铀属于放射性元素,可在核电站中作为燃料使用,一旦发生泄露后会对环境和人类健康构成巨大威胁。大量研究工作表明,泄露的铀可通过呼吸道、消化道和皮肤等途径进入体内,并快速以六价铀（UO22+）的形式沉积在肾脏和骨骼中,难以排出体外。长期的化学损伤和内照射会导致器脏发生不可逆的损伤,如肾衰竭、骨肉瘤等。使用铀螯合剂高效螯合体内的铀并加速其排出是解决铀内污染问题的有效方法。目前,锕系元素螯合剂主要分为两类,一是小分子螯合剂,目前研究较为成熟。二乙基三胺五乙酸（DTPA）盐已在临床上被用于锕系元素促排,但对铀的促排效果十分有限。同时,国内外科研工作者探索了大量新型锕系元素螯合剂,然而这些处于研究阶段的小分子螯合剂都无法高效促排骨骼中的铀。基于此,我们课题组创新性地优化制备了 5LIO-1-Cm-3,2-HOPO并实现了具有实际意义的铀骨骼促排,效果居于国际领先水平,具有很强的临床转化潜力。另外一类是纳米螯合剂。为克服小分子螯合剂代谢快、毒性大等问题,近些年来科研工作者提出了纳米材料用于锕系元素促排的思路。其中,我们课题组提出利用纳米尺度的-金属有机骨架（nano-MOF）材料（羧基功能化后的UiO-66纳米颗粒（UiO-66-（COOH）4-180））和二维（2D）共价有机纳米片(（偕胺肟（AO）功能化的CONs（CON-AO））用于内污染的铀去除。然而,以上材料主要集中在铀内污染促排,忽略了铀内暴露引起的氧化应激损伤。基于此,为了提高促排和防护能力,我们课题组报道了 3,2-HOPO修饰的壳聚糖纳米颗粒（COS-HOPO）和PEG修饰的黑色素纳米颗粒（PEG-MNPs）作为新型双功能铀螯合剂,实现了“促排+防护”双重效果,但效果仍有待提高。本论文在这些前期工作基础上,基于多金属氧酸盐（POMs）,特别是缺位型POMs,对铀酰离子的高选择性识别能力,以及可作为ROS清除剂用于治疗阿尔茨海默症、中风、急性肾损伤等相相关疾病的优势,提出了利用缺位型POMs用于铀的促排和辐射防护的方案,进一步实现了双功能螯合剂材料的优化,获得了更优的效果。具体工作内容如下:我们合成了具有三缺位多金属钨磷酸盐（Na9[A-PW9O34]7H2O,PW9）,该材料裸露的6个活性氧位点可满足铀酰离子配位需求,相比于其他纳米螯合剂,水溶性的PW9可与铀酰离子形成稳定络合物。体外吸附实验结果表明,在铀酰离子和过量人体微量元素（Mg2+、Zn2+、Co2+、Ni2+、Mn2+）共存的条件下,PW9对铀酰离子表现出很高的选择性,可有效去除溶液中86.0%的铀,而其它离子去除率不足20.0%。同时我们在室温下挥发得到了 PW9和铀酰离子的晶体,借助单晶X射线衍射技术手段分析并阐明PW9与铀酰微观配位模式为2:2的夹心结构。随后通过CCK-8实验、细胞克隆以及红细胞溶血实验证实PW9具有低细胞毒性和良好的生物相容性。同时利用激光共聚焦和流式细胞术等手段证明了 PW9可以有效去除细胞内由于铀内暴露诱导产生的过量ROS,使细胞内ROS恢复到正常水平。最后分别以预给药、立即给药和延迟给药三种给药方式研究了PW9对铀的促排效果,发现其对肾脏铀的促排效果分别为74.0%、48.6%和37.2%,对骨骼的去除效果为24.4%,19.0%和24.4%,显著优于临床使用的ZnNa3-DTPA。以上结果表明PW9是一种具有促排和辐射防护双重效果的铀促排材料,具有良好的应用前景。为了提高铀的促排能力和辐射防护效果,我们通过四个P2W12缩合形成P8W48,其形成的封闭环状结构包含一个中心空腔,相对于PW9可暴露出更多的活性氧位点,能够容纳配位多个锕系离子。离子选择性吸附实验结果表明在人体微量元素Mg2+、Zn2+、CO2+、Ni2+、Mn2+过量的条件下,该材料可完全去除混合离子溶液中的铀酰离子,相比于PW9对铀的络合能力更强选择性更好。细胞毒性实验结果表明P8W48作用的NRK-52E细胞活性呈现一定的浓度依赖性,在较高给药浓度500 μg/mL时,细胞存活率降至54.6%。同时P8W48可有效去除细胞内铀诱导产生过量的ROS,使细胞内ROS含量恢复到正常水平,具有优异的ROS清除能力。最后,小鼠促排实验结果表明P8W48可以有效地将沉积在肾脏和骨骼中铀排出体外,尤其在肾脏中的促排效果高达76.0%。与商用的ZnNa3-DTPA相比,P8W48在促排和防护方面具有明显优势。