了疗效，实现了新型近红外光控智能型纳米药物的合成及对肿瘤的低毒治疗，主要工作发表在ACS nano, Nanoscale杂志上。同时，还合成了钨青铜类纳米材料并将其应用在肿瘤的热疗-化疗协同治疗方面，取得了很好的治疗效果，发表在small杂志上。申请者在利用新型纳米药物载体对肿瘤的诊疗方面的工作目前虽然只处于起步研究阶段，但是基于其研究是在实施青年基金项目计划书中钆基多功能上转换纳米材料的可控合成与生物医学研究的基础上进行的，因此，钆基上转换纳米材料的可控设计和表面修饰方面的经验为后续层状纳米硫化物材料的合成和对肿瘤的诊疗方面的探索性研究奠定了扎实的基础。目前为止，在本项目的资助下，申请者发表了SCI国际期刊论文18篇，多数影响因子高于4.0。其中，影响因子高于12.0的1篇，影响因子高于6.0的7篇，申请专利2篇。参加国内外学术会议3次。