涡旋磁氧化铁的纳米尺度热效应与诊疗性能研究

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磁性纳米材料作为可介导外场的智能材料,近年来,利用其磁热效应在肿瘤磁热疗、药物靶向递送、深部脑神经调控以及冷冻器官复苏等方面均获得了长足的进展,此方法打破了传统方法在这些应用方面的局限性,为解决此类科学问题提供了新思路和新方法,因而在生物医学相关领域展现出巨大的应用前景。然而,人们对于纳米尺度磁热效应的认识和理解还不够深刻。本论文利用荧光强度定量磁性纳米材料的纳米级热与磁场强度以及颗粒表面距离的关系,并比较了涡旋磁氧化铁纳米环(ferrimagnetic vortex-domain iron oxide nanorings,FVIOs)以及超顺磁氧化铁纳米颗粒(superparamagnetic iron oxide nanoparticles,SPIOs)的纳米磁热性能。进一步通过化学键偶联法将磁热性能优异的涡旋磁氧化铁纳米环(FVIOs)和光学性能良好的近红外量子点硒化银(Ag2Se)结合起来,制备了FVIOs@Ag2Se诊疗一体化纳米制剂,为肿瘤的可视化治疗提供物质基础。本论文的主要研究内容为以下几个部分:(1)Fe3O4磁性纳米材料的制备与表征。首先通过水热法和有机相高温热分解法分别制备了FVIOs和SPIOs磁性纳米材料,通过表面配体交换在其表面修饰了不同分子量的Dopamine-PEG-NH2(Mw=1000,2000,5000),进一步利用EDC/NHS活化羧基和氨基,通过化学键耦联法修饰热敏分子(AZO)以及荧光分子(FA)形成FVIOs-PEG-AZO-FA/SPIOs-PEG-AZO-FA。XRD结果表明制备的纳米环以及纳米颗粒均为四氧化三铁。TEM、SEM结果表明纳米环粒径分布均匀,尺寸约为53 nm;纳米颗粒具有良好的单分散性,尺寸约为20 nm。VSM结果表明氧化铁纳米环呈涡旋磁结构,氧化铁纳米颗粒呈超顺磁结构,二者均具有较高的饱和磁化强度。DLS结果显示FVIOs和SPIOs在水溶液中具有良好的分散性,且能在12天内保持稳定。UV以及FL结果表明,磁性纳米材料表面成功修饰了热敏分子以及荧光分子。(2)Fe3O4磁性纳米材料纳米尺度磁热性能的研究。交变磁场作用下,热敏分子发生裂解带动荧光分子释放,光致发光法测得荧光分子荧光强度,从而定量分析磁性纳米材料纳米尺度磁感应热。实验结果表明:磁性材料纳米热Teff均与场强成线性关系,且随着场强的增大而增大;两种磁性纳米材料的Teff随纳米颗粒表面距离的增加呈指数衰减关系,且在距离表面03 nm范围内均可以发现明显的局部温度;FVIOs(Teff d=0=60.3℃)相对于SPIOs(Teff d=0=49.5℃)具有更高的纳米热性能。(3)FVIOs@Ag2Se纳米复合材料的构建及其诊疗性能的研究。首先分别通过热注射法和水热法制备油相Ag2Se纳米颗粒和涡旋磁纳米环(FVIOs),然后利用微乳液法对硒化银进行表面改性转为水相,同时表面暴露的氨基可以进一步被功能化,利用配体交换法将3,4-二羟基苯基丙酸(DHCA)修饰在氧化铁表面,EDC/NHS活化羧基和氨基,利用化学键耦合法制备FVIOs@Ag2Se纳米复合材料。并对复合材料的多模式成像性能、磁、光热性能进行了研究。成像结果表明:复合材料的T2弛豫率(r2)为60.9 mM-1s-1,具有良好的磁共振成像性能以及较强的近红外成像性能,可用于磁共振/近红外双模式成像。磁热升温曲线结果表明:浓度为200μg Fe/mL的FVIOs@Ag2Se纳米复合物在交变磁场下作用10分钟(367 kHz,300 Oe)温度上升了约33℃,说明复合材料具有良好的磁热转换效率。光热升温曲线结果表明:浓度为200μg/mL的纳米复合物在808 nm激光器下作用10分钟(0.8 W/cm2)温度上升了约18℃,说明复合材料可作为良好的光热剂。在低剂量样品(100μg/mL)时,光热和磁热可实现协同效应达到理想的升温。因此,制备的复合纳米材料集诊断与治疗功能于一体,可为疾病的可视化治疗提供重要的物质基础。
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