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具有自适应光热特性的[Mo154]及其聚赖氨酸复合材料的生物应用研究

具有自适应光热特性的[Mo154]及其聚赖氨酸复合材料的生物应用研究

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作者：陈刚吉林大学

学位级别：硕士

多金属氧簇(polyoxometalates,POM)是基于高氧化态金属元素(如W、Mo、V等)组成的带有负电荷并可调控的氧化物团簇,又称为多酸。在材料性能方面它们具有优异的光、电、磁学特性使其拥有广阔的生物学应用前景。在实际研究中,人们致力于进... 详细信息

多金属氧簇(polyoxometalates,POM)是基于高氧化态金属元素(如W、Mo、V等)组成的带有负电荷并可调控的氧化物团簇,又称为多酸。在材料性能方面它们具有优异的光、电、磁学特性使其拥有广阔的生物学应用前景。在实际研究中,人们致力于进一步提高POM抑制肿瘤生长和抗菌的能力:a)这些高核体系可以与各种金属的氧化态形成配合物,并具备强氧化或还原性;b)受益于它们自身具备的高负电荷使得它们很容易通过静电相互作用与阳离子作用,因此很容易使粒子或表面功能化;c)它们也易于被附加的无机碎片或有机基质功能化并诱导协同效应;d)一些POM只由低毒性的金属元素组成(例如:钼),具有比较光明的生物应用前景。但是,多金属氧簇在生物学应用领域依然存在严峻的挑战,例如:在光热治疗方面,(i)肿瘤内部微环境(TME)往往会降低多金属氧簇的抗癌效果;(ii)细菌由于生物膜的存在等因素也限制了多金属氧簇在生物抗菌领域的应用。针对上述问题,(i)研究如何利用TME提升多金属氧簇的光热抗肿瘤能力是极其重要的;(ii)研究如何增强多金属氧簇在光热抗菌领域的应用具有重大意义。对于这个问题,我们在研究中充分模拟并利用肿瘤内部微环境提高具有自适应光热特性[Mo]光热治疗肿瘤细胞的能力;以及通过构筑具有抗菌效应的聚合物材料和[Mo]的复合物以增强其光热抗菌效应。(1)我们通过利用低p H环境诱导[Mo]发生聚集以增强其位于808 nm处的吸收强度;利用其独特的多电子特性,[Mo]可以通过氧化还原反应消耗半胱氨酸和活性氧(ROS)以及处于还原态的[Mo]([r Mo])通过促进Mo(VI)向Mo(V)的转变,进一步提高了808 nm处的吸收。因此,[Mo]可以通过协同p H诱导的聚集、半胱氨酸的还原和自身具有的清除ROS的作用,克服TME中的重重困难,从而提高光热治疗(PTT)效应,使其光热转换效率为46.1%。这一发现不仅为PTT抗肿瘤领域提供了一种理想的光热试剂,而且扩展了钼基多金属氧簇在生物医学领域的应用。(2)我们利用带有正电荷的抗菌聚合物聚-L-赖氨酸(PLL)和带有负电荷的聚阴离子团簇[Mo]通过静电相互作用构建了一种复合物Mo-PLL,并对其形成机理、抗菌效应和破坏生物膜能力进行进一步表征和分析。首先Zeta-电位说明了,当固定[Mo]浓度,随着PLL的浓度增加,复合物所带电荷逐渐从负电转变成正电;并且DLS结果进一步证明,其粒径与[Mo]和PLL的浓度密切相关。不仅如此40μg/m L PLL形成的Mo-PLL具有相当理想的光热转换效率52.1%。在抗菌性能的研究中,不加光照时,不同浓度PLL形成的Mo-PLL的抗菌能力与[Mo]相比有大幅度提高,而且相比PLL也有提高,例如:40μg/m L PLL形成的复合物Mo-PLL的抗菌能力比[Mo]提高了66.7%,比PLL提高了7.3%。而增加光照之后,更进一步提高了其抗菌能力(光照之后40μg/m L PLL形成的Mo-PLL的抗菌能力比其自身提高了22.9%)。此外,Mo-PLL对生物膜展现了出色的破坏能力,可以说明其在消灭耐多药细菌等生物抗菌领域具有巨大的应用潜力。

关键词：多金属氧簇光热抗癌光热抗菌自适应电子结构复合物

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