以DNA折纸为模板的纳米材料可控制备及其在纳米医药中的应用

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随着纳米技术的快速发展,人们对材料的制备提出了越来越高的要求,如何精确制备具有特定形貌的纳米材料已成为相关领域亟待解决的挑战之一。DNA折纸具有精确的空间可寻址能力,可通过预先设计实现对材料形貌的精确调控。目前,该策略已被广泛应用于金属材料的可控制备,但仅有少量工作实现了特定形貌非金属及聚合物材料的可控制备。磷酸钙和聚多巴胺纳米材料具有良好的生物相容性以及生物降解特性,被广泛应用于生物医学领域。然而由于钙离子与磷酸根离子动态快速结晶过程以及多巴胺不可控的自聚合缺陷,采用传统制备方法无法对这两类材料的形貌进行精确调控。基于此背景,本论文尝试利用DNA折纸可控制备超薄磷酸钙晶体及纳米图案化聚多巴胺材料,成功实现了对其形貌的精确调控。同时,针对传统方法无法实现材料表面聚多巴胺的可控修饰这一挑战,本论文利用DNA折纸调控聚多巴胺的形貌,实现了材料表面聚多巴胺的可控修饰,保留了DNA折纸进一步功能化的修饰位点,并通过搭载小分子药物探索了该复合材料在恶性肿瘤治疗领域的应用价值。本论文的研究主要包括以下三个部分:第一部分为基于DNA折纸模板可控制备超薄磷酸钙纳米材料。我们通过颗粒附着策略控制晶体的矿化速度,在DNA折纸表面成功制备了超薄磷酸钙纳米材料。通过不同DNA折纸模板的矿化,可控制备不同形貌的磷酸钙纳米材料,实现了对磷酸钙形貌的精确调控。磷酸钙的矿化显著提升了DNA折纸的机械强度和热稳定性,且矿化的DNA折纸结构依然保留了位点特异性修饰的功能。第二部分为基于DNA折纸模板可控制备复杂纳米图案化的聚多巴胺材料。我们通过优化DNA折纸表面聚多巴胺纳米图案的分辨率,展示了如何在纳米尺度可控制备聚多巴胺材料,并通过设计特殊的连接链扩大了DNA折纸模板的尺寸。利用尺寸扩大的DNA折纸模板,成功制备了一系列复杂纳米图案化的聚多巴胺材料,实现了对该材料形貌的精确调控。第三部分为基于DNA折纸模板实现聚多巴胺纳米材料的可控修饰,以保留DNA折纸进一步功能化的修饰位点,并探索该复合材料在恶性肿瘤治疗领域的应用价值。我们通过制备线性聚多巴胺纳米材料实现了DNA折纸表面聚多巴胺的可控修饰,并通过负载小分子药物阿霉素证实裸露的DNA折纸结构依然保留了功能化的修饰位点。同时,利用DNA折纸将聚多巴胺与阿霉素共递送进入恶性肿瘤细胞,808 nm激光照射下该复合材料将光能转换为热能,通过光热-化学联合疗法实现了对小鼠乳腺癌肿瘤模型的治疗。
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