基于喹喔啉并苯并三唑共轭聚合物的设计合成及光热性能研究

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有机半导体材料具有结构多样、功能集成、合成便捷以及光谱易调节等诸多优点,在有机电致发光、有机太阳电池以及有机场效应晶体管等领域都有着广泛的应用。从有机半导体分子能量转移过程可知,基态电子会吸收能量会跃迁至激发态,而激发态是一种并不稳定的高能量状态,电子会通过内转换、系间窜越、非辐射跃迁等方式重新回到基态。在这之中的非辐射跃迁方式会使能量以热能的形式散失,并不利于提高有机电致发光和有机光伏器件的性能。然而目前在医学界兴起的一种新型肿瘤治疗方式,即光热治疗,却正是利用激发态材料通过非辐射跃迁的方式将能量转化成热量的特性,使肿瘤局部温度升高,最终抑制癌细胞,达到使肿瘤完全消融或是生长受限的目的。随着科学技术的发展,基于有机半导体材料的光热治疗研究日益兴起,但是已有材料体系的光热转换性能不佳,结构复杂等问题阻碍了光热治疗的发展。针对上述问题,本论文设计并合成了一种新型吸电子单元,喹喔啉并苯并三唑单元,及其共轭聚合物,并将其制备成水溶性的纳米颗粒,最终成功实现了对小鼠皮下肿瘤的光热治疗。具体研究内容分为如下两个部分:(1)设计并合成了新型缺电子单元,喹喔啉并苯并三唑单元,及其给体-受体/型共轭聚合物;通过紫外-可见吸收光谱表征聚合物的光物理性能;采用通用的纳米共沉淀方法制备目标聚合物纳米颗粒;测定了纳米颗粒光物理性能及光热转换性能,其中聚合物PTzQI-BDT的纳米颗粒在808 nm下具有高达64.3%的优异光热转换效率,粒径为90±22 nm,满足进入细胞内部的条件,且具有优异的光热稳定性,便于开展生物试验。(2)对筛选后的PTzQI-BDT纳米颗粒进行细胞以及活体小鼠层面的光热治疗。在细胞层面上,通过细胞毒性实验,活/死细胞双染实验,流式细胞实验验证了PTzQI-BDT纳米颗粒对细胞具有显著的光热治疗效果以及优秀的细胞相容性。在活体小鼠层面上,通过瘤内注射纳米颗粒的方式,来对移植有肿瘤的小鼠进行光热治疗。经功率强度为1.0W cm-2的808 nm激光光照5 min,荷瘤小鼠的肿瘤能完全消融,且在16天的治疗周期内没有复发。最后又通过H&E染色法证实了PTzQI-BDT纳米颗粒对小鼠主要脏器没有明显毒副作用。
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