论文题目：聚合物基纳米复合材料用于放疗增敏及辐射防护
摘要：高能电离辐射可以引起分子或原子的电离,生成毒性较强的自由基,进而造成细胞的损伤。因此,电离辐射可以用于癌症的治疗,这种治疗方法就是放疗。但是,放疗及各种人工与天然电离辐射也会对健康的组织和器官造成损伤。一直以来,研究者们在致力于提高放疗对肿瘤的治疗效果的同时,也在研究如何减轻或避免电离辐射给人类生命健康带来的危害。近年来,聚合物基纳米复合材料因其良好的生物相容性与丰富的生物功能而受到了研究者们的广泛关注,为实现放疗增敏和辐射防护提供了新的思路。根据应用需求,研究者们可以选择合适的结构基元,精确控制合成步骤,获得具有特定组成、结构与功能的纳米材料,使其成为有效的放疗增敏剂和辐射防护药物。在第二章中,我们设计并合成了吐温-20修饰的BiVO4/Bi2S3异质结纳米棒（HNRs）,将X-ray计算机断层扫描（CT）和光声（PA）成像两种医学成像功能与放疗（RT）、放射催化治疗（RCT）和光热治疗（PTT）三种癌症治疗方法相结合,实现了对于肿瘤的多功能诊疗。Bi元素具有高的X-ray吸收能力,Bi2S3具有强的近红外光吸收和光热转换能力,所以BiVO4/Bi2S3 HNRs可以作为有效的CT/PA双模式造影剂、放疗增敏剂和光热试剂。更重要的是,BiVO4和Bi2S3之间具有Type-II型能级结构,这有利于帮助BiVO4/Bi2S3 HNRs中X-ray激发的电子-空穴对在异质结界面处的分离,促进放射催化反应的发生,提高自由基的产量,进而获得更好的治疗效果。光热治疗不仅可以有效地消融肿瘤,还可以进一步增强RT和RCT的治疗效果。细胞与动物实验结果表明,BiVO4/Bi2S3 HNRs没有明显的毒性,与单一的治疗方法相比,BiVO4/Bi2S3 HNRs的RT/RCT/PTT协同治疗方案具有更好的治疗效果。在第三章中,我们设计并合成了葡萄糖氧化酶（GOx）和聚乙二醇-叶酸（PEG-FA）修饰的Bi OI/Bi2S3@聚多巴胺（PDA）异质结纳米片（NSs）,集成了CT/PA两种医学成像功能与RT、RCT和饥饿治疗（ST）三种癌症治疗功能。Bi和I两种元素具有高的原子序数,可以有效地吸收X-ray,而Bi2S3和PDA具有强的近红外光吸收能力,所以Bi OI/Bi2S3 NSs可以作为有效的CT/PA双模式成像造影剂。Bi OI/Bi2S3异质结有效抑制了X-ray激发产生的电子-空穴对的直接复合,并且其特殊的Z-scheme型能级结构还可以保留电子和空穴高的氧化还原能力,让它们都能参与到·OH的生成当中,这有利于提高RCT的治疗效果。此外,GOx不仅可以通过消耗葡萄糖来切断癌细胞的能量供应以抑制肿瘤生长,还可以为RCT提供充足的H2O2以产生更多的·OH,进一步提高治疗效果。在RCT和ST之间的级联和协同效应的帮助下,Bi OI/Bi2S3 NSs在提高肿瘤诊疗效果方面具有广阔的应用潜力。在第四章中,我们设计并合成了一维槲皮素超分子聚合物纳米条带。槲皮素分子之间主要依靠π-π相互作用和氢键两种非共价作用实现了自组装。该纳米条带具有槲皮素强大的自由基消除能力,还可以耐受消化系统复杂的p H环境。另外,纳米条带在水中的分散性良好,这有利于其在高度含水的肠道粘膜层中发挥作用。细胞和动物实验结果表明,该纳米条带不仅生物相容性良好,还能有效消除电离辐射产生的自由基,减轻DNA和线粒体的损伤,避免细胞凋亡,维持细胞的增殖能力,保持肠道内绒毛、隐窝结构的完整性从而降低电离辐射对生物体造成的伤害。
关键词：电离辐射;放疗;放疗增敏剂;辐射防护;生物功能纳米材料
学科专业：高分子化学与物理
指导教师对博士论文的评阅意见
评阅小组对博士论文的评阅意见
答辩决议书
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 电离辐射的来源及其对生物体的影响
1.1.1 电离辐射的分类与来源
1.1.2 电离辐射的物理和化学作用
1.1.3 电离辐射的生物作用
1.2 纳米材料用于放疗增敏
1.2.1 肿瘤组织对电离辐射的低敏感性
1.2.2 通过使用高Z元素实现增强放疗
1.2.3 通过放射催化反应实现增强放疗
1.2.4 通过使用闪烁体实现增强放疗
1.2.5 通过改变癌细胞缺氧环境实现增强放疗
1.2.6 通过改变癌细胞高谷胱甘肽环境实现增强放疗
1.3 纳米材料用于辐射防护
1.3.1 电离辐射对正常组织和器官的损伤
1.3.2 通过使用纳米材料作为载体负载抗氧化剂实现辐射防护
1.3.3 通过使用纳米材料清除自由基实现辐射防护
1.3.4 通过增强细胞自身抗氧化能力实现辐射防护
1.4 本文设计及选题思路
第二章 吐温-20修饰的BiVO_4/Bi_2S_3异质结纳米棒用于放疗增敏..
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 实验试剂
2.2.2 实验仪器
2.2.3 吐温-20修饰的BiVO_4/Bi_2S_3 HNRs的合成
2.2.4 ROS生成测试
2.2.5 电化学测试
2.2.6 细胞实验
2.2.7 动物实验
2.3 结果与讨论
2.3.1 BiVO_4/Bi_2S_3 HNRs的合成,结构和体外功能
2.3.2 BiVO_4/Bi_2S_3 HNRs对癌细胞的协同治疗
2.3.3 BiVO_4/Bi_2S_3 HNRs对荷瘤裸鼠的治疗与成像
2.4 本章小结
第三章 葡萄糖氧化酶与聚乙二醇-叶酸修饰的Bi OI/Bi_2S_3异质结纳米片用于放疗增敏
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 实验试剂
3.2.2 实验仪器
3.2.3 BBFG NSs的合成
3.2.4 GOx负载测量
3.2.5 ·OH生成测试
3.2.6 电化学测试
3.2.7 BBFG NSs的催化性能测试
3.2.8 细胞实验
3.2.9 动物实验
3.3 结果与讨论
3.3.1 BBFG NSs的合成,结构和体外功能
3.3.2 BBFG NSs对癌细胞的协同治疗
3.3.3 BBFG NSs对荷瘤裸鼠的治疗与成像
3.4 本章小结
第四章 槲皮素超分子聚合物纳米条带用于针对肠道的电离辐射防护
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 实验试剂
4.2.2 实验仪器
4.2.3 槲皮素纳米条带的合成
4.2.4 ROS消除测试
4.2.5 模拟胃肠液处理
4.2.6 细胞实验
4.2.7 动物实验
4.3 结果与讨论
4.3.1 槲皮素纳米条带的合成、结构和体外功能
4.3.2 槲皮素纳米条带对IEC-6细胞的辐射防护
4.3.3 槲皮素纳米条带用于体内辐射防护
4.4 本章小结
第五章 总结与展望
参考文献
致谢