材料学院在多功能有机-无机杂化纳米生物材料研究中取得系列创新进展

发布时间：2013-06-17 访问次数:667 作者:低维材料

材料学院施剑林教授和李永生教授带领的低维材料化学课题组，最近在多功能有机-无机杂化纳米生物材料的设计、制备与应用中取得一系列重要的研究进展，发表了多篇高水平论文。

纳米生物医药如何在未来人类重大疾病诊断和治疗中发挥重要作用是当前国际研究的热点和前沿领域。其中开发新颖多功能纳米材料在重大疾病诊断和治疗方面的应用研究将对改善人类健康、提高生活质量起到积极的推动作用，也是近年来国际纳米生物医药领域的研究热点。

材料学院施剑林教授和李永生教授带领的低维材料化学课题组自2006年成立以来，主要从事新型多功能纳米生物材料的合成及生物医学应用研究。最近，该课题组在多功能有机-无机杂化纳米生物材料的设计、制备与应用中取得一系列重要的研究进展。首先，在磁共振成像（MRI）方面，他们以双亲嵌段共聚物PS-b-PAA和磁性Fe₃O₄纳米粒子为研究对象，通过结合嵌段共聚物自组装特性和后续的溶胶-凝胶交联技术，成功制备了具有类似“西瓜”结构的超顺磁的氨基或巯基修饰的有机-无机复合纳米粒子（Chem. Commun. 2008, 4463）；通过进一步调节实验参数、控制合成过程，实现了对复合球粒径在40-150 nm范围内的有效调控，r2值达到320.7 mM^-1s^-1，在MR方面表现出优异的成像性能，同时论证了该材料在活体肿瘤和肝脏MR成像方面的能力（Adv. Funct. Mater. ；J. Mater. Chem. 2011, 21, 13825；J. Mater. Chem）；在荧光成像方面，他们与化学与分子工程学院朱为宏教授密切合作，采用简单的一步法将疏水的荧光有机小分子引入到胶束内部，制备出一类具有高荧光发光性能、高分散性及生物相容性、无荧光分子泄漏的核壳型荧光纳米复合材料，并利用这种材料进一步探讨了其在细胞层面上的荧光标识成像能力（Adv. Healthcare Mater. 2012, 1, 475）；并进一步将近红外有机荧光分子装载到硅交联嵌段共聚物胶束的内部，在提高其稳定性和发光性能的同时实现了该杂化纳米生物材料在活体水平上的荧光成像检测（Chem. Sci. 2013, 4, 1221）；在多模式成像方面，成功制备出结构稳定和表面-SH 功能化的超顺磁/荧光杂化胶束，然后利用原位还原法在其表面直接担载纳米金颗粒，得到一类粒径在 50-200 nm 可调且均一、单分散、具有优异多模式(磁共振/ X线计算机断层扫描/荧光成像)特性的核- 壳结构有机-无机纳米复合材料（Small 2013, DOI:. 2012, 22, 249362010, 5, 77310.1002/smll.201202649）；进一步结合原位还原和种子生长的方法制备得到一类具有良好生物相容性、集超顺磁和光热效应等功能于一体的金壳涂层的新型有机-无机杂化纳米复合颗粒，利用其特有的超顺磁特性和金壳近红外光热效应，详细研究其在肿瘤 MRI 检测和光热治疗方面的应用潜力（Adv. Mater. 2011, 23, 5392）；在纳米药物载体方面，利用PS-b-PAA在选择性溶剂中形成的胶束作为较大介孔模板、阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）作为较小介孔模板，成功制备了一类具有多级孔结构（核-壳）或空心结构的介孔氧化硅球材料。研究发现，多级孔材料的形貌可控、核内孔径（12.8-18.5 nm）及小孔壳厚度可调（5-60 nm）。更重要的是，两套孔内表面的亲疏水性质不同，为装载不同亲疏水特性的药物分子提供了便利，是一类理想的装载多重药物的载体（J Am. Chem. Soc. 2010, 132, 15144）。

最近，该课题组与重庆医科大学、重庆医科大学附属二院、重庆市海扶公司等单位紧密合作，将有机-无机杂化纳米生物材料应用于无创手术治疗领域，取得新的突破。高强度聚焦超声治疗（High Intensity Focused Ultrasound，HIFU）作为一种高效、经济、非侵入式的无创治疗模式，在临床上已经得到了广泛的使用。但是如何有效地引导聚焦超声在体内靶向病变组织的能量沉积，并有效地提高HIFU治疗的效果，是一个亟待解决的技术难题。针对这个问题，他们通过将超顺磁性四氧化三铁纳米粒子和液体氟碳分子引入到胶束核中，进一步对胶束壳层进行硅交联和聚乙二醇修饰，得到一类具有单分散且在生物环境下长期稳定的多功能有机-无机杂化囊泡，并进一步探讨了该杂化纳米粒子在磁共振/超声成像方面以及成像引导下的高强度聚焦超声治疗肝癌肿瘤方面的应用研究（Adv. Mater. ）。2013, 25,2686

上述研究成果得到了科技部重大研究专项、国家自然科学基金、教育部新世纪优秀人才及上海市曙光学者等基金的支持。