论文部分内容阅读
癌症治疗一直以来都是科研人员致力的方向,传统治疗方案（放射疗法,手术疗法和化疗）不能根治癌症,且无法解决易复发、副作用等问题,因此急需一种更加行之有效的治疗手段。金属纳米颗粒由于其优异的性能而被广泛地应用于各种领域。近年来,由于科研人员的不断努力,金属纳米颗粒在医疗领域展现不小的应用潜力。例如:金属纳米颗粒表面可以通过抗癌活性药物修饰,携带药物用作药物载体进行递送;特殊性质的金属纳米颗粒可以靶向堆积在癌细胞内,利用近红外光照射产生的光热效应高温杀死癌细胞;某些修饰过的金属纳米颗粒可以在癌细胞内通过激发光照射产生活性氧杀死癌细胞。这些金属纳米颗粒在癌症治疗中的应用往往都需要用抗癌活性药物进行表面修饰。金属纳米颗粒的表面修饰往往都是通过药物分子化学吸附在金属颗粒表面完成的。因此,研究抗癌活性药物和金属表面的相互作用有重要研究价值。表面增强拉曼光谱（Surface-Enhanced Raman Spectroscopy,SERS）可以提供有分子与表面相互作用的官能团以及电子结构变化的信息,因此被广泛应用于确认分子在基底表面吸附状态。密度泛函理论（Density Functional Theory,DFT）是一种通过求解波函数来精确描述物质性质的量子化学计算方法,可以对分子的基态性质,电子性质和反应特性等性质进行精确地描述。表面增强拉曼光谱结合密度泛函理论共同研究分子和界面之间的相互作用和化学吸附效应已经被许多研究证实是可行的。因此,本文主要利用表面增强拉曼光谱和密度泛函理论,辅以紫外-可见光谱方法,透射电子显微镜表征,结合拉曼光谱,分子前线轨道,分子静电势与分子结合能分别研究了:抗癌活性药物分子和金属纳米颗粒表面的化学吸附效应及拉曼特性,分子在基底的吸附构象;同分异构特性的抗癌活性药物分子在基底表面吸附的分子特性差异及拉曼特性差异;抗癌活性药物分子不同结合位点和金属基底对接的吸附特性差异;分子-金属间的电荷转移效应及电荷转移效应在化学增强和表面增强拉曼光谱中提供的增强贡献;单一金属及混合金属基底情况下,分子与基底的相互作用的分子特性和拉曼特性及其他化学参数随基底变化的情况。本论文的主要研究内容和结果如下:（1）采用紫外-可见分光光度法、密度泛函理论、拉曼光谱和表面增强拉曼光谱共同研究了芬苯达唑和金纳米颗粒之间发生的化学吸附效应。结果表明Fenbendazole和Au NPs间发生了化学吸附效应。理论和实验光谱存在差异并解释了理论拉曼光谱与实验拉曼光谱差异的产生原因。采用分子前线轨道理论研究了Fenbendazole和Fenbendazole-Au1/Au3/Au6的化学活性,发现在Fenbendazole和Au3产生化学吸附时化学活性最强。此外还发现在851 cm-1、1222 cm-1、1425 cm-1和1566 cm-1处的谱峰被选择性地增强,根据选择规则可以解释这种现象的产生原因,并推断Fenbendazole通过咪唑基团垂直吸附在基材表面。（2）使用密度泛函方法研究了同分异构体分子CBD和THC及其各自金配合物的拉曼活性谱、分子前线轨道和分子静电势。观察到CBD-Aun配合物拉曼活性谱和THC-Aun复合物的光谱拉曼活性谱中出现了谱峰的“选择性增强”现象。分子前线轨道能隙表明CBD比THC更容易发生化学反应。CBD/THC与Au3原子团簇形成配合物时具有最强的化学活性和更强的电荷转移效应。分子静电势（MEP）表明电负性位点是CBD/THC分子和金表面的吸附位点。CBD/THC配合物的MEP也证明了CBD/THC和Au之间的电荷转移效应的存在。配合物的拉曼活性光谱中的“选择性”现象和上述假设都可以通过表面选择规则来解释。确定了金表面CBD/THC分子的吸附构象。结果表明CBD通过间苯二酚结构垂直吸附于金表面,而THC通过四氢吡喃和苯环垂直吸附于金表面。（3）利用紫外可见光谱法和透射电子显微镜（TEM）表征证实了埃克替尼在Au NP表面发生了化学吸附效应。采用密度泛函理论方法研究埃克替尼-Au6配合物的分子相关性质。通过埃克替尼分子的MEP预测了埃克替尼分子的四个潜在结合位点。结合能计算结果表明,埃克替尼通过乙炔基与Au6原子团簇化学吸附形成稳定的配合物。分子前线轨道证实了电荷转移效应发生在埃克替尼分子的乙炔基、苯环和喹唑啉环上。Herzberg-Teller表面选择规则用于解释理论计算的拉曼光谱中的选择性增强现象。评估了电荷转移效应所带来的拉曼增强贡献。通过对理论光谱和实验光谱的比较,发现特征峰存在谱峰展宽和偏移现象,并解释了表面增强拉曼散射光谱与常规拉曼光谱相比出现谱峰展宽和偏移产生的原因。（4）采用密度泛函方法从理论层面展开研究。Molnupiravir的MEP存在四个电负性较强的化学吸附的位点。结合能的计算结果证明了Molnupiravir通过这四个吸附位点和Au6/Ag6/Au3Ag3原子团簇发生稳定的化学吸附。其中Molnupiravir通过O1原子和基底产生的化学吸附最稳定。计算了Molnupiravir和Molnupiravir与Au6/Ag6/Au3Ag3基底形成的配合物的分子前线轨道。评估了配合物的分子硬度,化学势等参数,证明了Molnupiravir-Au3Ag3复合纳米药物体系具有良好的生物稳定性和安全性。最后研究了Molnupiravir和Au6/Ag6/Au3Ag3所形成的配合物的拉曼活性谱,发现存在谱峰选择性增强现象并解释这种现象的产生原因。配合物的拉曼活性谱中发现Molnupiravir和Au3Ag3所形成的配合物的拉曼增强效果弱于和其他两种情况,金属环学很好地解释了这种现象的产生原因。