纳米TiO_2的掺杂和修饰及其用于光动力治疗的机理研究

【摘要】癌症的光动力治疗原理是用光激发光敏剂,利用光敏剂产生的活性氧破坏癌细胞活性或诱导癌细胞凋亡或坏死。作为一种新兴的癌症治疗方法,光动力治疗自问世以来,已经吸引了广泛的关注。二氧化钛(TiO2)是一种毒性小、化学性质稳定、催化活性高、生物相容性好的半导体化合物,可以作为光敏剂进行光动力治疗。但由于它只能被紫外光激发而且不溶于水,限制了二氧化钛在光动力治疗方面的发展和应用。改善TiO2的光吸收特性及其在水溶液中的分散性,将大大推动TiO2在光动力治疗领域的应用。本文的主要工作是通过高温煅烧法制备了掺氮氧化钛(N-TiO2)纳米颗粒,使其光吸收从紫外扩展到可见区域,并对纳米N-TiO2对癌细胞的可见光杀伤效应和机理进行了重点研究。另外,针对TiO2不溶于水的问题,对纳米TiO2和N-TiO2进行了表面修饰,大大提高了其在水溶液中的分散性,并进一步制备了纳米TiO2(或N-TiO2)与铝酞菁的纳米复合物,研究和比较了这种新型复合物在可见光激发下的光动力治疗效果。主要结果如下：1.在氨气气氛下煅烧锐钛矿相TiO2纳米颗粒批量制备了N-TiO2纳米颗粒。吸收光谱证明N-TiO2在可见光区域比纯TiO2有更好的吸收。对比了YiO2和N-TiO2对HeLa、QGY和KB这三种癌细胞系的细胞毒性和可见光杀伤效应,发现它们都没有明显的细胞毒性,而N-TiO2在可见光照射下比纯TiO2具有更好的杀伤效果。它们对细胞的杀伤效应随着样品培育浓度的增加而增强。进一步利用激光扫描共聚焦显微镜研究了N-TiO2在细胞内的分布,观察到N-TiO2存在于高尔基体和细胞核中。用可见光照射了经N-TiO2处理的HeLa细胞后,HeLa细胞中出现了微核,这表明N-TiO2的光动力治疗对细胞核也造成了直接损伤。2.研究了TiO2和N-TiO2对HeLa细胞的可见光杀伤机理。在可见光激发下,N-TiO2比TiO2产生更多的活性氧(ROS),但是不同活性氧种类的比例有所不同,其中N-TiO2产生更多的O2-/H2O2,而纯TiO2则产生更多的OH·。通过比较细胞内一些重要参数(如线粒体膜电位、细胞内钙离子和一氧化氮浓度)的变化,研究光动力治疗对细胞的杀伤机理。测量发现,在可见光激发下,相比于TiO2,N-TiO2导致细胞的线粒体膜电位下降得更快、细胞内钙离子和一氧化氮浓度升高得更多。通过共焦显微镜的观察发现,光动力治疗结束后60分钟时,经TiO2培育的细胞的骨架组织出现了破损和收缩,而经N-TiO2培育的细胞表现出更严重的骨架变形和细胞膜破裂。3.通过表面修饰TiO2,得到了TiO2-NH2纳米材料,大大提高了它在水溶液中的分散性能,并使其表面带正电。通过扫描透射X射线显微镜显微成像,我们观察到TiO2-NH2更易进入细胞。为了能够使用对应人体组织的“光学窗口”的红光来进行光动力治疗,我们用表面带负电的磺化铝酞菁(AlPcS4)分子通过电荷相互作用连接到带正电的TiO2-NH2表面,形成Pc-TiO2复合物。通过共聚焦显微镜观察发现,Pc-TiO2能够大大提高AlPcS4进入细胞的效率。经过24小时培育,未发现Pc-TiO2有明显的细胞毒性。不论是在红光还是宽光谱可见光照射下,Pc-TiO2对两种细胞的杀伤效应都要明显强于自由AlPcS4分子。用同样的方法制备了AlPcS4与N-TiO2组成的复合物Pc-N-TiO2。在宽光谱可见光照射下,Pc-N-TiO2对HeLa和KB细胞的杀伤效应明显强于Pc-TiO2。
【作者】李征；
【导师】王培南；
【作者基本信息】复旦大学，光学，2013，博士
【关键词】掺氮氧化钛纳米颗粒；光动力治疗；共聚焦成像；可见光激发；活性氧；表面修饰；

【参考文献】
[1]张鹏.混合信号校正采样时钟偏差的时间交织流水线模数转换器[D].复旦大学,微电子学与固体电子学,2012,硕士.
[2]檀雅冰.莎莉·波特电影研究[D].河北大学,广播电视艺术学,2014,硕士.
[3]王洋.我国单位犯罪立法模式评判[D].吉林大学,刑法学,2014,硕士.
[4]冯锋.论法官的自由裁量权[D].复旦大学,法律,2012,硕士.
[5]杜以为.考虑桥上反向曲线的重载列车动力学研究[D].北京交通大学,2015.
[6]杨金红.不对称3-氧戊二酰胺类萃取剂的合成及稀土分离性能的研究[D].济南大学,应用化学,2012,硕士.
[7]赵菲.基于网络技术的新媒体发展模式研究[D].长安大学,科学技术哲学,2014,硕士.
[8]贺昕.通用设计在城市公共游憩空间中的运用研究[D].华中科技大学,设计艺术学,2013,硕士.
[9]闫花兰.儿童业余二胡教学法改革创新研究[D].河北师范大学,音乐学,2012,硕士.
[10]袁波.江西森林火灾的发生与对策研究[D].江西农业大学,森林保护,2012,硕士.
[11]王晶昊.槽式太阳能电站双罐蓄热系统的优化设计及研究[D].华中科技大学,动力工程,2013,硕士.
[12]谭曲.EPL工业以太网协议性能分析及其在DCS系统中的应用[D].浙江大学,控制理论与控制工程,2014,硕士.
[13]马骏.基于智能化身的移动虚拟现实技术及其应灾导航应用研究[D].北京交通大学,2007.
[14]孙建伟.武汉市行政治庸问责研究[D].华中师范大学,公共管理,2014,硕士.
[15]孙广杰.牛腺垂体倾向表达miR-7与miR-375靶基因的识别[D].吉林大学,养殖,2013,硕士.
[16]郭文杰.中铁八局项目质量管理设计与实施[D].电子科技大学,项目管理（专业学位）,2012,硕士.
[17]宋晓.脑胶质瘤细胞放疗抵抗的分子机制研究[D].复旦大学,遗传学,2013,博士.
[18]谈颖颖.恶意透支型信用卡诈骗罪若干问题研究[D].华东政法大学,法律（专业学位）,2012,硕士.
[19]单军辉,卢潇,张科英.数据仓库技术在天气预报中的研究探讨[J].河北大学学报(自然科学版),2004,02:219-224.
[20]黄珊珊.我国上市公司自愿性信息披露研究[D].北京交通大学,2012.
[21]刘伟.读图时代的阅读研究[D].安徽大学,文艺学,2013,硕士.
[22]万学森.基于作业成本法的成本管理信息系统研究[D].北京交通大学,2012.
[23]谭钦文.中线法高堆尾矿坝优化理论及其关键力学问题研究[D].重庆大学,2008.
[24]曹斌,涂序彦.适用于工程设计的多智体协商冲突解决方法研究[J].计算机工程与设计,2002,09:1-3+21.
[25]刘凡.金绿洲“追肥王”的研制与应用[J].农业科技与信息.1998(09)
[26]韦冠鹏.自然人人格权商品化的理论与司法实践[D].中国政法大学,比较法学,2014,硕士.
[27]王光阳.《合同法》第286条研究——兼论建设工程款债权法律保护的完善[D].华东政法学院,法律,2004,硕士.
[28]马岩.农村基层党内民主建设问题研究[D].沈阳工业大学,马克思主义中国化,2013,硕士.
[29]刘平.角倍蚜的生态适应性研究[D].中国林业科学研究院,森林保护学,2014,博士.
[30]段宇.论肌理在水彩创作中的运用[D].内蒙古师范大学,美术学,2013,硕士.
[31]郑羽.有限责任公司股东优先购买权立法目的及构成的法律问题研究[D].北京外国语大学,国际法学,2014,硕士.
[32]尹航,娄世峰.战场侦察图像的获取和融合处理技术[J].现代军事,2003,05:54-56.
[33]王慧敏.工作记忆容量对英语专业学生英语书面产出的影响研究[D].沈阳师范大学,外国语言学及应用语言学,2014,硕士.
[34]沈勤文.魏晋风度浸曹侯，如椽健笔写风流[D].山东大学,中国古代文学,2013,硕士.
[35]周友唐.改革现行信号显示雏议[J].中国铁路.1993(01)
[36]姜春林,鞠树成.略论网络信息计量学及其对科学计量学的影响[J].情报杂志,2004,01:21-22+25.
[37]刘志远.中国对虾贮藏保鲜过程中肌肉蛋白质组学研究[D].浙江工商大学,食品科学与工程,2013,硕士.
[38]李杨.混合组装BGA焊点可靠性模拟与试验研究[D].哈尔滨工业大学,材料加工工程,2013,硕士.
[39]冯志良,熊云官,宣其达.关于JB/TQ423—90《钢制管壳式换热器产品质量分等》的几点说明[J].石油化工设备.1991(04)
[40]宋静.微波数字式移相器的研究[D].合肥工业大学,电路与系统,2004,硕士.
[41]杨婷.舟曲县基于生态足迹的可持续发展研究[D].兰州大学,应用数学,2012,硕士.
[42]冯光.完善河南省新型农村养老保险制度的研究[D].中南林业科技大学,农村与区域发展,2014,硕士.
[43]丁玲.美剧《生活大爆炸》中幽默元素的隐形字幕翻译研究[D].辽宁师范大学,英语语言文学,2011,硕士.
[44]徐利利.武汉市J社区青少年学习教育服务项目策划书[D].华中师范大学,社会工作,2013,硕士.
[45]苏筠.李商隐政治诗浅谈[D].东北师范大学,古代文学,2012,硕士.
[46]黄晨.防腐标本椎体成形术、椎体后凸成形术术后最大垂直载荷的影响因素[D].河北医科大学,外科学（专业学位）,2014,硕士.
[47]田忠强.一种五自由度机器人机构的研究与开发及运动学分析[D].西安理工大学,机械制造及其自动化,2004,硕士.
[48]任南琪,郭婉茜,刘冰峰.生物制氢技术的发展及应用前景[J].哈尔滨工业大学学报,2010,06:855-863.
[49]雷宇.LTD多路开关同步触发系统的分析和设计[D].复旦大学,光电系统与控制技术,2012,硕士.
[50]许宇.基于零无效随机前沿和分位回归的创业板新股发行定价效率研究[D].中国矿业大学,管理科学与工程,2014,硕士.