共轭高分子纳米材料增强的双光子光学性质

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1、硕士学位论文共轭高分子纳米材料增强的双光子光学性质研究及其生物应用作者姓名段湘艳学科专业材料物理与化学指导教师徐清华教授所在学院材料科学与工程论文提交日期2018年4月ConjugatedpolymernanoparticlesenhancedtwophotonexcitationpropertiesinbiologicalapplicationsADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：XiangyanDuanSupervisor：Prof.Qing-HuaXuSouthChinaUniversit

2、yofTechnologyGuangzhou,China分类号：R454.2；O437学校代号：10561学号：201520114196华南理工大学硕士学位论文共轭高分子纳米材料增强的双光子光学性质研究及其生物应用作者姓名：段湘艳指导教师姓名、职称：徐清华讲座教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：材料物理与化学研究方向：纳米材料论文提交日期：2018年4月20日论文答辩日期：2018年6月2日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：苏仕健委员：段春晖、朱旭辉、彭小彬、应磊摘要癌症是威胁人类健康及生命的最重要疾病之一。尽管现有的治疗手

3、段如：手术、放化疗和免疫疗法一直在不断进步，可是我们仍需继续寻找对付肿瘤的新方法。光动力疗法是用光敏药物和激光活化治疗肿瘤疾病的一种新方法。其基本要素是氧、光敏剂和光源。用特定波长照射肿瘤部位，能使选择性聚集在肿瘤组织的光敏药物活化，引发光化学反应破坏肿瘤。双光子光动力疗法采用能量较低的近红外光作为光源，可以获得更大的生物组织渗透性，同时减少对生物体的光损伤。在过去的几十年间里，双光子光动力疗法由于其在癌症治疗的临床研究及实践中有着很好的空间上高精度性、创伤小、可重复性，因而被认为是一种有效的癌症治疗方式，已成为世界肿瘤防治科学中最活跃的研究领域之一。然而由于传

4、统的光敏剂的双光子截面小、双光子激发效率低、且光敏剂产生单线态氧时需要有效的从单线激发态到三线态的系间窜越（S1T1），不可避免地造成光敏剂具有非常低的荧光量子效率，不能同步用于生物成像，双光子光动力疗法受到一定的限制。本文的研究内容主要集中在发展兼具高效双光子光动力疗效以及双光子成像功能的光敏材料，尤其是共轭高分子纳米光敏材料。为发展新型的光敏材料提供实验和理论依据，推动双光子光动力疗法的生物应用。共轭高分子纳米颗粒具有大的吸收截面，可以与小分子光敏剂发生高效的荧光共振能量传递，利用这一原理可以开发基于共轭高分子的新型纳米光敏药物。在第二章中，主要研究制备了

5、一种新型纳米光敏材料（含共轭高分子+红光发光团+光敏剂的复合纳米光敏材料）。该纳米材料中同时引入高双光子吸收截面的共轭高分子作为能量供体、红光发光团和合适的光敏剂作为能量受体。利用荧光共振能量转移原理，来增强受体分子（光敏剂以及红光发光团）的双光子性质，以取得高效双光子激发红光成像及双光子光动力疗效。研究表明，通过能量给体（PPBF）对受体分子（TPP和TPD）的能量传递，双光子激发下能够增强光敏剂（TPP）的单线态氧产生量以及红光发光团（TPD）的荧光强度，使光敏剂（TPP）的单线态氧产生量增强161倍，使红光发光团TPD的荧光强度增强23倍。单线态氧检测实验

6、表明含有共轭高分子的纳米材料（PPBF/TPP/TPDNPs）单线氧产率相对只有光敏剂的纳米材料（TPPNPs）明显增强（增I强149倍）。制备的纳米光敏材料为水溶性、生物相容性好。具有纳米尺寸（平均直径45nm）、易于进入细胞。在该纳米光敏材料表面修饰有含叶酸基团的靶向物质（DSPE-PEG2000-FA）后，可以选择性识别癌细胞。在细胞实验中，修饰有靶向性物质的纳米光敏材料（FA-PPBF/TPP/TPDNPs）可以更好的作用于细胞，得到更佳的双光子光动力治疗及成像效果。该纳米光敏材料可实现高亮度的双光子荧光成像和高效的光动力治疗。在第三章中，主要研究在共轭

7、高分子纳米颗粒体系中进一步引入金纳米棒，利用表面等离子共振效应来进一步增强共轭高分子纳米颗粒的双光子激发效率。制备了一个含金纳米棒+共轭高分子+光敏剂的纳米复合材料（AuNR@SiO2-CPNs）。研究表明，金纳米棒与被增强分子（PFV和TPP）间的光谱重叠以及相互距离非常关键，我们通过调控金纳米棒的表面等离子共振峰使其与PFV和TPP的光谱重叠性好；通过调控金纳米棒表面包覆的SiO2的厚度来调节金纳米棒与共轭高分子纳米颗粒的距离，以期制备出最优性能的用于双光子光动力疗法的纳米光敏剂。关键词：光动力疗法；双光子吸收；共轭高分子纳米材料；金纳米棒；细胞成像IIAb

8、stractCancer