基于金纳米棒和上转换纳米晶的多功能纳米复合材料构建与性能研究

Aiming at the significant demand and the urgent development of the novel nanocomposites which can be utilized for the early diagnosis, noninvasive accurate position and the treatment of cancer or other serious diseases, the project will plan to use gold nanorods (GNRs) as core, SiO2 as isolation layer and upconversion nanocrystals (UPNCs) as shell to construct multifunctional nanocomposites.The obtained nanocomposites will combine the unique advantages of UPNCs which can be used in biological labeling and imaging with the unique advantages of GNRs which can absorb near infrared light by surface plasmon resonance (SPR) to produce photothermal conversion effect. To obtain optimum structure and properties of multifunctional nanocomposites, the research interests focus on the crystal growth kinetics of UPNCs on the surface of SiO2 coating GNRs, the SPR or fluorescence resonance energy transfer (FRET) interaction between UPNCs and GNRs and the photothermal conversion efficiency of GNRs as core. To validate their feasibility for the cancer-related applications,the preliminary experiments of cellular labeling and imaging and photo-thermal therapy will be performed. The results obtained from this project may provide new scientific and theoretical insights for the early diagnosis and therapy of cancer and other serious diseases.

针对亟待研发出能用于癌症等重大疾病早期诊断和无创地准确定位与治疗的新型纳米复合材料的重大需求，本项目计划以金纳米棒（GNRs）为核，二氧化硅（SiO2）为隔离层，上转换纳米晶（UPNCs）为壳构建多功能纳米复合材料。制备的纳米复合材料将UPNCs在生物标记和成像方面应用的独特优势与GNRs通过表面等离子体共振(SPR)吸收近红外光产生热疗效应的特性结合起来。重点研究在SiO2包覆的GNRs表面生长UPNCs的生长动力学过程，UPNCs与GNRs之间的通过SPR或荧光共振能量传递（FRET）相互作用的规律和作为核材料的GNRs的光热转换效率，以获得具有最佳结构和性能的多功能纳米复合材料。通过开展细胞标记成像和热疗效应的初步实验研究，验证纳米复合材料在癌症诊疗方面的可行性。为癌症等重大疾病的早期诊断和治疗提供科学基础和理论依据。

针对亟待研发出能用于癌症等重大疾病早期诊断和无创地准确定位与治疗的新型纳米复合材料的重大需求，本项目计划以金纳米棒（Au NRs）为核，二氧化硅（SiO2）为隔离层，上转换纳米晶（UPNCs）为壳构建多功能纳米复合材料。根据国内外最新研究发展的新动态和新趋势，在项目的执行期间，对项目的研究内容进行了部分调整。将构建多功能纳米复合材料的基元材料扩展至金纳米颗粒（Au NPs）,半导体纳米材料，癌症化疗药物阿霉素（DOX）等，研究内容扩展至金纳米颗粒和半导体纳米材料的相互作用等领域。取得的一些阶段性的重要创新成果：1)改进了金纳米棒的合成方法，合成出的金纳米棒产率更高，尺寸更均匀；2）在上转换发光纳米材料研究方面，以柠檬酸三钠为螯合剂，合成了不同尺寸和晶体结构的NaYF4: Yb, Er 纳米材料，研究了它们在不同温度下的上转换发光性质；以聚乙烯亚胺(PEI)为表面活性剂，合成了水溶性的小尺寸NaYF4: Yb, Er 上转换纳米晶并研究了其上转换发光性质，这些结果为构建多功能的纳米复合材料奠定了基础；3）以小尺寸NaYF4: Yb, Er 上转换纳米晶和金纳米颗粒为基元，构建了Au/NaYF4: Yb, Er 超粒子纳米复合材料，研究了上转换纳米材料和金纳米材料之间的相互作用；4）以金纳米棒为核，成功地在金纳米棒表面包覆一层介孔的二氧化钛，构建了Au NR@mTiO2核壳纳米复合材料，研究了其光学性质和光催化性质，在近红外光照射下，观察到了单线态氧的产生，该材料有望在肿瘤光动力治疗方面实现应用；5）以金纳米棒为核，实心二氧化硅为隔离层，上转换纳米晶为壳，构建了Au NR@nSiO2@Y2O3: Yb, Er 多功能纳米复合材料，研究了其发光性质；6）以小尺寸NaYF4: Yb, Er@NaGdF4 上转换纳米晶和DOX为基元，构建了PLGA(UCNPs@DOX)纳米复合材料，并将材料应用于细胞的荧光成像和肿瘤细胞药物缓释治疗等方面。项目取得的结果为其他新型多功能纳米复合物设计提供可行性的参考依据，为癌症等重大疾病的检测和治疗提供基础科学依据。. 本项目发表论文10篇，SCI收录9篇，EI收录1篇。国内学术会议口头报告1篇，墙报1篇。申请发明专利2项，授权1项，受理1项。参与本项目的5名青年教师成为了单位的科研教学骨干。