关键词： 二维纳米材料   蛭石   分离   膜   纳米技术  

摘要： 膜分离技术是一种高效、经济、绿色的分离技术,已广泛应用于医药、食品、环保、生物、冶金、化工、石油、能源、电子、仿生等领域,产生了巨大的社会效益和经济效益,已成为如今分离科学中最重要的技术手段之一。二维层状膜具有优异的渗透性和精确的选择筛分性,在海水淡化、能量转化以及有机溶剂纳滤等多个领域显示出了新型膜材料的先进性,已成为膜分离与纳米技术的热门研究,在现代分离领域有着广泛的应用前景。然而,构成层状膜的二维纳米片合成复杂、污染大、结构稳定性差、化学环境耐受性差,严重限制了它们的实际生产和应用。在此,我们用天然矿物蛭石(VMT)通过简单的离子交换法制备了单层纳米片,以VMT纳米片作为构筑物,层层堆叠形成VMT层状膜,探索了分子、离子在蛭石层状膜中的分离性能以及影响机制,主要内容如下:(1)由单层大尺寸VMT纳米片堆叠形成层状膜,结构完整有序,堆叠均匀。通过离子交换法得到单层的、横向尺寸大约为～12μm的蛭石纳米片。此过程简单、绿色、无污染,单层的纳米片通过真空抽滤得到VMT层状膜。通过扫描电镜、X射线衍射仪以及原子力显微镜等实验仪器表征了VMT纳米片和VMT层状薄膜的形貌和结构。验证了VMT纳米片形貌完整,横向尺寸较大,薄膜层结构高度有序,堆叠均匀。(2)薄膜有着优异的化学耐受性和良好的机械性能。在强酸、强碱、强氧化剂、有机溶剂等不同化学环境下表现出良好的稳定性;在超声20分钟后膜面依然完整,无裂解现象,表现出优异的机械性能。(3)在分子与有机溶剂的分离方面优于现有的商用膜,具有优异的甲醇渗透率和良好的染料分子截留性能;通过优化膜结构,进一步提高了甲醇透过率达490 Lmhbar,超过了现有纳滤膜的极限。(4)表面电荷控制效应是离子跨膜运输的主要机制,这种单极性运输方式在反向电渗析、感应器件、离子泵等应用上有着深远的研究意义。VMT膜为二维材料膜在环境、能源等领域的应用提供了新的机遇。

关键词： 肿瘤转移   氧化应激   活性氧治疗   纳米药物   纳米技术  

摘要： 癌症及癌症转移,长久以来威胁着人们的生命健康。尽管科研及医学工作者在癌症治疗方面给予了极大的关注,进行广泛的研究。但是目前癌症治疗手段主要还是依赖于传统的方式:手术,化疗和放疗。然而传统的治疗手段不仅副作用较大,容易导致器官衰竭,而且存在恶性转化,肿瘤复发及转移的风险,导致效率低下的肿瘤治疗。随着纳米技术的快速发展,纳米材料由于其可设计、多功能的优势,为应对复杂,多样且动态的癌症治疗提供了可行的治疗策略。而基于活性氧（Reactive Oxygen Species,ROS）生成的纳米材料,作为纳米材料用于癌症治疗研究领域的重要分支,近年来受到广泛的关注。首先,ROS作为生物体中具有重要生物功能的化学反应分子,是生物体生长、健康和衰老过程的必要基础。其次,越来越多的证据显示许多类型的肿瘤细胞内ROS水平高于正常细胞。在肿瘤细胞内,ROS的浓度通常是正常细胞的100倍。除此之外,相比较正常细胞而言,肿瘤细胞更受到氧化损伤。因此构建ROS纳米药物可以用于肿瘤细胞的选择性杀伤。通过构建纳米药物精准定位病灶部位生成ROS并且整合多种治疗模式可以用于提高肿瘤治疗效率。本论文针对肿瘤特有的微环境,设计了具有响应性和微环境调节能力的多功能纳米药物,特异性地提升肿瘤部位ROS,用于精准的肿瘤治疗,同时探索调节肿瘤微环境增敏肿瘤治疗以及抑制肿瘤转移能力的影响。主要内容如下:（1）基于多功能的聚多巴胺-光敏剂（PDA-MB）纳米颗粒的构建,用于调节氧化还原稳态并放大细胞内ROS水平以实现增强光疗的效果。在本工作中,PDA-MB纳米颗粒可以同时作为一种高效的抗氧化剂清除剂,光动力试剂,光热纳米治疗剂,以及多模态显像剂。首先,聚多巴胺与细胞内谷胱甘肽（GSH）反应并降低其在胞内的水平,从而损害肿瘤细胞的抗氧化防御系统,敏化光动力,提高光动力疗效。其次,PDA-MB纳米颗粒具有肿瘤微环境激活的光敏剂递送性质,用于激活型的光动力治疗,特异性提高肿瘤病灶部位ROS水平。第三,聚多巴胺还具有优异的光热转换效率,用于光热治疗。第四,纳米平台能够进行多模态肿瘤成像,包括荧光成像,红外热成像和光声成像,用于指导癌症治疗。并且多模态成像探针为肿瘤精准治疗提供了额外的优势。因此,PDA-MB纳米颗粒具有安全、有效和精确的癌症治疗优势,具有很大的应用潜力。（2）设计了一种空间选择性的动态治疗纳米制剂（HP@BiM）,用于原位激活的光热治疗以及时空可控的ROS高效生成诱导氧化损伤,实现协同增强的肿瘤治疗和转移抑制。HP@BiM纳米颗粒特异性响应肿瘤微环境多种生物分子或者标志物,例如酸性,还原剂和ROS,利用Fenton反应转化细胞内的过氧化氢（H2O2）生成高毒性的羟基自由基（·OH）,用于高选择性诱导病灶部位氧化凋亡。同时纳米制剂装载有原位激活的光热试剂（磷钼酸,PMA）,空间选择性的升温肿瘤病灶用于光热治疗以及光热增强的化学动力学疗法。此外HP@BiM纳米颗粒耗竭肿瘤细胞内GSH水平,以重塑抗氧化环境。受损的抗氧化防御系统不能提供足够的抗氧化剂来清除转移过程中产生的活性氧,从而抑制肿瘤的侵袭和转移。本工作提供了一种原位激活的光热促进时空可控ROS生成的方案,通过肿瘤微环境活化纳米药物的方式,提高肿瘤治疗的特异性。同时探索了肿瘤抗氧化微环境的改变对肿瘤转移的影响,提供了一种可以同时提高治疗效率和抑制转移的癌症治疗策略。

关键词： 肿瘤免疫治疗   淋巴结靶向肿瘤疫苗   Ausomes   纳米技术   肿瘤微环境  

摘要： 恶性肿瘤的本质是一种免疫失衡疾病，每一个“成功”生长的恶性肿瘤细胞都曾逃脱机体免疫监控。因此，通过调控自身免疫系统以产生特异性的抗肿瘤免疫反应，对恶性肿瘤进行高效杀伤，是一种变革性的肿瘤治疗策略。虽然目前抗肿瘤免疫疗法取得突破性进展，但是仍然存在诸多问题，限制着其进一步的临床应用。例如，肿瘤抗原激活能力低，难以诱导有效的抗肿瘤免疫反应;肿瘤细胞利用自身基因突变和对肿瘤微环境改造，逃避免疫系统的监视;免疫疗法可能会产生细胞因子风暴，带来严重的毒副作用。因此，亟需发展新型抗肿瘤免疫疗法，进一步提高恶性肿瘤免疫治疗的效果和安全性。　　近年来，纳米技术在改善药物体内药代动力学、药物时空可控递送、疾病的多模式治疗等方面展现出巨大的潜力，为解决目前抗肿瘤免疫疗法研发中的关键科学问题的提供了新的研究思路和技术支撑。因此，本研究中将利用纳米材料具有的高度可操控性质，制定基于机体免疫系统和肿瘤微环境特点的抗肿瘤免疫策略，为恶性肿瘤的有效治疗提供新的解决方案。　　肿瘤疫苗旨在利用肿瘤抗原和免疫佐剂激活患者免疫系统，对恶性肿瘤进行特异性的杀伤。传统疫苗剂型变现为淋巴结递送效率不足，制约了T细胞激活效率，严重影响了治疗效果。鉴于此，本论文的第一部分工作构建了基于点击化学反应的淋巴结主动聚集的疫苗体系，促进抗原和佐剂在淋巴结的积累，进而增强抗原呈递和T细胞激活效率。首先，叠氮基团修饰的DSPE-PEG(1，2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine-N-[amino(polyethyleneglycol)-2000])利用白蛋白体内转运机制到达淋巴结并转移到淋巴结内皮细胞膜上，完成在淋巴结中人工靶点的加载;然后，表面修饰有DBCO（dibenzocyclooctyne）基团的脂质体通过点击化学反应同这些叠氮靶点特异性的高效反应，实现脂质体在淋巴结的积累;最终，脂质体内包裹的抗原和佐剂在淋巴结内被高效共递送至抗原呈递细胞，增强肿瘤抗原特异性CD8+T细胞反应。该体系在多种荷瘤小鼠模型中均表现出抑制肿瘤生长的能力，并能够延长荷瘤小鼠的生存期，表明这种模拟配体-受体作用的疫苗主动靶向递送方式是一种高效的抗肿瘤免疫治疗策略，在淋巴结靶向环节增强了抗肿瘤疫苗的抗原提呈。　　抗肿瘤疫苗是通过诱导机体免疫系统对肿瘤组织进行特异性杀伤，肿瘤免疫治疗另外一个重要突破口则是如何解除肿瘤局部微环境中的免疫抑制效应。因此本论文的第二部分工作中制备了一种多靶点的多功能纳米免疫调节剂，可同时激活免疫系统，并调控肿瘤免疫抑制环境。通过利用大肠杆菌生物矿化作用，本研究中制备了表面修饰有细菌外膜的金纳米颗粒(Ausomes)。Ausomes不仅继承细菌组分的免疫刺激潜力，可以上调大量细胞因子的表达;同时，内部金纳米颗粒的局域等离子体共振效应还赋予其适度的光热转化能力，实现肿瘤局部过高热效应，进一步加强Ausomes介导的免疫激活效应，促进肿瘤中免疫细胞浸润程度，改善组织免疫抑制环境，增强肿瘤抑制效果，为肿瘤有效治疗提供了新的可供选择的策略。

关键词： 纳米技术   应用   成象系统   研究  

ISBN: (纸本)9787030678447

摘要： 本书内容由八章组成。第1章为概论。第2章论述了纳米成像基础，重点阐述纳米成像中的一些基本概念，讨论了纳米成像的共同物理基础、基本原理以及实现纳米成像需要解决的基本问题等。第3-8章分别论述了三维结构、形貌、荧光、非标记光学、动态和光学功能等纳米成像的原理、方法、系统和性能等在三维结构纳米成像中，重点介绍了电子显微镜和X射线显微镜，对三维结构纳米成像进行了较为系统的分析。在形貌纳米成像方面，论及扫描隧道显微镜、原子力显微镜、近场光学显微镜和扫描电子显微镜等。在荧光纳米成像中，重点讨论了突破衍射极限的方法和手段、实现特异性标记的材料和方法。在非标记光学纳米成像一章重点讨论了突破衍射极限和提高灵敏度的方法与手段，以及表面增强拉曼散射和相干反斯托克斯拉曼散射的有关问题。在动态纳米成像方面，重点论述了同时实现时间和空间分辨的方法与手段。在光学功能纳米成像一章，重点论述了在纳米分辨下功能信息获取的特点、方法和手段。本书可供从事纳米科技和生命科学研究的科技工作者（尤其是从事纳米成像研究的科技工作者）、相关专业的研究生，以及制造与使用纳米成像仪器的人参考。

关键词： 食品污染物   重金属   食源性细菌   纳米技术   铋基纳米材料  

摘要： 近年来,我国的食品工业飞速发展,但随之而来的食品安全问题日趋严重。食品在原料、生产、加工、运输和储存等阶段都可能受到各种污染物的侵害,食源性疾病成为对人类健康危害最大的一类疾病。有效去除食品中的污染物成为一项重大紧迫的任务。而传统的污染物清除技术,由于设备造价高,耗能大或效果差等原因,逐渐无法满足生产者的生产需求。因此,研发低成本、高效、环保的处理清除食品污染物的新型技术实现可持续发展,具有很重大的意义。近年来,纳米科学技术迅猛发展,纳米材料由于大比表面积和高表面活性而表现出明显优于其对应的传统材料的性质,给清除食品污染物技术的革新带来机遇。而铋基纳米材料由于其可调的化学形态,具有稳定性、吸附能力、光热转换能力和催化活性等多种优异的性能,很适合食品工业中主要污染物的清除。基于此,本论文根据食品中重金属和微生物两种污染物的特点,研发了一系列性能独特的铋基功能纳米材料,结合所研发纳米材料的优异吸附性能和光学特性,实现了对食品污染物中的重金属和微生物的高效去除。论文主要研究内容和结果如下:(1)海胆状硫化铋空心纳米吸附剂的制备及其对重金属吸附技术研究通过简单的硬模板结合多元醇工艺,制备出高质量海胆状硫化铋(BiS)空心纳米吸附剂。首先通过多种表征技术证明海胆状BiS空心纳米粒子的成功合成。随后通过间歇实验研究吸附剂对Ag的吸附随时间、溶液p H、温度和Ag初始浓度的变化规律,对吸附过程进行吸附动力学、吸附平衡等温线和吸附热力学的评价。探究吸附剂在去除过程中结构组成的变化,明确其吸附机理。结果表明,所制备的海胆状BiS空心纳米吸附剂具有良好的比表面积、化学稳定性和吸附性,具有高吸附速率、大吸附容量(1172.25 mg/g)和p H广泛适用(0.4～8)的优势,可以快速有效地移除液态食品中的重金属Ag,且不会对其他有益离子造成影响,在食品的重金属污染物控制方面表现出了巨大的潜力。(2)芳樟醇/硫化铋复合纳米缓控释抗菌体系的构建及其杀菌性能研究利用海胆状BiS空心纳米粒子的内部空腔,使用热敏相变材料十四醇(1-tetradecanol,TD)将天然抗菌剂芳樟醇(CHO,Linalool)载入其中,构建精确控制的抗菌纳米平台(TD/Linalool@BiS复合纳米抗菌剂),并采用多种表征手段证明该复合纳米抗菌体系的构建成功。随后对TD/Linalool@BiS复合纳米抗菌剂的光热性能、光热转换效率、不同温度下抗菌剂的释放以及抗菌剂的响应性缓控释分别进行评价。接着以革兰氏阴性的大肠杆菌和革兰氏阳性的金黄色葡萄球菌这两种食源性细菌为代表模型,测定TD/Linalool@BiS分别对它们的最小抑菌浓度和最小杀菌浓度,利用梯度稀释法和涂布平板法研究TD/Linalool@BiS的杀菌效率,探究细菌死亡前后的状态变化。结果表明,在近红外(near infrared,NIR)光驱动下,TD/Linalool@BiS复合纳米抗菌剂可有效将近红外能量转化为热能,同时有效释放Linalool,对食源性细菌具有快速有效的体外杀灭效果,在浓度分别为320μg/m L和360μg/m L时,可以对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌达100%的杀灭。此外,该抗菌剂具有低细胞毒性和良好的生物安全性,可以安全快速地杀灭液态食品中的金黄色葡萄球菌,杀菌率可以达到92.87±5.67%,这种TD/Linalool@BiS复合抗菌剂的研发可以为后续开发新型纳米抗菌剂和在食品微生物污染领域应用奠定了基础。(3)金纳米棒/硫化铋核壳纳米抗菌剂的制备及其杀菌性能研究通过中间层转化策略,硬模板结合多元醇的方法制备金@硫化铋(Au@BiS)核壳纳米抗菌剂,并采用多种表征手段证明其成功制备。对Au@BiS核壳纳米抗菌剂的光热性能和光热转换效率进行测定,采用多种探针对产生的活性氧(reactive oxygen species,ROS)进行评价。随后测定TD/Linalool@BiS分别对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的最小抑菌浓度和最小杀菌浓度,利用梯度稀释法和涂布平板法研究Au@BiS核壳纳米抗菌剂的杀菌效率。结果表明,在近红外光驱动下,具有良好的光热转换性能,同时这种典型的肖特基结构可以提高近红外光触发的电子-空穴对的分离效率,产生可观的ROS,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有协同的光热/光动力抗菌性能,在浓度为140μg/m L和120μg/m L时可以实现彻底灭活。此外,细胞体外实验和小鼠体内实验证明了该纳米抗菌剂的低毒性、良好的生物安全性,可以快速、有效地杀灭液态食品中的食源性细菌,杀菌率达到98.34±6.74%,为解决食品污染物问题提供了新思路与手段。

关键词： 肿瘤免疫治疗   铁代谢调控   生物矿化   先天免疫   纳米技术  

摘要： 恶性肿瘤是一种免疫和代谢失衡疾病,通过开发针对肿瘤免疫和代谢的新型疗法有助于在杀伤肿瘤细胞的同时避免对正常细胞的损害,实现恶性肿瘤的高效低毒治疗。细菌膜中包含的微生物来源的组分可以有效激活机体先天免疫系统,因此利用基于细菌膜的免疫疗法可以为实体瘤的有效治疗带来新的思路。此外,异常增殖的肿瘤细胞对铁的需求高于正常细胞,这种对铁的依赖使得肿瘤细胞更容易发生铁代谢相关的死亡。基于此,本研究构建了一种细菌生物铁矿化生成生物膜包被的铁纳米颗粒,并评估了这种多功能的生物纳米材料诱导的机体免疫反应激活和肿瘤细胞铁死亡的联合抗肿瘤效果。(一)生物膜包被的铁纳米颗粒的制备及表征本研究利用了细菌内在的氧化还原反应合成了大肠杆菌包被的FeO纳米颗粒,首先通过透色电子显微镜和能谱元素分析细菌培养过程中铁离子的价态、浓度和共孵育时间对铁纳米颗粒生成的影响,优化细菌生成铁纳米颗粒的条件。最终确定使用终浓度为200 m M的二价铁离子培养液和细菌共孵育22小时,可在细菌膜上观察到粒径均一的铁纳米颗粒,粒径约为10 nm。随后依次制备出了灭活的铁矿化大肠杆菌,铁矿化大肠杆菌菌影,铁矿化大肠杆菌内膜,铁矿化大肠杆菌内膜包被的聚乳酸-羟基乙酸共聚物(Poly-Lactic-co-Glycolic Acid,PLGA),铁矿化金黄色葡萄球菌以及铁矿化金黄色葡萄球菌膜囊泡(Membrane vesicles,MV)。最后出于对生物安全性和多功能性的考虑,选择通过提取含有铁纳米颗粒的细菌内膜,用其包裹PLGA纳米颗粒,制备出含有铁和细菌内膜的多功能纳米颗粒(PLGA@E coli inner membrane-FeO,PEF)。电镜结果显示PEF尺寸均一分散良好,没有聚集现象,外壳有黑色衬度,为黑色FeO纳米颗粒。动态光散射结果表明,PEF粒径约为110 nm,电位约为-29.0 m V。在成功构建PEF后,本研究还制备了FeO纳米颗粒(FeONanoparticles,FN)以及修饰有FeO的脂质体包被PLGA的纳米颗粒PLF(PLGA@Liposome-FeO),作为后续体内外研究的对照组。(二)PEF诱导先天免疫激活和铁死亡及其抗肿瘤效果评估本研究首先从体外水平评估了PEF诱导先天免疫激活和铁死亡的能力。将PEF和骨髓来源的树突状细胞(Bone Marrow-Derived Dendritic Cells,BMDCs)共孵育,可以观察到大量负载有荧光染料的PEF被BMDCs摄取,同时,细胞培养上清中IL-6、TNF-α、IL-1β、IL12共五种细胞因子的分泌水平上升,BMDCs共刺激因子CD80和CD86表达上升,证明PEF可以被树突状细胞有效摄取并诱导先天免疫反应,促进DC细胞分泌促炎细胞因子和成熟。细胞毒实验结果显示PEF具有诱导肿瘤细胞死亡的效果,Western Blot结果也显示出GPx4和FACL4这两种铁死亡特征蛋白表达下调,侧面验证了铁死亡的发生。进一步地,我们构建了CT26结直肠癌荷瘤小鼠模型,以探索PEF的抗肿瘤治疗效果。结果显示当PEF为150 mg/kg(铁含量为0.8 mg/kg)时,对肿瘤细胞的杀伤效果最好。本研究还分析了PEF的协同抗肿瘤能力,实验结果表明,相较于单独诱导先天性免疫治疗组EF,单独铁代谢调控组FN以及PLF,PEF组的肿瘤治疗效果最好。H&E染色结果也显示,PEF组肿瘤部位坏死程度最高,初步证明了PEF调控先天免疫和铁代谢在肿瘤治疗的协同作用。同时,本研究还对PEF的生物安全性进行了评估,结果表明PEF对小鼠体重,脏器病理生理状态,血清中ALT,AST,BUN,CREA等肝肾功能指标以及小鼠的炎症因子IL-6、TNF-α、IL-1β、IFN-γ和IFN-β等分泌均无明显影响,说明PEF具有良好的生物安全性。综上所述,本研究成功构建了一种含有细菌内膜和铁纳米颗粒的多功能纳米颗粒用于抗肿瘤治疗研究。一方面可以通过激活机体产生先天免疫反应,促进抗肿瘤效果;另一方面可以通过调节肿瘤细胞铁代谢,促进肿瘤细胞铁死亡。我们证明这种具有双重调控作用的新型纳米材料能够有效抑制肿瘤细胞生长,并具有良好的生物安全性,具备很好的临床应用潜力。

关键词： 纳米技术   农产品加工   副产物   再利用  

摘要： 我国是一个人口众多的农业大国,农产品资源极其丰富,其中,粮油、蔬果以及水产等农产品加工发展十分迅速.随着我国经济的不断发展,我国人民对于物质生活水平的要求不断提高,对于农产品加工的需求量也越来越大,进而导致农副产品种类增多、数量增大.农副产品有些可以加工利用但有些由于不当处理会污染环境.纳米技术作为我国新兴的技术,能够有效地利用农副产品,形成纳米材料,既能够减少资源的浪费还能够减少对于环境的污染破坏.

关键词： 纳米技术   纳米材料   纳米风险   纳米监管   纳米法律规制  

摘要： 纳米技术已上升为各国的重要科技战略之一,其为经济社会发展注入动能的同时,也引发了环境、健康等方面的风险,造成人身健康和生态环境损害。没有约束的技术是危险的,现代技术风险的不确定性倒逼国家遵循预防原则进行干预。按经济法运行逻辑,国家干预需要法律予以规范,因此,用法律规制纳米技术风险确有必要,以促进科技进步,实现技术的可持续发展。我国目前对纳米技术风险认识不足、研究不够,纳米技术风险的法律规制现状明显滞后于发展现实,形成诸多立法空白、监管模式单一、信息公开不充分、法律救济不完善等问题。美国、欧盟对纳米技术风险的法律规制起步较早,研究也较为全面,尤其是对纳米技术风险的监管走在世界前列,在立法、监管、信息公开以及法律救济方面形成许多可供我国参考借鉴的经验,本文对这些经验进行了梳理总结,并在此基础上,以我国目前在纳米技术风险规制上存在的问题为导向,从实际出发提出了完善我国纳米技术风险法律规制的建议。本研究共有六个部分。第一部分阐述了选题意义、国内外研究动态、研究难点和创新点、研究思路和方法。第二部分介绍了纳米技术的定义及应用,分析了纳米技术存在的损害人身健康和生态环境的风险,从技术风险和国家干预的角度,论述了用法律手段规制纳米技术风险的必要性。第三部分从我国实际出发,总结分析出我国对纳米技术的有关立法、监管、信息公开、纳米侵权损害方面的现状及不足。第四部分介绍了美国和欧盟在立法、监管制度方面的经验,并对二者作了比较分析,得出立法、监管、信息公开和法律责任方面的启示和经验。第五部分提出了完善我国纳米技术风险法律规制的五点建议:一是确立符合我国国情的立法模式;二是明确纳米技术安全法律制度的基本原则,包括风险预防原则和信息公开原则;三是增设有关纳米技术的法律条款,包括明确纳米材料的法律定义和增设保障纳米技术安全的法律条款;四是完善监管机制和制度,建议以柔性治理推动技术规制,在此基础上通过设立专门监管机构、完善市场准入制度、完善信息公开制度加强监管。五是完善法律救济制度,通过制定高额赔偿金制度、推行纳米产品强制责任保险制度、设立安全基金制度加强事后救济,激励企业重视纳米技术安全。

关键词： 小菜蛾   纳米技术   荧光二氧化硅纳米颗粒   解毒酶   杀虫剂抗性  

摘要： 小菜蛾(Plutella xylostella L.)是一种世界性的鳞翅目昆虫,危害多种蔬菜和农作物。随着广泛大量杀虫剂的使用,小菜蛾的抗药性逐渐增强。茚虫威是噁二嗪类杀虫剂的一个典型代表,也是第一个商业化的钠通道阻断型杀虫剂,在中国小菜蛾田间种群已经对茚虫威产生中等水平的抗药性。甲氧虫酰肼通过干扰昆虫的生长发育对鳞翅目害虫发挥作用,目前小菜蛾对其也产生了一定程度的抗药性。因此,迫切需要开发新的策略来延缓抗药性的增长,并有效地控制小菜蛾为害。受医药药剂学纳米药物在多药耐药性治理中研究策略和进展启发,利用纳米材料制备农药纳米载药颗粒,探索其在延缓抗药性方面的潜在作用。本研究通过经典的溶胶凝胶法和高温煅烧成功制备了具有不同尺寸的碳量子点修饰的荧光介孔二氧化硅纳米颗粒(FL-SiONPs)。通过溶液吸附法制备了平均粒径在187 nm、载药量为24%的茚虫威纳米载药颗粒(IN@FL-SiONPs),以及两种尺寸的甲氧虫酰肼纳米载药颗粒(Me@FL-SiONPs-70 nm和Me@FL-SiONPs-150 nm),载药量分别为15%和16%。通过扫描和透射电镜,傅立叶变换红外光谱,比表面积、孔径和热重分析对纳米颗粒进行了充分表征。研究了不同pH值(4.8、7.2和8.9)下IN@FL-SiONPs中茚虫威的释放情况。结果表明,茚虫威的释放具有一定的p H敏感性,与酸性和中性介质相比,茚虫威在碱性溶液中的释放速度更快。这种p H响应释放性能可在可持续植物保护中发挥潜在的应用价值。为研究纳米载药颗粒不同粒径大小对释放的影响,制备了粒径为70 nm和150 nm的甲氧虫酰肼荧光介孔二氧化硅纳米载药颗粒(Me@FL-SiONPs),并选择p H 7.5的释放介质进行考察。结果表明,70 nm的载药颗粒比150 nm释放快,但差异并不明显。在相同剂量的活性成分下,IN@FL-SiONPs,Me@FL-SiONPs-70 nm和Me@FL-SiONPs-150 nm均比茚虫威和甲氧虫酰肼原药表现出更好的小菜蛾杀虫活性。在最高浓度为25 mg/L时,IN@FL-SiONPs的致死率为90%,而茚虫威原药的致死率为76%。在所有实验处理浓度下,用IN@FL-SiONPs处理的小菜蛾死亡率均高于茚虫威原药处理。暴露48 h后IN@FL-SiONPs对小菜蛾的LC值为1.6 mg/L,而茚虫威原药的LC值为2.4 mg/L。对于甲氧虫酰肼,在最大浓度为200 mg/L时,72 h后两种粒径大小的Me@FL-SiONPs均观察到超过90%的致死率,而甲氧虫酰肼原药的致死率为81%。甲氧虫酰肼原药的LC值为24 mg/L,Me@FL-SiONPs-70 nm和Me@FL-SiONPs-150 nm的LC值分别为14 mg/L和15mg/L。此外,与茚虫威和甲氧虫酰肼原药相比,用IN@FL-SiONPs和Me@FL-SiONPs处理可抑制小菜蛾的解毒酶的活性,包括GST,Car E,P450和ACh E。使用共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)观察FL-SiONPs进入小菜蛾中肠的情况,以水作为对照处理。对照组未观察到荧光信号,而经FL-SiONPs处理的幼虫在448 nm的激光激发波长下显示出强荧光。本文研究了小菜蛾纳米杀虫剂的制备和生化机理。小菜蛾较高的死亡率以及降低的酶活性结果表明,基于纳米载体的杀虫剂传递系统有望延缓或克服杀虫剂抗药性。今后我们将以抗性小菜蛾品系为靶标,进行FL-SiONPs杀虫剂载药体系的生物活性和生化研究。

关键词： 恶性肿瘤   7-乙基-10-羟基喜树碱   纳米技术   药物递送   钌配合物  

摘要： 研究背景:恶性肿瘤对人类生命健康的威胁正日益加剧,基于小分子药物的化疗作为主要治疗手段却面临副作用大、肿瘤选择性差、易发耐药等问题,使其临床应用受限。因此,探索新型抗肿瘤药物以克服上述难题有望为癌症治疗提供新思路。纳米药物递送系统具有改善药物水溶性、延长血液循环时间、增加肿瘤蓄积和提高体内安全性等优势,已成为癌症治疗的研究热点。伊立替康(CPT-11)作为临床常用的广谱抗肿瘤药物,因酶解效率较低导致体外活性仅为其代谢产物7-乙基-10-羟基喜树碱(SN38)的0.1-1%。然而,SN38因溶解性问题难以临床转化。利用纳米技术和前药策略有望构建新型SN38纳米药物,提供肿瘤治疗新策略。此外,鉴于临床应用最广泛的铂药面临副作用大和耐药性频发等问题,开发高效、低毒的新型金属抗肿瘤药物同样具有良好的潜力。研究目的:本研究利用具有酯酶响应功能的化学键将SN38与聚己内酯(oligoCL)共价偶联构建聚合物前药,并同两亲性嵌段共聚物组装形成系列纳米药物,以提高SN38的水溶性,实现血液长循环、肿瘤靶向、瘤内响应释放,为结直肠癌的临床治疗提供新方法。此外,还将设计系列钌配合物并筛选得到活性最优的新分子,拟为金属抗肿瘤药物开发提供新思路。研究方法:第一部分:通过酯化反应将SN38分别与不同分子量的oligoCL共价偶联构建系列具有酯酶响应功能的疏水性聚合物前药,并利用纳米沉淀法与两亲性聚己内酯-聚乙二醇共聚物PEG10k-b-PCL10k共组装制备系列纳米药物oligoCLn-SN38 NPs(n=7,14,28)。采用动态光散射和透射电子显微镜对纳米药物进行粒径与形貌的表征。通过体外实验探究纳米药物的稳定性和酯酶响应的释放特性。利用CCK-8法测定纳米药物对若干肠癌细胞系的毒性,通过AO/EB法探究其诱导细胞凋亡的能力,并通过溶血实验评价其血液相容性。采用人结肠癌移植瘤模型和化学试剂诱导的原位结肠癌模型评价纳米药物的体内抗肿瘤活性。通过药代动力学实验探究纳米药物血药浓度随时间的变化。通过活体荧光成像技术和瘤内药物浓度检测技术探究纳米药物在小鼠体内的分布及肿瘤靶向能力。最后,通过便血试剂盒及液相色谱-串联质谱法探究纳米药物的胃肠道安全性,并利用多因子检测试剂盒评价其免疫毒性。第二部分:合成系列具有多功能抗肿瘤活性的二价环金属钌配合物,并通过核磁共振氢谱、碳谱和电喷雾质谱表征其化学结构。利用MTT法测定其对多种肿瘤细胞系的毒性并筛得活性最优的钌配合物。分别采用AO/EB和EdU法探究最优钌配合物诱导肿瘤细胞凋亡或抑制其增殖的能力。采用细胞划痕和侵袭实验考察最优钌配合物抑制肿瘤细胞转移的能力,并通过细胞划痕和管腔形成实验探究其抑制血管新生的效果。通过Western Blot实验探究钌配合物诱导肿瘤细胞凋亡并抑制其增殖与转移的内在机制。最后,在转移性卵巢癌模型中考察最优钌配合物的体内活性。研究结果:第一部分:SN38聚己内酯前药可与PEG10k-b-PCL10k在水相中共组装形成均一的球形纳米颗粒(oligoCL7-SN38 NPs,oligoCL14-SN38 NPs,oligoCL28-SN38 NPs),粒径分别为 63.8±19.3 nm、69.3±16.8 nm 和 83.2±19.2 nm。其中,聚合度为14和28的纳米颗粒可在含有10%胎牛血清的磷酸缓冲盐溶液(PBS)中稳定存放超一周,表明基于更高分子量前药所构建的纳米颗粒具有更好的稳定性。同时,基于更高分子量的纳米药物也展现出更缓慢的释放特性。例如在PBS缓冲液中,oligoCL28-SN38 NPs在一周内仅释放21.8%的药物,而oligoCL7-SN38 NPs已释放47.2%。而在60 U/mL的酯酶作用下,药物在72 h内便完全从三种纳米颗粒中释放,表明其具有敏感的酯酶响应功能,有望实现肿瘤细胞内的高效释放。CCK-8结果显示,纳米药物在三种结肠癌细胞系中的细胞毒性与SN38较为相当,并远优于CPT-11。AO/EB数据显示,纳米药物诱导人结肠癌HCT-116细胞凋亡的能力显著强于CPT-11。高浓度的纳米药物引起的溶血率低于3%,表明其具有良好的血液相容性。纳米药物在两种HCT-116皮下瘤模型中的药效均显著优于CPT-11。尤其在复发模型中,CPT-11的抑瘤率仅为33.1%,而oligoCL7-SN38 NPs、oligoCL14-SN38 NPs 和 oligoCL28-SN38 NPs 的抑瘤率分别为65.5%、83.8%和95.8%,说明基于更高分子量的前药纳米颗粒具有更优的体内活性,并由此筛选得到药效最佳的oligoCL28-SN38 NPs。同时,对CPT-11治疗失败的原位结肠癌模型,其依然显著抑制了肿瘤的数量和尺寸,并缓解了疾病引起的肠道短缩,展现了优