石墨烯納米復合物的制備及其在生物成像中的應用研究.pdf

1、石墨烯（Graphene）因其獨特的結構、巨大的比表面積、電子和機械性能等特點，近年來引起了人們的極大關注并在各個領域得到了廣泛應用。本論文主要在多功能石墨烯復合材料的設計、制備及其在生物成像方面開展了系列研究。首先通過增大石墨烯和量子點之間的距離和鈍化量子點表面的方法，有效避免了石墨烯對量子點的熒光猝滅作用，制備了兩種具有優(yōu)異熒光性質的石墨烯-量子點復合物，并將其應用于腫瘤細胞熒光成像和治療等。另外，采用在石墨烯表面原位生長β-FeO

2、OH納米棒的方法，極大地提高了以β-FeOOH納米棒為基質的復合材料在磁共振成像中的弛豫性能，所得的新型復合材料在體外細胞和活體小鼠肝臟的磁共振成像中都展示了較好的成像效果。具體研究工作包括:
　　1、制備了石墨烯量子點(Graphene-QDs)納米復合物，研究了其作為熒光成像探針在體外癌細胞影像學中的應用。為使石墨烯量子點復合物具備優(yōu)異的熒光性能，能夠應用于細胞熒光成像，本研究以石墨烯為平臺，以聚苯乙烯磺酸鈉(PSS)和聚乙烯

3、亞胺(PEI)為媒介，通過靜電作用將牛血清白蛋白(BSA)包覆的量子點組裝在石墨烯上。實驗中采用紫外可見吸收光譜、熒光光譜、圓二色光譜、X射線光電子能譜、高分辨透射電鏡等對復合材料進行了表征。所制備的Graphene-QDs復合物具有良好的水溶性和生物相容性。熒光光譜和體外活細胞熒光成像結果表明經(jīng)BSA包覆后量子點的熒光性好，將BSA作為石墨烯和量子點之間的橋梁有效地保持了二者間的距離，并在一定程度上阻止了石墨烯對量子點的熒光猝滅，從而

4、使Graphene-QDs復合物可作為熒光成像探針用于細胞成像。3-（4，5-二甲基噻唑-2）-2，5-二苯基四氮唑溴鹽(MTT)方法檢測結果表明Graphene-QDs復合物的細胞毒性小，其濃度達到360μg mL-1時細胞的成活率仍在90％以上。
　　2、制備了石墨烯核殼量子點(Graphene-HQDs)納米復合物，研究了其在生物成像、示蹤以及監(jiān)測藥物輸送方面的應用。為實現(xiàn)對石墨烯藥物載體的定位并監(jiān)測其藥物釋放情況，通過靜電

5、作用將制備的雜化硅層包覆的核殼量子點(HQDs)組裝在石墨烯的表面，所得到的Graphene-HQDs納米復合物的量子產率為12％，熒光壽命為8ns。該復合物在H2O、PBS、NaCl、BSA溶液和細胞培養(yǎng)基DMEM等生物介質中都能穩(wěn)定分散，且其熒光性能不受溶液和生物介質等環(huán)境的影響。HQDs表面的雜化硅層不僅能保護量子點的熒光不被石墨烯猝滅，而且其化學惰性和良好的生物相容性減小了Graphene-HQDs納米復合物的細胞毒性。MTT方

6、法檢測結果表明Graphene-HQDs納米復合物對人正常細胞HEK293和人宮頸癌細胞Hela均具有較小的細胞毒性。通過1-（3-二甲氨基丙基）-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽/N-基琥珀酰亞胺(EDC/NHS)偶聯(lián)反應實現(xiàn)了Graphene-HQDs與轉鐵蛋白(Trf)的連接。所得的復合納米材料(Graphene-HQDs-Trf)可通過π-π堆積的方式負載抗癌藥物鹽酸阿霉素(DOX)，其負載量達到1.4 mg mg-1，負載后的藥物可通過

7、調控pH來進行緩釋。高效液相色譜結果表明藥物負載和釋放過程對DOX結構無影響，沒有藥物衍生物生成。將DOX-Graphene-HQDs-Trf與Hela細胞孵育，實現(xiàn)了對癌細胞的靶向識別成像和治療，并根據(jù)DOX和Graphene-HQDs-Trf發(fā)射熒光顏色的不同實現(xiàn)了對石墨烯復合物載體釋放藥物過程的追蹤和監(jiān)測，從而建立了靶向治療-診斷現(xiàn)象雙重納米載體系統(tǒng)。
　　3、制備了GO-PEG-β-FeOOH納米復合物，研究了其在熒光和磁

8、共振二元成像以及藥物輸送方面的應用。為解決β-FeOOH納米棒橫向弛豫r2值低、磁共振成像效果差的問題，本研究將β-FeOOH納米棒原位生長于PEG修飾的石墨烯表面，并采用穆斯堡爾譜、X射線衍射、振動磁強計、X射線光電子能譜、高分辨透射電鏡、原子力顯微鏡等手段對GO-PEG-β-FeOOH進行表征。GO-PEG-β-FeOOH納米復合物在H2O、PBS、BSA溶液和細胞培養(yǎng)基DMEM等生物介質中都能穩(wěn)定分散，在高濃度情況下無團聚發(fā)生。G

9、O-PEG-β-FeOOH的橫向弛豫r2值為303.81 mM-1 s-1，是目前橫向弛豫能力最強的FeOOH基材料磁共振造影劑。優(yōu)異的橫向弛豫能力使GO-PEG-β-FeOOH在小鼠活體內和體外活細胞的磁共振成像中都得到了較好的成像效果。該復合物的細胞毒性小，當復合物中Fe的濃度達到1.0 mM時，Hela癌細胞和人正常細胞HEK293的成活率均保持在90％以上。GO-PEG-β-FeOOH復合物對藥物DOX的負載量為1.35 mg