聚合物基功能纳米粒子

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基于含氟基团特有的“主动”络合或增溶氧气的性质,我们将含氟基团引入到有氧气参与的反应中,提高反应过程中氧气的浓度和扩散性,以提升反应的速度或效率。本论文中,我们分别将含氟微区引入到光敏剂传输体系以及以氧气为氧化剂的光催化反应的纳米反应器中,系统地研究了含氟微区的存在对光动力学疗效以及光催化反应所产生的影响。  纳米粒子表面修饰是提高纳米粒子分散性和稳定性,并赋予纳米粒子除其本身特性之外的功能性的一种广泛采用的策略。但是到目前为止,仍然缺少一种通用而高效的策略,能够使纳米粒子在不同环境的水溶液中具有良好的分散性和稳定性,并且同时使这些纳米粒子具有易被功能化的特性。因此,我们在本论文中发展了两种聚合物包覆纳米粒子的新策略,以赋予纳米粒子优异的稳定性、良好的分散性以及易修饰性等特性。  本论文的研究工作可以分为以下四个部分:  一、含氟光敏剂纳米载体  光动力疗法是一种非侵入性新型医疗技术,它已被广泛应用于皮肤癌、脑癌、肺癌等癌症的治疗中。为了提高光动力学疗法的疗效,人们已经发展了多种光敏剂及其输送体系,以提高光动力学疗法的疗效。尽管如此,由于光动力学疗法具有氧气浓度依赖性,而固体肿瘤又具有组织供氧不足的特性,一定程度上限制了单线态氧的产生量和光动力学疗法的疗效。我们基于含氟化合物(聚合物)所具有的良好的氧气增溶特性,合成了一系列具有相同光敏剂含量、不同五氟苯酯含量的纳米粒子,以此为模型探究了五氟苯结构对卟啉光动力学疗法的影响。结果表明五氟苯结构的引入的确提高了光动力学疗法的疗效,而且更高的氟含量可以导致更为高效的光动力学效应。考虑到引入五氟苯结构的简便性及其提高光动力学疗法的有效性,该方法可在一定程度上为解决肿瘤内氧气浓度过低的问题提供理论指导和实验基础,并为光动力学疗法的优化提供了一条新思路。  二、含氟纳米粒子反应器  氧气被认为是绿色和经济的氧化剂,基于绿色化学的要求,利用氧气作为氧化剂实现有机官能团的构建是目前的研究热点。由于氧气参与的反应往往是一个气液两相反应体系,反应决速步往往是由氧气的浓度或氧气的扩散性所决定的。基于含氟化合物(聚合物)所具有的良好的氧气增溶特性,我们制备了具有相同含量光催化剂的全氟及无氟纳米囊泡反应器,以苯硼酸光催化氧化为苯酚的反应为模型反应,探究了含氟微区的存在对反应效率的影响。我们发现含氟链段的引入可以极大地提升该氧化反应在纳米囊泡中进行的效率。另外,纳米囊泡的存在不仅可使该反应在水相中高效地进行,还实现了光催化剂的循环利用。  三、高稳定聚合物基稀土纳米粒子  镧系纳米粒子颗粒(LnNP)具有独特的磁性和上转换荧光性能,它们在生物医学以及材料应用中有着巨大的应用前景。然而,其在水溶液中较差的分散性和稳定性以及难以功能化的缺陷限制了它们的应用。我们通过配体交换,将易功能化的嵌段聚合物聚乙二醇-b-聚甲基丙烯酸五氟苯酯(PEG-b-PPFMA)引入到纳米粒子表面,随后通过亲水性交联剂(NH2-PEG-NH2)的引入在纳米粒子表面形成了交联网络。交联的PEG层不仅可赋予纳米粒子良好的水溶性和抗非特异性吸附,还极大地提高了纳米粒子在25-60℃的PBS水溶液中的稳定性。另外,利用疏水性链段PPFMA对氨基的高反应活性,还可将功能分子高效引入到纳米粒子表面。更为重要的是,我们所制备的LnNPs在冷冻干燥后仍能很好地分散于水溶液中,而且粒径并没有发生明显的变化。因此,该策略不仅可以减少这类纳米粒子在运输过程中的体积和重量,还增加了含有活泼功能团的纳米粒子的储存保质期。  四、高稳定聚合物基金纳米粒子  我们利用“grafting-onto”的策略,将同时含有疏水性聚苯乙烯(PS)链和亲水性聚乙二醇(PEG)链的两亲性聚合物聚乙二醇-b-聚苯乙烯(PEG-b-PS)通过其末端的巯基锚定在金纳米粒子(AuNPs)表面,研究PS链段的长度对AuNPs稳定性及其催化活性的影响。我们首先以PEG大分子链转移试剂调控苯乙烯单体的RAFT聚合,制备了含有不同长度PS链段的两亲性嵌段聚合物。并通过氨解反应将末端的链转移基团转化为巯基;再通过PEG-b-PS-SH与柠檬酸修饰的AuNPs的配体交换反应,制备了由两亲性聚合物修饰的AuNPs(Au@PEG-b-PS)。其中疏水性PS链段对锚定基团的物理包覆,不仅提高了Au@PEG-b-PS在电解质溶液中的稳定性,而且抑制了二巯基苏糖醇(DTT)与AuNPs表面配体的动态交换。以金纳米粒子催化硼氢化钠还原4-硝基苯酚的反应为模型反应,证实了我们所制备的Au@PEG-b-PS具有优异的催化活性,并且PS链越短,其催化活性越高;除此之外,疏水性PS嵌段的物理包覆作用还赋予了Au@PEG-b-PS循环催化的优异性能。
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