納米TiO2的摻雜和修飾及其用于光動力治療的機理研究.pdf

1、癌癥的光動力治療原理是用光激發(fā)光敏劑，利用光敏劑產(chǎn)生的活性氧破壞癌細(xì)胞活性或誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡或壞死。作為一種新興的癌癥治療方法，光動力治療自問世以來，已經(jīng)吸引了廣泛的關(guān)注。二氧化鈦(TiO2)是一種毒性小、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、催化活性高、生物相容性好的半導(dǎo)體化合物，可以作為光敏劑進行光動力治療。但由于它只能被紫外光激發(fā)而且不溶于水，限制了二氧化鈦在光動力治療方面的發(fā)展和應(yīng)用。改善TiO2的光吸收特性及其在水溶液中的分散性，將大大推動TiO2在光

2、動力治療領(lǐng)域的應(yīng)用。
　　本文的主要工作是通過高溫煅燒法制備了摻氮氧化鈦(N-TiO2)納米顆粒，使其光吸收從紫外擴展到可見區(qū)域，并對納米N-TiO2對癌細(xì)胞的可見光殺傷效應(yīng)和機理進行了重點研究。另外，針對TiO2不溶于水的問題，對納米TiO2和N-TiO2進行了表面修飾，大大提高了其在水溶液中的分散性，并進一步制備了納米TiO2(或N-TiO2)與鋁酞菁的納米復(fù)合物，研究和比較了這種新型復(fù)合物在可見光激發(fā)下的光動力治療效果。主要

3、結(jié)果如下:
　　1.在氨氣氣氛下煅燒銳鈦礦相TiO2納米顆粒批量制備了N-TiO2納米顆粒。吸收光譜證明N-TiO2在可見光區(qū)域比純TiO2有更好的吸收。對比了TiO2和N-TiO2對HeLa、QGY和KB這三種癌細(xì)胞系的細(xì)胞毒性和可見光殺傷效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)它們都沒有明顯的細(xì)胞毒性，而N-TiO2在可見光照射下比純TiO2具有更好的殺傷效果。它們對細(xì)胞的殺傷效應(yīng)隨著樣品培育濃度的增加而增強。進一步利用激光掃描共聚焦顯微鏡研究了N-TiO

4、2在細(xì)胞內(nèi)的分布，觀察到N-TiO2存在于高爾基體和細(xì)胞核中。用可見光照射了經(jīng)N-TiO2處理的HeLa細(xì)胞后，HeLa細(xì)胞中出現(xiàn)了微核，這表明N-TiO2的光動力治療對細(xì)胞核也造成了直接損傷。
　　2.研究了TiO2和N-TiO2對HeLa細(xì)胞的可見光殺傷機理。在可見光激發(fā)下，N-TiO2比TiO2產(chǎn)生更多的活性氧（ROS），但是不同活性氧種類的比例有所不同，其中N-TiO2產(chǎn)生更多的O2-/H2O2，而純TiO2則產(chǎn)生更多的O

5、H·。通過比較細(xì)胞內(nèi)一些重要參數(shù)（如線粒體膜電位、細(xì)胞內(nèi)鈣離子和一氧化氮濃度）的變化，研究光動力治療對細(xì)胞的殺傷機理。測量發(fā)現(xiàn)，在可見光激發(fā)下，相比于TiO2，N-TiO2導(dǎo)致細(xì)胞的線粒體膜電位下降得更快、細(xì)胞內(nèi)鈣離子和一氧化氮濃度升高得更多。通過共焦顯微鏡的觀察發(fā)現(xiàn)，光動力治療結(jié)束后60分鐘時，經(jīng)TiO2培育的細(xì)胞的骨架組織出現(xiàn)了破損和收縮，而經(jīng)N-TiO2培育的細(xì)胞表現(xiàn)出更嚴(yán)重的骨架變形和細(xì)胞膜破裂。
　　3.通過表面修飾Ti

6、O2，得到了TiO2-NH2納米材料，大大提高了它在水溶液中的分散性能，并使其表面帶正電。通過掃描透射X射線顯微鏡顯微成像，我們觀察到TiO2-NH2更易進入細(xì)胞。為了能夠使用對應(yīng)人體組織的“光學(xué)窗口”的紅光來進行光動力治療，我們用表面帶負(fù)電的磺化鋁酞菁(AlPcS4)分子通過電荷相互作用連接到帶正電的TiO2-NH2表面，形成Pc-TiO2復(fù)合物。通過共聚焦顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，Pc-TiO2能夠大大提高AlPcS4進入細(xì)胞的效率。經(jīng)過24