还原氧化石墨烯(rGO)是一种平面内含氧基团减少的氧化石墨烯(GO),是近十年来迅速发展起来的高分子材料,由于载药量高、光热转换效率高、可修饰性等性能,使其在生物医药领域的多个方向如药物传递、基因转导、DNA操纵、肿瘤成像、光热治疗、骨组织工程等有广泛的研究。本文分为三部分,第一部分以溶血试验为评价手段,以溶血指数(HI)为评价指标,寻找生物相容性高的GO衍生物所具备的理化特征,为载姜黄素(Cur)肝素修饰的rGO纳米粒中GO载体的选择、修饰和制剂研究奠定基础。第二部分对载Cur的rGO纳米粒进行药学研究。该纳米粒以Cur为模型药物、以二次氧化的GO为起始的载体材料、以未分级肝素(UFH)为亲水性修饰高分子,以叶酸(FA)为靶头,经还原处理,分别制成非FA修饰纳米粒(记为Cur-rGO-UFH)和FA修饰纳米粒(记为Cur-rGO-UFH-FA)。以体外释放度试验、体外细胞试验、药代动力学试验、组织分布试验、组织切片等为评价手段,对这两种纳米粒进行体内外评价。第三部分为该纳米粒中rGO相关的分子模拟研究。从机理上直观地解释了:(1)未修饰的rGO是热力学不稳定的,需用亲水性高分子加以修饰;(2)rGO载Cur的过程。以溶菌酶(Lyso)和肌红蛋白(Myo)为模型蛋白质、以未修饰的rGO为典型的载体材料、以石墨烯(GRO)为参照,说明了纳米粒进入生物体后载体材料的生物相容性,如:与Myo含量丰富的心脏的相容性,与Lyso含量丰富的肝、脾、肺和肾的相容性。本论文主要的研究方法与结果如下:第1章通过从合成和表征了 9类25个GO的衍生物。第2章建立了新的求溶血指数(HI)的方法和溶血试验条件。求HI的方法是利用540nm、576nm和600nm三处紫外吸收的540-576-600法,它是一种典型的三点吸收差值法。为说明该法的准确性,比较了文献中常用到的溶血百分数(HP)方法,包括以540法为代表的单点吸收值法和以540-655法为代表的两点吸收差值法,同时还建立了求HI的以576-600法为代表的两点吸收值法。通过三个实例说明了新建的540-576-600法具有求GO衍生物的HI准确度高的特点。而常见的求HP的方法存在结果偏大,甚至有可能出现超过100%的溶血现象。合理的试验条件:5%葡萄糖溶液为溶血介质、家兔来源终浓度为1%新鲜健康的RBCs作为理想的红细胞(RBCs),3000rpm离心5min,37℃孵育3～6h。在红细胞浓度、离心速度等问题上,对GO与RBCs之间相互作用进行定量计算。本研究未见文献报道。第3章对第1章中25个GO衍生物进行溶血评价,找到了生物相容性高的GO衍生物理化特征,如粒径减小、亲水性高分子修饰、还原处理、电荷减少。第4章对两种肝素化rGO材料进行评价。在生物相容性高的结构特征基础上,选择以UFH为亲水性材料,以FA为靶头、GO-2为起始载体材料,制成了两种肝素化rGO材料,分别为肝素-己二酸二酰肼-rGO(记为rGO-UFH)和叶酸修饰的肝素-己二酸二酰肼-rGO(记为rGO-UFH-FA)。这两种材料具有浓度、时间依赖性的光热效应。在浓度为10μg·mL-1且808nm光照5min条件下,两种材料均能达到肿瘤光热治疗所需的下限温度50℃。在非光照条件下,两种材料对MCF-7或A549细胞基本无毒;在光照下,rGO-UFH-FA对MCF-7细胞的杀伤性较强,说明rGO-UFH-FA通过叶酸受体(FR)介导作用进入胞内,而rGO-UFH可能通过EPR效应进入到细胞。第5章对两种姜黄素rGO纳米粒进行体外研究。首先建立了计算载药量(DL)和包封率(EE)的方法,以星点设计-效应面法优化了 Cur-rGO-UFH-FA的制备工艺。体外释放研究表明:纳米粒中Cur的释放受温度的影响较大,受pH的影响较小,说明rGO-UFH-FA包载Cur的过程是以π-π堆积作用为主,氢键和静电作用较小。细胞实验表明:在光照和非光照条件下,三制剂(Cur溶液组、Cur-rGO-UFH-FA组和Cur-rGO-UFH组)对MCF-7和A549两种细胞的细胞毒性差异较大。光照下细胞毒性显著增强,说明两种纳米粒中rGO在光照作用下发挥了光热效应,且光热效应与Cur对细胞的毒性具有协同作用。在非光照下,与溶液组相比,Cur-rGO-UFH对MCF-7和A549的细胞毒性显著增强,说明Cur-rGO-UFH可能通过EPR效应进入细胞,溶液组中Cur通过被动扩散进入细胞。Cur-rGO-UFH-FA 的细胞毒性比 Cur-rGO-UFH 的高,说明 Cur-rGO-UFH-FA除通过EPR效应途径外,还通过FR介导进入细胞。细胞凋亡实验表明:三组制剂中Cur的细胞凋亡率具有浓度依赖性;低浓度时,Cur-rGO-UFH-FA诱导细胞凋亡能力最强,Cur-rGO-UFH次之,溶液最差,说明低浓度时FR介导的胞饮作用发挥明显,高浓度时三组Cur制剂在被动扩散的驱使下进入细胞内浓度均较高,并产生了大面积细胞凋亡和坏死。细胞摄取实验表明:两种Cur靶向制剂对MCF-7细胞摄取均具有浓度和时间依赖性。本研究未见文献报道。第6章是对两种Cur纳米粒进行体内研究。大鼠静注Cur溶液组后,Cur的半衰期较短(仅0.32h),而两种纳米粒中Cur的半衰期大大延长,达到了 rGO纳米粒延长Cur半衰期的预期目标。小鼠体内分布实验表明:与Cur溶液相比,两种纳米粒具有肝靶向性,Cur-rGO-UFH-FA还具有肺靶向性。2h时的组织切片观察到两种Cur纳米制剂对心、脾组织没有影响,对肝、肺和肾有一过性影响,在48h时对这些组织的影响基本消除。第7章rGO分子的自聚集和载姜黄素过程进行模拟。结果表明:低浓度且亲水性较强的rGO仍是热力学不稳定体系,说明需采用亲水性大分子对rGO加以修饰。rGO包载Cur的本质是rGO吸附Cur;由于尺寸较大的rGO结构中含有sp2区域,故也模拟了 GRO包载Cur的过程。观察到rGO与Cur在5.01ns时发生了吸附,但疏水性更强的GRO在20ns内没有与Cur发生吸附,说明吸附过程不仅与π-π堆积作用有关,还与范德华力、静电力、氢键和水分子的碰撞等多种因素有关,长时间搅拌能增加分子间的碰撞几率,是提高载药量的途径之一。本研究未见文献报道。第8章研究了 GRO或rGO与Lyso和Myo两个蛋白质的相互作用。结果表明:蛋白质中各种氨基酸对rGO或GRO的结合作用是不固定的,rGO或GRO与蛋白之间的作用是复杂的,氨基酸的作用可随环境而变。rGO的结合能低,说明以rGO为载体的纳米粒体内生物相容性好。本研究未见文献报道。