纳米材料研究进展论文提纲

论文题目：硅基功能纳米材料的制备及其癌症检测治疗的应用基础研究

摘要：迄今为止,尽管生物医学科技与临床医疗技术已经得到了长足的进步,但是癌症作为世界上致命的疾病之一,仍然威胁着人类的健康。为此,科学家们已经发展了具有优良性能的纳米诊疗体系,并且将其用于癌症的早期检测与治疗。在过去的几十年里,以多种功能纳米材料为基础的手术切除、化学治疗、放射治疗、免疫治疗等逐渐发展成为癌症治疗的主流方法。另一方面,手术切除作为治疗肿瘤的传统方法已经取得了显著的进步与发展,然而术后的肿瘤复发和手术伤口的细菌感染依然是增加患者痛苦并且延长疗程的重要原因。为此,科学家们进一步利用功能纳米材料构建了不同的治疗体系,用于抑制术后肿瘤的再生和伤口的细菌感染。近年来,由于独特的光/电/机械性能、大比表面积、表面可修饰性以及良好的生物相容性等特点,硅基功能纳米材料在癌症检测治疗等研究领域引起了广泛的研究兴趣。值得关注的是,前期研究主要集中在发展单一功能化的硅基纳米材料,进而将其用于肿瘤相关的成像分析检测或者治疗。因此,发展可用于诊疗一体化的多功能硅基纳米材料,并探索其应用于肿瘤诊疗一体化的可能性,成为了当前的研究热点。本论文工作以“发展多功能硅基纳米材料及其肿瘤诊疗一体化”为研究目标,首先制备了可分别适用于肿瘤细胞成像检测或肿瘤治疗的单功能硅基纳米材料,然后构建了肿瘤细胞成像检测与治疗一体化的双功能硅基纳米材料,进而发展了兼具成像分析、肿瘤治疗与抗细菌感染特性的三功能硅基纳米材料。本篇博士论文主要包括如下章节:第一章:首先,简要讲述了癌症的危害,以及癌症早期检测与治疗的发展现状。然后,简要介绍了硅基纳米材料的制备及其在生物成像分析与肿瘤治疗的研究进展。最后,阐述了本论文的立题依据、研究意义以及研究内容。第二章:发展了可用于肿瘤细胞成像检测的硅基纳米材料,即基于茶提取物的荧光硅纳米颗粒。通过选择四种不同茶（绿茶、红茶、乌龙茶和普洱茶）提取物与硅烷作为前驱体,在微波辐射反应条件下,制备得到了可用于肿瘤细胞成像的荧光硅纳米颗粒。荧光光谱研究表明,所制备的四种荧光硅纳米颗粒具有激发波长依赖性,即随着激发波长的红移,它们的最大发射波长也随之发生了明显的红移。研究发现,四种荧光硅纳米颗粒拥有高荧光强度、良好的荧光稳定性以及优良的生物相容性。通过在该荧光硅纳米颗粒表面修饰具有功能化的IgG分子,可将其用于细胞核的免疫荧光成像。第三章:发展了可用于成像检测肿瘤细胞pH值的硅基纳米材料,即荧光硅纳米棒传感器。通过选择三氯化铕、鲜牛奶、柠檬酸三钠与硅烷作为前驱体,辅之以一步微波法,可制备得到用于成像检测肿瘤细胞pH值的荧光硅纳米棒传感器。研究发现,该传感器的荧光光谱在单一 405 nm激发的情况下能够呈现出两个明显的荧光特征峰,其最大发射波长分别在470 nm（蓝色荧光波段）与620 nm（红色荧光波段）。由于该传感器的蓝色荧光信号对pH变化能产生响应效应,而红色荧光信号比较稳定可作为内标信号,因此可以通过蓝色与红色荧光信号的强度比值定量检测pH的变化。该传感器具有良好的荧光稳定性、优良的检测特异性以及较好的生物安全性,可用于实时监测活细胞内pH的动态变化。第四章:发展了可用于肿瘤治疗的硅基纳米材料,即基于硅纳米线的协同治疗策略。通过硅纳米线和阿霉素的有效结合,发展了基于硅纳米线的协同治疗策略。乳酸脱氢酶测定实验与碘化丙啶单染成像结果表明硅纳米线能够有效地破坏乳腺癌细胞的细胞膜,改变其通透性。硅纳米线对细胞膜的破坏能够促进阿霉素进入细胞。进入细胞内的硅纳米线与阿霉素联合破坏细胞骨架结构,同时毁坏细胞的线粒体并释放出细胞色素C分子。细胞周期分布表明硅纳米线与阿霉素混合物能够将细胞周期抑制于G2期,从而抑制细胞增殖。硅纳米线与阿霉素的联合指数为～0.56,其值小于1,表明硅纳米线与阿霉素之间存在较好的协同增强效应,能够有效地降低乳腺癌细胞的活性。第五章:发展了可用于肿瘤成像检测与治疗的双功能硅基纳米材料,即基于绿茶的荧光硅纳米材料。通过选择四种绿茶（安吉白茶、龙井茶、狗牯脑茶和碧螺春茶）与硅烷作为前驱体,通过微波反应可制备得到用于肿瘤成像检测与治疗的双功能荧光硅纳米材料。四种不同的绿茶能够合成不同纳米结构的荧光硅纳米材料（包括:荧光硅纳米颗粒、荧光硅纳米片以及荧光硅纳米球）。所制备的荧光纳米材料不仅可用于肿瘤细胞核的荧光成像分析,还能够有效地杀死癌细胞。活体实验进一步表明,该类型的双功能纳米材料可同时用于肿瘤组织的长时程荧光成像与肿瘤细胞的生长抑制。第六章:发展了可用于成像检测、肿瘤治疗与抗细菌感染的三功能硅基纳米材料,即基于中药提取物的荧光硅纳米颗粒。通过选择中药（鸡血藤）提取物与硅烷作为前驱体,置于微波合成仪中反应,制备得到了可用于成像检测、肿瘤治疗与抗细菌感染的三功能荧光硅纳米颗粒。该荧光硅纳米颗粒具有较好的分散性、高荧光强度以及良好的荧光稳定性,可用于细胞核的成像分析。研究发现,荧光硅纳米颗粒同时具备抗癌与抑菌的能力。活体术后恢复模型进一步表明,该三功能荧光硅纳米颗粒能够有效地抑制手术后原位瘤的复发,同时还能够抑制手术伤口的细菌感染。第七章:首先,概括了硅基功能纳米材料及其肿瘤检测治疗的研究进展。其次,总结了所发展功能硅基纳米材料的创新点,并分析了本论文研究的不足之处。最后,简述了多功能硅基纳米材料应用于肿瘤诊疗一体化的未来展望。综上所述,本博士毕业论文重点发展了单/双/三功能的硅基纳米材料,探索了其应用于肿瘤成像检测、治疗以及抑菌的可能性。该研究对拓展硅基功能纳米材料在生物医学领域（尤其是肿瘤诊疗一体化）的应用,具有较为重要的科学意义和积极的推动作用。

关键词：硅纳米结构;多功能;荧光成像;肿瘤治疗;抗细菌感染

学科专业：化学

中文摘要

Abstract

第一章 引言

1.1 癌症概述

1.2 癌症的早期检测

1.3 癌症的治疗现状

1.4 硅基纳米材料概述

1.4.1 硅纳米线

1.4.2 硅纳米颗粒

1.4.3 硅纳米棒与硅纳米梭

1.4.4 硅纳米网状结构

1.5 硅基纳米材料在生物成像分析中的应用

1.6 硅基纳米材料在癌症治疗中的应用

1.7 本文的立题依据、研究意义以及研究内容

1.7.1 立题依据和研究意义

1.7.2 研究内容

参考文献

第二章 基于茶提取物的硅纳米颗粒用于肿瘤细胞成像分析

2.1 前言

2.2 实验部分

2.2.1 实验试剂和仪器设备

2.2.2 荧光TSiNPs的合成

2.2.3 荧光TSiNPs的电镜表征

2.2.4 荧光TSiNPs的荧光稳定性测试

2.2.5 细胞培养与成像

2.2.6 荧光TSiNPs-IgG的制备

2.2.7 细胞骨架和细胞免疫成像

2.2.8 细胞安全性试验

2.3 结果与讨论

2.3.1 荧光TSiNPs的制备与表征

2.3.2 荧光TSiNPs的稳定性

2.3.3 荧光TSiNPs的细胞成像

2.3.4 荧光TSiNPs的细胞毒性

2.4 结论

参考文献

第三章 基于硅纳米棒的荧光传感器用于成像检测肿瘤细胞pH值

3.1 前言

3.2 实验部分

3.2.1 实验试剂和仪器设备

3.2.2 硅纳米棒传感器的制备

3.2.3 硅纳米棒传感器的胞外pH响应实验

3.2.4 硅纳米棒传感器的pH检测特异性实验

3.2.5 硅纳米棒传感器的生物安全性实验

3.2.6 硅纳米棒传感器的胞内pH检测实验

3.3 结果与讨论

3.3.1 硅纳米棒传感器的制备

3.3.2 硅纳米棒传感器的表征

3.3.3 硅纳米棒传感器的检测特性

3.3.4 硅纳米棒传感器的选择性

3.3.5 硅纳米棒传感器的细胞安全性

3.3.6 硅纳米棒传感器的胞内分布

3.3.7 硅纳米棒传感器的细胞质pH成像

3.3.8 硅纳米棒传感器的胞内pH的动态监测

3.4 结论

参考文献

第四章 基于硅纳米线的协同治疗策略用于肿瘤治疗

4.1 前言

4.2 实验部分

4.2.1 实验试剂和仪器设备

4.2.2 硅纳米线的制备

4.2.3 细胞培养

4.2.4 乳酸脱氢酶测定实验

4.2.5 细胞摄取实验

4.2.6 细胞流式分析

4.2.7 细胞骨架染色实验

4.2.8 细胞周期分析

4.2.9 活死细胞染色实验

4.2.10 细胞毒性实验

4.2.11 联合指数计算与分析

4.3 结果与讨论

4.3.1 硅纳米线与阿霉素的协同机理

4.3.2 硅纳米线的细胞毒性分析

4.3.3 硅纳米线破坏细胞膜完整性

4.3.4 细胞骨架和线粒体的破坏

4.3.5 细胞周期的抑制

4.3.6 协同治疗效果的评估

4.4 结论

参考文献

第五章 基于绿茶的硅纳米材料用于肿瘤成像与治疗

5.1 前言

5.2 实验部分

5.2.1 实验试剂和仪器设备

5.2.2 荧光GTSN的合成

5.2.3 荧光GTSN的电镜表征

5.2.4 细胞培养与细胞成像

5.2.5 细胞毒性实验

5.2.6 细胞增殖实验

5.2.7 细胞骨架成像

5.2.8 荧光GTSN的荧光稳定性测试

5.2.9 荧光GTSN的长程实时示踪

5.2.10 细胞周期分析

5.2.11 溶血实验

5.2.12 活体实验

5.2.13 组织与血生化分析

5.3 结果与讨论

5.3.1 荧光GTSN的制备

5.3.2 荧光GTSN的表征

5.3.3 荧光GTSN的生长机理猜想

5.3.4 荧光GTSN的光学特性

5.3.5 荧光GTSN的体外抗癌特性

5.3.6 荧光GTSN的细胞成像

5.3.7 荧光GTSN的活体肿瘤治疗

5.3.8 荧光GTSN的活体安全性

5.4 结论

参考文献

第六章 基于中药提取物的硅纳米颗粒用于肿瘤成像、治疗与抑菌

6.1 前言

6.2 实验部分

6.2.1 实验试剂和仪器设备

6.2.2 荧光CS-SiNPs的合成

6.2.3 荧光CS-SiNPs的浓度定量

6.2.4 细胞培养

6.2.5 细胞微管的免疫染色

6.2.6 细胞膜染色

6.2.7 细胞毒性试验

6.2.8 细胞周期分析

6.2.9 细胞活性氧自由基测定

6.2.10 细菌培养

6.2.11 细菌活性氧自由基的高效测定

6.2.12 术后肿瘤再生的模型构建与治疗

6.2.13 术后细菌感染的模型构建与治疗

6.3 结果与讨论

6.3.1 荧光CS-SiNPs的制备与表征

6.3.2 荧光CS-SiNPs的细胞成像

6.3.3 荧光CS-SiNPs的特异性抗癌效果

6.3.4 荧光CS-SiNPs的高效抗细菌感染

6.3.5 荧光CS-SiNPs的术后抗肿瘤再生

6.3.6 荧光CS-SiNPs的术后抗细菌感染

6.4 结论

参考文献

第七章 总结与展望

7.1 全文总结

7.2 论文的创新点以及不足之处

7.3 研究展望

致谢