Synthesis of Magnetic Iron Oxide Nanoparticles with Water-Soluble Polymer Ligands and Their Bio-Applications 机翻标题: 暂无翻译,请尝试点击翻译按钮。

作者
马吉德(Muhammad Irfan Majeed);
摘要
磁性纳米颗粒由于具有独特的磁特性如超顺磁性、高矫顽磁性、低居里温度和高磁化率等性质而受到广泛的科学关注。磁性氧化铁纳米颗粒(MIONs)具有的低毒性和优良的生物相容性使其在磁共振成像(MRI)、磁流体热疗(MFH)、核酸蛋白质等生物分子的磁分离和固定以及药物释放等生物医学领域具有良好的应用前景。制备MIONs最常用的方法是热分解法和共沉淀法,但目前这两种方法存在一定的缺陷。热分解法是利用高温下有机铁盐在有机溶剂中的分解以及随后的氧化作用从而得到高度单分散、高结晶化和高饱和磁化强度的氧化铁纳米颗粒。然而,这些纳米颗粒是非水溶性的,需要在合成之后进行配体交换才可用于生物应用。另一方面,共沉淀法不同于热分解法,不需要高温、昂贵的有机金属前体以及溶剂,所制得的磁性纳米颗粒可直接分散于水相中进行生物应用。此外,由于磁性纳米颗粒的物理化学性质决定于它们的尺寸与形貌,所以发展合成单分散、粒径可控、稳定存在的磁性纳米颗粒的新方法是非常有必要的。纳米颗粒合成过程中的一个重要方面是能够保持纳米颗粒物理分离,避免其发生不可逆的团聚。采用不同类型的保护分子和封端配体将其连接到纳米颗粒表面可以避免它们在水溶液中团聚。因此有必要发展一种简单有效的制备粒径更加可控的MIONs的方法。多官能团水溶性聚合物作为封端配体在MIONs和其他无机纳米颗粒的制备过程中发挥着重要的作用。在水相共沉淀过程中,聚合物配体中的-COOH、-OH、-SH和-NH2等官能团,可以有效控制纳米颗粒的尺寸与形貌。这些多官能团聚合物配体使纳米颗粒稳定性增强,水溶性提高、尺寸更加均一,并使纳米颗粒表面具有不同的化学性质,有助于后合成修饰以及生物应用功能化。大量研究报道了应用聚合物配体制备MIONs的方法,从而赋予纳米颗粒优良的水溶性和生物相容性。然而,在大多数情况下,纳米颗粒首先是通过热分解法制备得到的,之后通过使用水溶性聚合物配体进行配体交换实现后合成改性从而变为水溶性。 本文通过设计合成十二硫醇-聚甲基丙烯酸(DDT-PMAA)、季戊四醇四-3-巯基丙酸酯-聚甲基丙烯酸(PTMP-PMAA)和季戊四醇四-3-巯基丙酸酯-聚N-乙烯基吡咯烷酮(PTMP-PVP)等硫醇和硫醚封端的多官能团水溶性聚合物配体,发展了一种合成水溶性、超小粒径(4-10nm)MIONs的简单方法。研究了聚合物分了量大小、浓度对于MIONs的粒径、磁性的影响。运用高温下一步共沉淀法制备和修饰MIONs,可以得到具有合适粒径和可用于生物应用的磁性单分散MIONs。使用DDT-PMAA和PTMP-PMAA制备得到的MIONs含有丰富的羧酸官能团(-COOH),使MIONs在水溶液中具有良好的稳定性和溶解性。 聚合物配体所提供的良好静电作用和立体稳定作用使所制备的MIONs在较宽的pH值范围和盐浓度范围的水溶液中都不易发生聚集。通过蒸发溶剂可以得到MIONs固体,以粉末形态存放几个月,其化学和物理性质基本稳定。聚合物配体使MIONs避免被氧化而更加稳定,从而不会导致磁性的降低。此外,细胞毒性分析表明即使在较高浓度(500μg mL-1)下,MIONs依旧保持良好的生物相容性。 使用DDT-PMAA制备的MIONs可以与抗癌药阿霉素结合,通过MTT实验研究其对HepG2细胞的影响,结果表明与单纯的药物相比,药物与纳米颗粒结合后具有更好的抗癌活性,这是由于单纯的抗癌药物只能通过简单的扩散进入癌细胞,而药物结合纳米颗粒之后可以通过细胞内吞作用提高药物的细胞富集量。 聚N-乙烯基吡咯烷酮(PVP)也是另外一种广泛用于制备无机纳米颗粒的水溶性聚合物配体。PVP聚合物主链中具有2个吡咯烷酮单元,由于其具有高极性使得PVP可以有效的与氧化铁纳米颗粒表面相结合。使用PTMP-PVP制备得到的MIONs具有粒径小、单分散的特点,通过MTT实验发现其同样具有良好的生物相容性。进一步体外实验证明其在生物医学领域具有潜在的应用前景,如作为MRI的造影剂。同时,体外实验也表明使用PTMP-PVP制备得到的MIONs可同时作为正负型造影剂。 本文通过使用多官能团聚合物配体作为稳定刑制备得到MIONs,田于其化学性质丰富的表面提供了大量与治疗、靶向和标记试剂相结合的条件,使MIONs具有良好的生物相容性和广泛的生物应用,如磁分离、药物运输和生物成像。
机翻摘要
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关键词/主题词
超顺磁性;氧化铁;纳米颗粒;生物应用;药物运输;磁共振成像
页数
169
出版日期
2013-06-01
学位授予单位
华中科技大学
学位年度
2013
学位
博士
导师
谭必恩
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