贵金属/水滑石复合纳米材料的光热特性及生物成像研究

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作为一种广泛应用于光热治疗光热剂的材料,金纳米材料的光热转换效率可以通过调节其形貌来提高。此外,也可以通过将金纳米材料与其他材料进行复合,在提高材料的光热转换效率的同时也可以通过赋予其多种功能,实现诊疗一体化。因此,本文通过一种简单的方法制备出具有较高光热转换效率的金纳米星(Au Nano Stars,Au STs),Au STs相比较于金纳米颗粒(Au Nano Particles,Au NPs)和金纳米棒(Au Nano Rods,Au NRs)具有显著的尖端增强局域表面等离子共振(Local Surface Plasmon Resonance,LSPR)特性,所以具有更为优异的光热转换效果。之后验证了Au STs在光热治疗(Photothermal Therapy,PTT)和光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography,OCT)中的效果。进一步地,为了提高Au STs的光热转换效率和生物兼容性,我们构建了Au STs和层状双金属氢氧化物(Layered double hydroxide,LDH)复合纳米材料Au STs@LDH。Au STs@LDH复合纳米材料具有更高的光热转换效率,更强的光热治疗效果并且OCT成像效果也有了明显提高。本文的主要研究内容如下:1.首先通过种子介导生长法制备了Au STs,利用透射电子显微镜(TEM)对Au STs的形貌进行了观测、通过X射线衍射分析仪(XRD)分析了Au STs的结构、然后利用紫外-可见-近红外分光光度计和粒径分析仪对Au STs的尺寸和物理性质等进行了研究。证明了所制备的Au STs是在50 nm球核上生长长度为30 nm左右的多尖刺状结构,并显示出明显的Au晶相,并在600-900 nm处显示出了较强吸收强度,有利于其作为光热剂在光热治疗中进行应用。2.对Au STs的光热特性进行了探究。通过对Au STs的时间-温度曲线的测定、噻唑蓝比色(MTT)法和模拟组织体模的OCT成像得到Au STs作为诊疗剂在光热治疗和光学相干层析成像中的应用效果。在光热特性研究中,Au STs的温度升高值为36.9℃,其光热转换效率为42%。并且具有较低的生物毒性。在体外光热治疗中,Au STs作为光热剂,经激光照射10 min后,对人乳腺癌(MCF-7)细胞的杀死效率高达63%。并且在模拟组织光学相干层析成像的信号强度也有了大约5倍的提高。3.开发了一种简单的一锅合成法构建了Au STs@LDH复合纳米材料。通过透射电子显微镜对Au STs@LDH的形貌进行研究、利用XRD、FTIR、扫描电子显微镜、EDS能谱研究对Au STs@LDH的结构和元素信息进行分析、之后使用紫外-可见-近红外分光光度计、Zeta电位测试仪对Au STs@LDH复合纳米材料的物理性质进行表征。证明了Au STs与LDH成功制备为Au STs@LDH复合纳米材料,并且其晶相结构稳定,吸收光谱测试显示在650-850nm之间有较强的吸收。4.对AuSTs@LDH的光热特性进行了研究。由于Au STs与LDH相互作用,更大的比表面积具有更大的吸收截面,同时,LDH限制了Au STs的受热布朗运动,并且,在金表面多出的更多自由电子也带来了更强的LSPR效应,其光热转换效率η=64%。并探究了Au STs@LDH作为诊疗剂在体外光热治疗和光学相干层析成像中的应用研究,并以Au STs@LDH作为造影剂,实现了对鲫鱼眼部的成像。其中,Au STs@LDH在光热测试中的温度极限约为79.4℃,相比于单一的Au STs具有明显的提高,并且具有极低的生物毒性。同时在体外光热治疗和模拟组织的光学相干层析成像中显示出了明显效果。
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