共轭小分子纳米制剂的设计、合成及光学诊疗应用
肿瘤已成为威胁人类健康的头号杀手。尽管手术治疗、化学治疗和放射治疗等传统治疗手段已被广泛应用于临床，但这些治疗手段存在具有侵入性、毒副作用大和无靶向性等缺点。 近年来，由于具有非侵入性、毒副作用小和远程可控等优点，基于纳米材料和近红外（NIR）激光的光热治疗（PTT）和光动力学治疗（PDT）获得了人们的广泛关注。此外，由于该类纳米材料具有较强的辐射驰豫和非辐射驰豫，它们可以同时被用于荧光成像（FLI）和光声成像（PAI）。凭借出色的成像及治疗效果，光学诊疗纳米材料在肿瘤诊疗领域显示出巨大的应用潜力。目前，已有大量光学诊疗纳米材料被开发出来，例如：贵金属纳米材料、过渡金属纳米材料、碳基纳米材料和共轭聚合物纳米粒子（CPNs）等。但无机纳米材料的非生物可降解性导致的长期毒性和聚合物纳米材料光学性质的批次依赖性严重阻碍了它们的临床转化。因此，开发基于具有确定化学结构的共轭小分子（CSMs）的高效光学诊疗纳米材料对于光学诊疗制剂的大规模制备和临床转化具有重要意义。 本论文首先通过分子工程策略合成了三个基于三苯胺（TPA）给体（D）和苯并双噻二唑（BBT）受体（A）的给体-受体-给体（D-A-D）型共轭小分子CSM0-2。随着噻吩（Th）桥的数量由0增加到2，可以实现共轭小分子的光响应性从近红外一区（NIR-I,650-950 nm）（CSM0）到近红外二区（NIR-II,1000-1700 nm）（CSM2）的转变。噻吩桥数量对共轭小分子光学性质的影响通过密度泛函理论（DFT）计算得到验证。通过纳米沉淀的方法制备的基于CSM0-2的水溶性共轭小分子纳米粒子（CSMN0-2），其在NIR-I和NIR-II的光热转化效率（PTCE）均随噻吩桥的数量增加而增加。由于具有较高的NIR-II光热转化效率（31.6%）和良好的生物相容性，CSMN2被成功应用于PAI引导的NIR-II深层PTT。 在论文第二部分，通过受体导向的分子设计，以 TPA为给体，异靛（IID）为受体合成了 D-A-D型共轭小分子 IID-ThTPA并制备了其纳米粒子 IID-ThTPA NPs。IID-ThTPA NPs具有较强的NIR吸收，高的PTCE（35.4%）和超高的单线态氧量子产率（ΦΔ=84.0%）。DFT计算发现IID-ThTPA NPs超高的单线态氧量子产率来源于IID-ThTPA窄的最低单重激发态（S1）-最低三重激发态（T1）能级差（ΔEST=0.65 eV）。基于其高的PTCE，ΦΔ和良好的生物相容性，IID-ThTPA NPs被成功应用于PAI引导的协同PTT/PDT。 本论文通过合理的分子工程策略合成了一系列 D-A-D型共轭小分子并制备了它们的纳米粒子，获得了高效的NIR-II光学诊疗纳米粒子CSMN2和具有协同PTT/PDT功能的IID-ThTPA NPs。本论文将加深人们对共轭小分子及其纳米粒子的结构-性能关系的理解并为开发新一代基于共轭小分子的高效光学诊疗纳米制剂提供指导。
纳米粒子;共轭小分子;光响应性;光热转化;生物相容性
浙江大学
博士
药剂学
凌代舜
2020
中文
R318.08
2020-12-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）