毕业答辩 pH响应的介孔二氧化硅纳米颗粒在现实中的应用
电荷反转纳米中空介孔硅药物控释系统的初步探究
摘要近年来，以纳米颗粒为药物载体的药物控释系统在肿瘤治疗中显示出巨大潜能，比如介孔硅纳米颗粒、上转换纳米颗粒、金纳米颗粒、纳米级高分子胶束等，受到科学界的广泛关注。
然而，鉴于其本身存在生物相容性差、毒副作用大、尺寸不均一、包裹药物易泄露等缺点，亟需研发新的药物控释系统。
为解决上述问题，我们设计并制备了一种pH响应性电荷反转纳米中空介孔硅药物控释系统，简写为HMSNs-DMA-CS。
该体系以纳米中空介孔硅为药物载体，2,3-二甲基马来酸酐改性壳聚糖为封堵剂。
其中，纳米中空介孔硅具有高比表面积和孔容积、均一可调的尺寸、表面易于功能化修饰等特点，因而被选用作加载模式药物DOX的载体；另外，壳聚糖具有优良的生物相容性，可被生物有机体内的溶菌酶代谢降解。
动态光散射分析表明HMSNs-DMA-CS纳米颗粒在生理pH 7.4的血清中颗粒尺寸稳定，Zeta电位分析表明其表面呈负电荷。
然而，当该药控系统处于模拟肿瘤微环境pH 6.5的弱酸性条件下，HMSNs-DMA-CS纳米颗粒尺寸明显下降，其表面由负电荷反转呈正电荷，有利于该系统在肿瘤部位原位释放药物。
为了进一步验证HMSNs-DMA-CS纳米颗粒用于药物控释的可行性，我们利用肝肿瘤细胞HepG2作为模型，将装载DOX的HMSNs-DMA-CS纳米颗粒与肝肿瘤细胞HepG2共孵育。
当处于pH 7.4的生理环境时，激光共聚焦显微观察和流式细胞分析表明肝肿瘤细胞HepG2对载药HMSNs-DMA-CS纳米颗粒的胞吞量较少；然而，当处于pH 6.5的微酸环境时，肝肿瘤细胞HepG2对载药HMSNs-DMA-CS 纳米颗粒的胞吞量明显增加。
纳米颗粒主要分布在肝肿瘤细胞HepG2的细胞质中，并诱导大量肝肿瘤细胞HepG2凋亡。
关键词：电荷反转，pH响应性，2,3-二甲基马来酸酐改性壳聚糖，纳米中空介孔硅，药物控释系统ABSTRACTIn recent years, nanoparticles based controlled drug release systems demonstrated great potential for tumor therapy, for instance, mesoporous silica nanoparticles, upconversion nanoparticles, gold nanoparticles and polymer micelle nanoparticales etc, which attracting scientists much attentions. However, these systems suffered some drawbacks, such as poor biocompatibility, severe toxic side effects, lack of dimesion uniformity, easy to leak drug during circulation etc. Thus, it is urgent to develop new controlled drug release system.To address above problems, we designed and fabricated one kind of pH responsive charge-conversional controlled drug release system, which employing hollow mesoporous silica nanoparticles as drug carrier and 2,3-dimethyl maleic anhydride modified chitosan as plugging agent, denoting as HMSNs-DMA-CS. Hollow mesoporous silica nanoparticles have relatively high pore volume and surface area, homogeneous and tunable size, and easy to be surface functionalization, which were used as carriers to load doxorubicin (DOX). Chitosan has excellent biocompatibility and could be degraded by lysozyme in a host. Dynamic light scattering analysis showed that the particle sizes of HMSNs-DMA-CS remained stable under physiological serum condition of pH 7.4. Zeta potential analysis showed that the nanoparticles were negatively charged. Nevertheless, when exposing the system to acid condition pH 6.5 ,mimicking tumor microenvironment, the particle sizes of HMSNs-DMA-CS dramatically decreased and their surface charges were conversed from negative to positive, which would be beneficial for in situ drug release at the tumor site.In order to validate the feasibility of the HMSNs-DMA-CS nanoparticles for controlled drug release, we employed HepG2 cell model, and co-incubated them with DOX loading HMSNs-DMA-CS nanoparticles (HMSNs-DMA-CS@DOX). Confocal laser scanning microscopy observation and flow cytometry analysis showed that HMSNs-DMA-CS@DOX nanoparticles could be endocytosed much more by HepG2 cells under weak acid condition of pH 6.5. HMSNs-DMA-CS nanoparticles were mainly distributed in cytoplasm and could efficiently induce tomor cells apoptosis.Keyword: charge-conversion, pH-response, 2,3-dimethyl maleic anhydride modified chitosan, hollow mesoporous silica nanoparticles, drug delivery system目录中文摘要 (I)英文摘要 (I)1 绪论 (1)1.1纳米材料在生物工程领域的应用 (1)1.2 基于纳米材料的纳米药物控释系统的发展 (1)1.3基于纳米材料的纳米药物控释系统在肿瘤治疗中的应用 (2)1.3.1 无机纳米材料 (4)1.3.2 高分子纳米材料 (8)1.3.3 复合纳米材料 (11)1.4 设计思路和研究内容 (12)1.4.1 设计思路 (12)1.4.2 研究内容 (13)2 pH响应性电荷反转纳米中空介孔硅药物控释系统的制备与表征 (14)2.1 引言 (14)2.2 实验材料 (14)2.2.1 主要试剂 (14)2.2.2 主要仪器 (15)2.3 实验方法 (16)2.3.1 纳米中空介孔硅的合成 (16)2.3.2 纳米中空介孔硅的TEM电镜表征 (16)2.3.3 2, 3-二甲基马来酸酐改性壳聚糖（CS-DMA）的合成 (16)2.3.4 2,3-二甲基马来酸酐改性壳聚糖的表征 (16)2.3.5 pH响应性电荷反转纳米中空介孔硅药物控释系统的构建 (17)2.3.6 pH响应性电荷反转纳米中空介孔硅药物控释系统的表征 (17)2.3.7 pH响应性电荷反转纳米中空介孔硅药物控释系统药物装载量的测定 (17)2.3.8 pH响应性电荷反转纳米中空介孔硅药物控释系统的药物释放效率测定 (18)2.4 实验结果及讨论 (18)2.4.1 2,3-二甲基马来酸酐改性壳聚糖的表征分析 (18)2.4.2 改性前后的壳聚糖、HMSNs 和HMSNs-DMA-CS的Zeta电位分析 (20)2.4.3 HMSNs和HMSNs-DMA-CS的扫描、透射电镜表征及粒径分布检测 (21)2.4.4 HMSNs-DMA-CS纳米颗粒的pH响应性电荷反转表征 (23)2.4.5 HMSNs-DMA-CS在加血清PBS中的稳定性 (25)2.4.6 HMSNs-DMA-CS纳米颗粒的载药量检测 (27)2.4.7 HMSNs-DMA-CS纳米颗粒的热重分析 (28)2.4.8 pH响应性电荷反转纳米中空介孔硅药物控释系统的释放特性 (29)2.5 本章小结 (31)3 pH响应性电荷反转纳米中空介孔硅药物控释系统抑制体外肝肿瘤细胞HepG2生长的生物学评价 (33)3.1 引言 (33)3.2 实验材料 (33)3.2.1 实验细胞 (33)3.2.2 主要试剂 (33)3.2.3 主要仪器设备 (33)3.3 实验内容 (34)3.3.1肝肿瘤细胞HepG2的体外培养 (34)3.3.2人正常肝细胞L-O2的体外培养 (34)3.3.3 pH响应性电荷反转纳米中空介孔硅药物控释系统的细胞毒性检测 (34)3.3.4激光共聚焦观察肝肿瘤细胞HepG2在不同pH环境下对装载FITC电荷反转纳米中空介孔硅药物控释系统的内吞情况 (35)3.3.5激光共聚焦观察装载DOX电荷反转纳米中空介孔硅药物控释系统对肝肿瘤细胞HepG2在不同pH环境下诱导其凋亡的程度 (36)3.3.6 细胞流式仪定量统计细胞凋亡状况 (36)3.4 实验结果与讨论 (37)3.4.1 pH响应性电荷反转纳米中空介孔硅药物控释系统的细胞毒性检测 (37)3.4.2激光共聚焦显微镜观察肝肿瘤细胞HepG2吞噬电荷反转纳米中空介孔硅HMSNs-DMA-CS的效率 (41)3.4.3装载DOX电荷反转纳米中空介孔硅HMSNs-DMA-CS@DOX在不同pH环境下对肝肿瘤细胞HepG2诱导的凋亡统计 (43)3.4.4 细胞流式仪定量统计细胞凋亡状况 (44)3.5 本章小结 (46)4 实验结论及有待深入研究的内容 (47)致谢 (48)参考文献 (49)1 绪论1.1纳米材料在生物工程领域的应用纳米材料，其定义为在三维空间中，至少有一维处于纳米尺寸（0.1-100nm）或由它们作为基本单元构成的材料。
模板法制备介孔材料及其在催化领域中的应用
模板法制备介孔材料及其在催化领域中的应用介孔材料是一种具有孔径在2-50nm之间，较高比表面积和较高孔隙度的材料。
具有这些特征的介孔材料在科学和工业领域中有广泛的应用，例如在催化、分离、吸附、传感等方面。
在制备介孔材料的方法中，模板法是应用最广泛的方法之一。
一、模板法的基本原理模板法是一种制备介孔材料的方法，它利用一种孔径大小和形状相似的模板，将模板与介孔材料合成前体物混合，并通过一定的处理方法，使模板从介孔材料中被去除。
模板的多样性（包括多孔材料、高分子、生物大分子等）和高度可控性使得模板法被广泛应用于介孔材料的制备中。
常见的模板材料有硬模板和软模板。
硬模板通常指的是一些具有强结构稳定性的材料，例如有序介孔材料的模板一般是二氧化硅或碳，而软模板则指一些比较活性的高分子或小分子化合物，例如PEG、P123和直链烷烃等。
二、模板法制备介孔材料的常见方法模板法制备介孔材料的方法有多种，其中主要包括硬模板法、软模板法和筛分法。
硬模板法：硬模板法是利用一定孔径和形状的硬模板，如介孔二氧化硅（MS）和有序介孔碳（CMK-3），将模板与预制介孔材料合成前体混合制备介孔材料。
其中，模板被去除通常采用酸或氧化剂等方法。
软模板法：软模板法是指利用高分子材料、生物分子等作为软模板制备介孔材料。
例如，通过P123在水和硅源之间的结构调控作用，可以制备出介孔二氧化硅。
筛分法：筛分法主要是指通过筛网或筛子等筛分作用，来选择孔径大小大于模板孔径的前驱组分，制备介孔材料。
筛分法主要适用于大孔介孔材料的制备。
三、模板法制备介孔材料在催化领域中的应用近年来，介孔材料在催化领域中得到了广泛的应用。
利用不同的模板法可制备出具有不同孔径和形态的介孔材料，这样就可以为催化反应提供不同类型的催化剂支撑，从而实现催化反应的高效和可控。
下面我们来看看模板法制备的介孔材料在催化领域中的应用。
1. 催化剂的支撑利用硬模板法制备的介孔材料具有很好的孔道结构和高比表面积，可以作为各种催化剂的理想载体，并且具有很强的化学稳定性。
TFN膜纳米材料的选择及其在水处理中的应用
TFN膜纳米材料的选择及其在水处理中的应用摘要当下水危机愈发严重，掺杂纳米材料制备成的薄膜纳米复合材料（TFN）膜，有望缓解传统薄膜复合材料（TFC）膜的缺陷。
本文对无机、有机和复合纳米材料进行了比较，简述了不同尺寸、形状纳米材料的特点，回顾了TFN膜在水处理过程中的表现。
希望可为研究人员制造TFN膜提供见解。
关键词：TFN膜；纳米材料；水处理引言在微孔支撑基底沉积形成薄的聚酰胺选择层（PA层）的膜称为TFC膜。
TFN膜是指将纳米级材料应用到基膜或者PA层的表面或内部。
纳米材料在分离膜中的作用主要有：（1）借助纳米材料内部的尺寸通道过滤水[1]；（2）改变膜的亲/疏水性；（3）一定程度上干扰PA层聚合物的形成，使PA层结构更疏松[2]；（4）引入一些功能官能团[3]。
本文主要对TFN膜中纳米材料的类别及特性进行了相关阐述，并介绍了当前TFN膜在水处理中的应用概况。
1纳米材料的选择及对膜性能的影响1.1 纳米材料的种类1.1.1 无机纳米材料利用无机纳米材料的掺杂制备而成的TFN膜，常可以显著改变膜表面荷电性、抗菌性[4]、亲疏水性和选择性等。
常用的无机纳米材料有：二氧化钛、二氧化硅、石墨烯和氧化石墨烯（GO）等。
Shao等人[5]通过化学键和物理吸附作用，在PA层表面上的逐层自组装TiO和GO，当接枝层数等于6时效果最好。
2但仅靠物理作用进行掺杂的机纳米材料容易浸出或脱落[6]，还容易在膜内发生局部聚集。
1.1.2 有机纳米颗粒有机物之间常具有良好的相容性，界面聚合时可以通过化学键进行交联。
有机材料与PA层的交联往往比无机材料更紧密，Wang等人[7]在制模过程中，分别利用相同尺寸的有机材料氨基苯酚/甲醛树脂聚合物纳米球（APFNSs）与其完全碳化后的无机产物氮掺杂纳米球（N-CNSs）进行掺杂，有机的APFNSs能与均苯三甲酰氯（TMC）形成稳定的酰胺键，使其与PA层聚合更加紧密，而无机的N-CNS无法扩散到PA层中，只能留在PA层底部的支撑或半嵌入。
凹凸棒石粘土的 pH 响应性研究及其在缓控释系统中的应用
凹凸棒石粘土的 pH 响应性研究及其在缓控释系统中的应用摘要：凹凸棒石粘土是一种重要的天然多孔材料，广泛应用于缓控释系统中。
本文旨在探讨凹凸棒石粘土的 pH 响应性质以及其在缓控释系统中的应用。
首先介绍了凹凸棒石粘土的化学成分和结构特点，随后探讨了其pH 响应性质的研究进展。
最后，重点介绍了凹凸棒石粘土在缓控释系统中的应用，包括药物缓控释、环境污染物的吸附与释放等方面。
通过对凹凸棒石粘土的 pH 响应性研究及其在缓控释系统中的应用的综述，旨在为进一步提高其应用性能提供参考。
1. 引言凹凸棒石粘土是一种层状硅酸盐矿物，其结构由正负电荷的层状结构单元交替排列而成。
凹凸棒石粘土具有大量的孔隙结构和特殊的吸附性能，使其成为一种理想的缓控释材料。
其 pH 响应性质使得凹凸棒石粘土在缓控释系统中应用广泛。
2. 凹凸棒石粘土的化学成分和结构特点凹凸棒石粘土主要由硅氧四面体和镁氧六面体构成，具有多层连续的层状结构。
其特有的结构为其提供了优异的物理和化学性能，使其成为一种理想的缓控释材料。
3. 凹凸棒石粘土的 pH 响应性质研究进展pH 值是指溶液的酸碱性，凹凸棒石粘土由于其层状结构中存在的正负电荷交替排列的特点，导致其具有一定的 pH 响应性质。
研究者通过测量凹凸棒石粘土在不同 pH 环境下的吸附性能、结构变化等来探讨其 pH 响应性质。
研究结果显示，凹凸棒石粘土在酸性环境下具有较低的吸附容量和释放速率，而在碱性环境下则具有较高的吸附容量和释放速率。
4. 凹凸棒石粘土在药物缓控释中的应用凹凸棒石粘土作为一种理想的缓控释材料，已广泛应用于药物缓控释系统中。
通过调节凹凸棒石粘土的pH 响应性能，可以实现药物的缓慢释放和控制释放速率。
研究者通过将药物与凹凸棒石粘土相互作用，制备出具有不同 pH 响应性质的药物载体，实现药物的精确释放。
这种基于凹凸棒石粘土的药物缓控释系统具有较好的生物相容性和可控释放性，为药物缓释提供了新的解决方案。
介孔二氧化硅纳米粒子的制备研究
介孔二氧化硅纳米粒子的制备研究作者：李娟秦兴章来源：《科技创新导报》 2012年第36期李娟秦兴章（扬州大学化学化工学院江苏扬州 225002）摘要：介孔材料由于其具有较大的比表面积和吸附容量，因此在吸附、分离、催化等领域都具有广泛的应用。
该文采用十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）为模版，溶胶凝胶法合成了介孔二氧化硅纳米粒子，通过透射电镜（TEM）和低温氮吸附等表征方法对合成介孔二氧化硅的结构和性能进行了分析，讨论了不同四甲氧基硅烷（TMOS）、CTAB量对介孔二氧化硅纳米粒子的粒径、比表面积及孔径的影响。
关键词：介孔二氧化硅溶胶凝胶法中图分类号：TQ01文献标识码：A文章编号：1674-098X（2012）12（c）-00-02介孔材料是多孔材料中的重要组成部分，由于具有较大的比表面积和吸附容量，因此在吸附、分离、催化等领域都具有广泛的应用。
根据微观结构的区别，介孔二氧化硅可分为两大类型：一类则是以二氧化硅干凝胶和气凝胶为代表的无序介孔固体，其中介孔的形状不规则但是相互连通。
孔形常用墨水瓶形状来近似描述，细颈处相当于不同孔之间的通道。
另一类是Back等人[1-2] 于1992年首次报道的M41S（MCM-41，MCM-48，MCM-50）系列的介孔二氧化硅，其结构特点是孔径大小均匀，按六方有序排列，在不同制备条件下，孔径在1.5～10 nm范围内可连续调节。
孔形可分三类：定向排列的柱形孔；平行排列的层状孔；三维规则排列的多面体孔。
这种合成方法可以得到均一的多孔结构，引起了在多相催化、吸附分离以及高等无机材料等学科领域研究人员的浓厚兴趣 [3-6]。
介孔材料在种类及应用上都得到了蓬勃的发展。
目前合成介孔材料主要采用水热合成法、室温合成、微波合成、湿胶合成法以及相转移法等。
介孔材料的合成涉及到诸多的影响因素。
比如说，一种模板剂可以合成出多种介孔材料，这就显示了合成过程中胶凝条件所起的重要作用：OH-浓度、投料比、各种原料的溶解度、凝胶老化时间、晶化时间、晶化温度、升温速度以及搅拌速度等都可能成为影响合成结果的因素。
介孔硅纳米材料的制备及其在药物缓控释中的应用进展
介孔硅纳米材料的制备及其在药物缓控释中的应用进展魏亚青; 吕江维; 任君刚; 张文君; 王立【期刊名称】《《化学与生物工程》》【年(卷),期】2019(036)011【总页数】7页(P1-7)【关键词】介孔硅纳米材料; 药物载体; 缓释; 控释【作者】魏亚青; 吕江维; 任君刚; 张文君; 王立【作者单位】哈尔滨商业大学药学院黑龙江哈尔滨 150076【正文语种】中文【中图分类】TQ127.2在纳米技术飞速发展的今天，纳米材料的研究如火如荼，并衍生出了许多新兴学科。
纳米材料被广泛用于生物医学领域，如用作药物或基因的传递系统、组织工程修复材料及疾病诊断探针等[1-3]。
纳米载体作为药物的传递系统可以有效解决药物生物利用度低的问题。
目前，有机纳米载体，如脂质体、微胶粒、基于蛋白或多肽的纳米载体与树状聚合物的药物传递系统已发展到临床应用阶段，可以提高药物的生物利用度[4]。
但是，有机纳米载体本身具有稳定性差及载药率低的问题，限制了其在临床中的应用[5]。
而无机纳米载体则具有化学稳定性好且不易被降解的特点，在缓控释给药、提高药物溶解度与稳定性方面具有良好的应用前景，有利于提高药物的生物利用度。
介孔硅纳米粒子(mesoporous silica nanoparticle，MSN)因具有高量子效率、良好的磁导向性、生物相容性、可降解性、粒子小、比表面积大、孔径分布狭窄且孔道可调控等特点而被广泛应用于药物缓控释领域[6-7]。
介孔硅载体材料通过包埋、吸附等方式进行载药，也可对其进行官能团修饰，通过控制外界条件实现孔道的开合，控制药物的释放速率，从而提高药物的生物利用度或达到靶向给药的目的。
作者综述了介孔硅纳米材料的基本特性、制备方法、在药物缓控释系统中的应用及影响因素。
1 介孔硅纳米材料的基本特性根据国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)规定，介孔材料是指孔径介于2～50 nm 的一类多孔材料，因其具有极大的比表面积、较窄的孔道、规则的孔道结构及孔径大小可调控等特点而备受关注。
球状单分散介孔二氧化硅MCM-41纳米颗粒的合成
球状单分散介孔二氧化硅MCM-41纳米颗粒的合成摘要介孔材料自发现以来，凭借自身的一些优异的特征，例如大的比表面积、可调变的介孔孔径、表面可通过各种修饰实现“官能化”等，在催化、分离、药物与生物活性分子的负载等许多领域有广泛的应用前景。
随着纳米制备技术的发展，介孔纳米颗粒在基因载体和药物载体方面，发现越来愈多的应用前景。
介孔二氧化硅纳米颗粒作为理想基因和药物载体，对其颗粒的尺寸、形貌、分散性等的参数的要求便至关重要。
因此，探讨球状单分散的介孔二氧化硅MCM-41纳米颗粒的合成的方法便具有理论与现实的意义。
本文使用了两种方法制备了球状单分散介孔二氧化硅MCM-41纳米颗粒，并探讨了合成因素的影响。
一是添加剂法，即在尿素合成体系中，加入合适的添加剂，利用其某些特定作用包括抑制、分散、封装等去改善介孔二氧化硅纳米颗粒的质量、大小以及均一性等；二是缓冲剂法，利用Tris-HCl缓冲溶液消除pH值不稳定带来的纳米颗粒不均相增长，制备出单分散形貌均一的二氧化硅纳米颗粒。
然后，改变温度和体系的pH值合成一系列的介孔二氧化硅纳米颗粒。
在添加剂法中，通过SEM、TEM、XRD、热重分析等测试手段表明：添加剂的加入使尿素的使用量的大大降低，从9.300 g降低到了3.096 g；在乙醇胺、酒石酸和丙三醇的帮助下，合成的介孔二氧化硅纳米颗粒具有较好的XRD衍射峰，高的单分散性和大小均一的球形形貌，颗粒的尺寸可以被调制在75 nm到200 nm。
与没有添加剂相比，在颗粒的形貌与单分散性保证的前提下，颗粒尺寸下降了一个数量级。
在Tris-HCl缓冲体系中，能够得到非常完美的介孔二氧化硅纳米颗粒。
结果表明：当体系反应温度为60 ℃，pH值在7.8～8.2范围内，反应时间为16 h，为合成理想的、单分散、球形均一的介孔的材料的最佳反应条件。
此外，通过改变温度以及合成pH值，可以制备出尺寸在80～300 nm可调，分散性高的、形貌均一的、有序的介孔MCM-41纳米颗粒，为其应用成为理想的基因载体和药物载体做了良好的铺垫。
含二氧化硅组份Janus纳米粒子的制备方法和应用研究进展
含二氧化硅组份Janus纳米粒子的制备方法和应用研究进展徐先魁;刘杰;徐梦达;任艳蓉【摘要】Janus纳米粒子的非对称结构赋予其在空间结构和物理化学性质的各向异性,在半导体、催化、分散介质、生物医药等领域表现出优于普通纳米材料特性,是近年来纳米材料的研究热点.近些年来的研究报道多集中在含二氧化硅组份的Janus纳米粒子上,按其化学组成主要分为无机物?二氧化硅和聚合物?二氧化硅两大类.按此分类分析比较了Janus纳米粒子的制备方法,并介绍了其在药物输送、表面活性剂和催化等领域的应用现状.【期刊名称】《化学研究》【年(卷),期】2018(029)006【总页数】9页(P629-637)【关键词】Janus纳米粒子;二氧化硅;乳液法;气相沉积法;脱合金相法【作者】徐先魁;刘杰;徐梦达;任艳蓉【作者单位】河南大学化学化工学院,河南开封475004;河南大学化学化工学院,河南开封475004;河南大学化学化工学院,河南开封475004;河南大学化学化工学院,河南开封475004【正文语种】中文【中图分类】O63物理学家 de GENNES提出了Janus是一种同时具有两种不同化学性质的球形纳米粒子，并预测这种结构的纳米粒子将具有不错的应用前景，随后引起世界各个领域对Janus结构的广泛关注. 除此之外，Janus还用来表述不对称树枝状大分子、由嵌段共聚物形成的单分子胶束、棒状复合纳米微粒、哑铃型复合纳米微粒、草莓型复合纳米微粒、雪人型复合纳米微粒等具有两种不同化学性质和结构的纳米粒子[1]. 按其化学成分的不同可将其分为三大类：聚合物类、无机物类和聚合物-无机复合物类[2]. 拥有两面结构的Janus纳米粒子在组成、形状以及表面化学性质都具有各向异性，这些性质在生物领域和医学领域具有很大的关注度[3]. 和其他各向异性的纳米粒子不同的是，Janus纳米粒子与其他组份组合到一起后，Janus的光学特性、磁性和电子性能一般不会被改变、干扰或者完全丢失[4]. 因而Janus材料在各个领域都将有非常好的应用前景.二氧化硅(SiO2)作为纳米材料具有诸多的优点，如小尺寸效应、界面效应、光电特性等. SiO2制备方法简单、稳定性好、价格低廉[5]. 不仅如此，具有介孔结构的SiO2在药物分子的载体、传感、催化、吸附分离、生物成像和生物示踪等应用中具有良好的表现，因而将SiO2作为Janus粒子中的无机组份是近年来Janus粒子研究的主要方向. 从无机物-SiO2和聚合物-SiO2两大种类介绍近年来研究含SiO2组份的Janus粒子的制备方法，并对在药物输送、表面活性剂和催化等领域的应用研究作以总结.1 含二氧化硅组份Janus材料的种类1.1 无机物-SiO2 Janus纳米粒子因无机物-SiO2 Janus纳米粒子在药物载体、生物传感、自驱动马达和催化剂等方面的应用具有良好的表现，在工业和学术领域引起了很大的关注. 许多无机物-SiO2 Janus纳米粒子的制备方法已经被报道.PANWAR等[6]用乳液法制备了一种半草莓形的Ag-SiO2 Janus纳米粒子. 首先用Stöber法制备SiO2，并用环氧树脂和硫醇对其进行改性，将改性后的SiO2分散在融化的石蜡中，随着水的加入形成了稳定的乳液，冷却后石蜡胶体的表面被涂上一层SiO2纳米颗粒，然后加入AgNO3溶液，由于改性后的SiO2表面有-SH，Ag+被吸附在胶体外层的SiO2表面上，随着水合肼的加入Ag+被还原成Ag粒子，并附着在SiO2外侧的表面，除去胶体中的石蜡后得到半草莓形的Ag-SiO2 Janus纳米粒子. 该团队沿用该方法，将还原剂由水合肼替换成硼氢化钠，制备出具有抗菌效果的纤维织物以及可宏观表面增强拉曼散射的Janus纳米粒子[7-8]. BAE等[9]利用接触印刷法将二氧化钛(TiO2)在SiO2的表面区域选择性生长. 首先将SiO2在玻璃片上沉积，形成一个紧密多层的SiO2胶体层，然后对样品进行紫外臭氧处理，诱发SiO2胶体颗粒表面生成-OH，再将样品浸入到十八烷基三氯硅烷中(OTS)，用OTS覆盖在SiO2胶体层上，胶束颗粒的表面都被OTS覆盖，但是胶体颗粒之间的接触点没有被覆盖，用氯仿冲洗样品，除掉过剩的OTS，用胶带将上层SiO2与底层SiO2分离，底层的SiO2表面接触区域未被OTS覆盖，则该区域的SiO2完全暴露出来，TiO2会选择性的在该区域生长，从而形成不对称的SiO2-TiO2 Janus胶体粒子.MCCONNELLl等[10]用两步接触印刷法合成Au-SiO2 Janus纳米粒子. 如图1，在聚苯乙烯-丙烯酸无规共聚物 [P(S-r-AA)]的形成过程中，将氨基改性后的纳米SiO2部分沉入其中，用于保护底部SiO2，然后加入Au纳米粒子，通过静电作用，Au纳米粒子组装到SiO2的表面，从而制备出Au-SiO2 Janus纳米粒子.图1 Au-SiO2 Janus纳米粒子的形成机理图Fig.1 Schematic representation of the self-assembled formation of Au-SiO2 Janus particles采用配体连接金属与非金属来制备Janus粒子是一种很普遍的方法. SHAO等[11]报道了用该方法制备出棒状的Ag-SiO2 Janus粒子. 如图2所示，还原AgNO3溶液得到Ag纳米粒子，用溴化十六烷基三甲胺(CATB)对Ag纳米粒子进行表面改性，然后向Ag纳米粒子溶液中滴加正硅酸乙酯(TEOS)，在氨水的催化下，TEOS开始水解并在Ag纳米粒子表面逐渐增长，由于Janus的总表能σ>0，SiO2在多向生长的能量势垒高出定向很多，于是SiO2在Ag核的一侧生长，形成Janus结构的Ag-SiO2棒状纳米粒子. DONG等[12]用相似的方法制备了Au-SiO2 Janus 粒子，使纳米粒子具有高载药量的同时还具有pH-响应性释放药物的特性，并表现出较好的生物相容性.CHEN等[13]用两种竞争配体作用在Au纳米粒子上，与SiO2结合制备出雪人形的Au-SiO2 Janus纳米粒子. 如图3所示，首先在丙醇水溶液中用柠檬酸盐稳定Au纳米粒子，再用4-巯基苯基乙酸(4-MPAA)和聚丙烯酸(PAA)这两种竞争配体对Au纳米粒子进行改性，然后向Au纳米粒子溶液中滴加TEOS，接着用氨水催化. 随着TEOS的水解，Au纳米粒子部分包裹上了SiO2，形成了雪人形的Janus 纳米粒子，并且该形貌的纳米粒子占比率超过99%. 能形成稳定的雪人形Janus纳米粒子主要归功于对Au纳米粒子改性的两种配体，4-MPAA的-SH可以捕捉水解后生成的SiO2，能和SiO2的-OH反应生成硫醚键，使SiO2在Au纳米粒子上稳定逐渐的增长. PAA本身属于一种阻垢剂，通过吸附在Au纳米粒子表面，解离的-COOH提高了Au纳米粒子表面的电荷密度. -COOH显负电性，SiO2在丙醇中也显负电性，因此在Au纳米粒子表面形成的SiO2区域会与PAA区域相排斥，从而形成了雪人形的Au-SiO2 Janus纳米粒子. 不仅如此，根据需要调节两种配体的比例还可以制备核壳结构的纳米粒子. 该制备方法是在上一种方法的基础上稍作改进，采用两种竞争配体对Au纳米粒子进行改性，能精确控制Janus的结构. 图2 Ag-SiO2 Janus粒子的制备流程机理图Fig.2 Schematic diagram of the fabrication procedure for the Ag-SiO2 Janus particles图3 竞争配体促使Au-SiO2 Janus纳米粒子的形成示意图Fig.3 Schematic illustration of the ligand competition that led to the formation of JanusAu-SiO2SINGH等[14]用多相气相沉积法制备Ag-Si杂化纳米粒子. 利用磁控溅射仪，在氩气气氛中将Ag蒸汽和Si蒸汽混合沉积，通过调整沉积参数可以制备出5～15nm不同尺寸的Ag-Si杂化纳米粒子. 另外通过调整磁控功率可以制备出Janus结构和核卫星结构的杂化纳米粒子. 这是一种无机合成化学中较新的制备方法，在Janus制备中也是一种新的尝试.总的来说，乳液法可快速温和地制备出形状大小均一的Janus纳米粒子；接触印刷法可以快速又高效制备出复杂的结构；采用配体的制备方法属于表面生长法，需要对无机纳米粒子进行部分改性，使SiO2在其一侧生长，从而制备出不对称结构的Janus纳米粒子，该方法简单且易操作，可调控实验条件制备不同结构的纳米粒子；多相气相沉积法相比于以上两种方法其实验条件更苛刻，但是通过这种方法可以将两种结合困难的粒子组合到一起.1.2 聚合物-SiO2 Janus纳米粒子已经报道的聚合物-SiO2 Janus纳米粒子的制备方法主要包括乳液聚合法和表面生长法. 根据需要，将SiO2与不同的聚合物结合，可制备出具有pH刺激响应性、温度刺激响应性和两亲性的Janus纳米粒子，与SiO2结合在载药和吸附分离领域中有很好的应用前景.RUHLAND等[15]人用乳液聚合法制备了一种具有刺激响应性行为的半皇冠形SiO2-聚甲基丙烯酸二甲胺基乙酯(SiO2-PMAEMA) Janus纳米粒子. 如图4所示，用纳米SiO2作聚醋酸乙烯(PVAc)乳液的稳定剂，采用原子转移自由基聚合法将PMAEMA嫁接到纳米SiO2外表面，随后除去PVAc便得到半皇冠形的SiO2-PMAEMA Janus纳米粒子. 他们发现在控制该纳米粒子pH和温度变化时，存在一种自组装的趋势，并在低pH和高浓度的情况下，发现一种线形自组装行为.图4 SiO2-PMAEMA Janus纳米粒子的合成示意图Fig.4 Schematic illustration of the fabrication procedure for the SiO2-PDMAEMA hybrid JanusnanoparticlesGE等[16]用乳液聚合法制备PS-SiO2各向异性杂化纳米粒子. 将甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(MPS)接至SiO2表面，MPS是一种硅烷偶联剂，可使SiO2与PS更好地结合，从而形成PS-SiO2杂化纳米粒子. 加入少量的水让SiO2聚集，疏水性的MPS仅与SiO2聚集体外表面的-OH反应，浸入水中的-OH不会被改变，这就造成SiO2一半疏水一半亲水的特性，将改性后的SiO2与PS单体混合，在γ-射线照射后制备出了PS-SiO2 Janus粒子. 并且控制PS单体-SiO2的重量比可制备出不同结构的Janus粒子(如蘑菇状、中空的蛋状、碗状). 该方法操作简单，反应条件温和，可控制Janus的形态结构. ARORA等[17]用同样的方法制备超疏水性PS-SiO2杂化纳米粒子. 不同的是，在制备PS-SiO2这一步时用冰水浴超声将PS单体和SiO2纳米粒子混合，从而得到在油相中分散性更好的纳米粒子.YIN等[18]用SiO2纳米粒子作为Pickering乳液的稳定剂，通过酸碱相互作用和静电相互作用来稳定水中的PS单体液滴，从而一步法制备出SiO2-PS Janus纳米粒子. 首先将SiO2、PS、水和少量1-乙烯基咪唑(1-VID)用超声处理混合，通过SiO2表面上的-OH(酸)与1-VID的氨基(碱)发生酸碱相互作用，使SiO2固定在PS单体液滴表面，形成了Pickering乳液. 在单体聚合过程中加入过硫酸钾，使聚合物尺寸增大，从而制备出具有不对称结构的SiO2-PS Janus胶束粒子. 该方法可以很容易地用PS单体对SiO2表面进行局部改性，实验操作简单，实验周期短. GUO等[19]同样采用粒子间的静电相互作用制备半草莓形的SiO2-PMAEMA-PS Janus纳米粒子，该制备方法操作简单，且能制备出具有可逆pH刺激响应性的纳米粒子.FEYEN等[20]用乳液聚合法制备了一种蘑菇形的各向异性Janus纳米粒子. 如图5所示，Fe3O4纳米粒子通过乳液聚合被PS固定起来，得到单分散的PS/二乙烯基苯-Fe3O4(PSD-Fe3O4)复合纳米粒子. 接着用改进的Stöber法将SiO2选择性地覆盖到Fe3O4的一面，于是形成了蘑菇形的杂化纳米粒子. 然后用盐酸对纳米粒子洗涤，洗掉Fe3O4核，得到空心结构的蘑菇形杂化纳米粒子. PARPAITE等[21]同样用乳液聚合法制备出两亲性的SiO2-PS Janus纳米粒子，并探究其作为乳液稳定剂以及作为PS/聚酰胺(PA)的增溶剂的表现.图5 (a)蘑菇形杂化纳米粒子合成机理 (b) Fe3O4-PSD-SiO2纳米粒子的暗场STEM图像(c) Fe3O4-PSD-SiO2 纳米粒子的SEM与暗场STEM的重叠图像(d) 盐酸洗涤后Fe3O4-PSD-SiO2 纳米粒子的TEM图像Fig.5 (a) Synthesis of mushroom nanostructures. (b) Dark fieldSTEM image and (c) SEM and dark field STEM overlapping image of Fe3O4-polymer-SiO2 NPs. (d) TEM image of Fe3O4-polymer-SiO2 NPs after HCl leachingZHANG等[22]用脱合金相法制备出珊瑚形结构的Janus多孔球体. 如图6所示，AlSi10球作为前驱体，用少量的盐酸刻蚀掉AlSi10球外壳的Al，得到一个多孔Si骨架结构的核，Si表面迅速被氧化成SiO2，采用硅烷偶联剂对硅骨架进行表面改性，然后将亲水性的PEG嫁接到硅骨架的表面. 接着用盐酸对AlSi10球进行进一步腐蚀，得到一个完全由SiO2骨架构成的多孔的球，在SiO2表面接枝上硅烷偶联剂，用十八烷基三甲氧基硅烷进行改性，将亲油性的十八胺嫁接到硅骨架表面上，然后用原子转移自由基聚合法将具有刺激响应性的异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)聚合在硅骨架上，从而制备出具有温度和pH双重刺激响应性的珊瑚型结构的Janus多孔球体. 球体骨架呈珊瑚形结构，进一步增大了Janus多孔球体的比表面积.图6 逐步脱合金法珊瑚形结构的Janus多孔球体制备示意图Fig.6 Illustrative Preparation of the Janus Coral-like Porous Sphere by Stepwise Dealloying 总得来说，制备聚合物-SiO2 Janus纳米粒子的方法主要是乳液聚合法. 乳液聚合法是一种快速而简单的制备方法，反应条件温和，可控制纳米粒子的结构. 对于SiO2来说，使用表面生长法也可合成不对称纳米粒子，SiO2表面有-OH，不需要表面改性可直接被聚合物的活性基团捕捉到，形成聚合物-SiO2杂化纳米粒子.脱合金相法制备的Janus粒子具有更大的孔隙，在吸附分离和载药领域具有很好应用前景，其制备方法简单，反应条件温和，但是纳米粒子结构不可预先设计，粒径不可调控.2 应用研究进展近年来，随着Janus粒子的制备方法不断发展，人们开始对它的应用研究进行大量探索，发现含SiO2组份的Janus粒子在药物载体、表面活性剂、催化剂等领域都具有广阔的应用前景[23-26].2.1 抗癌药物载体癌症是威胁人类健康的重要因素之一，并且随着我国人口的老龄化，癌症发病率在逐年增高. 传统癌症治疗方法有很大的局限性，由于化疗法和热切除法治疗的单一性，导致癌症的治疗效果一般且对癌细胞周边的组织损伤太大，使患者在治疗过程中承担过多的痛苦. 随着医疗水平的不断改善，癌症的治疗方法有了新的研究进展. 光热疗法被认为是一种最有希望的治疗方法，Janus粒子可以用作光热疗剂的载体，将难以在体内传送的药物靶向输送到患区，并通过体外刺激释放药物. WANG等[27]制备了一种含SiO2的Janus粒子，这种纳米粒子由Ag和介孔SiO2组成.Ag和SiO2都具有良好的生物相容性，Ag纳米粒子在近红外光照射下可释放Ag+，并产生大量的热，Ag+受热产生活性氧使癌细胞窒息而死. 另一部分是介孔SiO2，其具有大的比表面积，因此可以将靶向药物和光热疗剂大量负载在介孔SiO2上. 将Janus粒子输入体内，可自动快速靶向到患区，通过体外近红外光照射，光热疗剂与Ag协同作用可以有效杀死癌细胞.LU等[12]制备了一种可用作放化疗药物载体和计算机断层扫描(CT)成像剂的Janus纳米粒子. 该纳米粒子由Au粒子和介孔SiO2组成，介孔SiO2孔径内负载放化疗药物阿霉素(DOX)，其表面包裹靶向药物叶酸(FA)和生物相容性好的PEG，能保证载体进入人体后不会被清除并且快速靶向输送到病灶区，并根据癌细胞区域pH小于正常体细胞的特性，利用该Janus纳米粒子的pH响应性，在病灶区域选择性释放DOX使癌细胞凋亡. 同时，Au纳米粒子具有表面等离子共振特性，使纳米粒子可作为CT成像工具，并且随着纳米粒子浓度的增高，CT信号越来越强. 如图7所示，载药后的Janus纳米粒子(FA-Janus NPs-DOX)使肿瘤部位的CT值更高，说明FA-Janus NPs-DOX可以选择性地沉积到肿瘤部位并提高CT信号，这个结果表明FA-Janus NPs-DOX是一个理想的候选CT成像剂.图7 (A)不同浓度(0.5～10 g/L) FA-Janus NPs-DOX水溶液的CT图像 (B)不同浓度(0.5～10 g/L) FA-Janus NPs-DOX水溶液的CT值 (C)移植裸鼠体内的SMMC-7721肿瘤细胞在注射FA-Janus NPs-DOX和Janus NPs-DOX 24 h后的CT图像 (D)体内注射24 h后肿瘤细胞和不同器官的放射计数Fig.7 (A) CT images of distilled water and FA-Janus NPs-DOX at various concentrations (0.5-10 g/L). (B) CT attenuation (HU) of FA-Janus NPs-DOX at various concentrations (0.5-10 g/L). (C) In vivo CT images of SMMC-7721 tumor-bearing nude mice at 24 h post-injection with FA-Janus NPs-DOX or Janus NPs-DOX. (D) Radiation counts of tumor cells and different organs after 24 h in vivoCHANG等[28]制备了两种含SiO2的磁性纳米粒子，分别是核壳结构和棒状Janus结构，并将这两种纳米粒子用于探测并隔离血液中流通的癌细胞. 在制备过程中将磁性纳米粒子Fe3O4与荧光素混合，使纳米粒子具有荧光成像能力，在SiO2上负载上皮细胞黏附分子(EpCAM)抗体，使纳米粒子获得癌细胞靶向能力. 将两种结构的纳米粒子添加到人类乳腺癌细胞的悬浮液中，在癌细胞快速扩散的条件下，纳米粒子能将其捕捉隔离并释放较强的荧光信号，由于结构的差别，Janus结构的纳米粒子捕捉效率和荧光强度分别为到95%和0.9，核壳结构纳米粒子的捕捉效率和荧光强度分别为90%和0.7，两者性能均较优秀，但Janus由于独特的两面结构，在捕捉效率和荧光成像能力方面性能更突出.2.2 表面活性剂由于Janus粒子具有独特的两面结构，因此可以考虑将Janus纳米粒子作为分子表面活性剂，用于乳液稳定剂. Janus粒子两面可分别由亲水性和疏水性物质组成，使其在油水界面上有很强的吸附作用，从而可作为乳液的有效稳定剂.FUJII等[29]将Au纳米粒子和SiO2组合到一起，制备出两亲性Janus纳米粒子，Au和SiO2分别具有疏水性和亲水性. 如图8所示，Au-SiO2纳米粒子分别分散在五氟苯乙烯(PFS)-水以及聚五氟苯乙烯(PPFS)-水两相溶液中，粒子被吸附在两相界面上，形成单层且稳定的近球形液滴，在放置超过一年的情况下依然能保持稳定.图8 (a) Au-SiO2 Janus纳米粒子稳定PFS液滴的光学显微镜图 (b) Au-SiO2 Janus纳米粒子稳定PPFS微粒的光学显微镜图 (c) Janus粒子稳定PPFS微粒的SEM图 (d) Janus粒子稳定PPFS微粒的截面图Fig.8 (a) OM images of Au-SiO2 Janus particle-stabilized PFS droplets (b) OM images of Au-SiO2 Janus particle-stabilized PPFS microspheres dispersed in aqueous media. (c) SEM images of the Janus particle-stabilized PPFS microsphere. (d) Cross section image of the Janus particle-stabilized PPFS microspherePASSAS-LAGOS等[30]制备了一种蘑菇形的Fe3O4-PSD-SiO2 Janus杂化纳米粒子，并探究了其作为表面活性剂的表现. 作者用该纳米粒子作为甲苯-水以及植物油-水的Pickering乳液的表面活性剂，结果表明该纳米粒子可以成功地稳定这两种乳液，并且发现SiO2半球的粒径越小稳定效果越好，因为较大的SiO2体积会影响乳液滴的形成.KIM等[31]使用微流体法制备一种半月形结构的两亲性Janus纳米粒子. 该纳米粒子由亲水性的SiO2和亲油性的氟代烃构成，亲水性部分为凸面，亲油性部分为凹面，这种特殊结构可以保证纳米粒子在油滴界面上有足够高的表面密度，防止液滴之间相互接触从而提高乳液稳定性. 该特殊的结构的两亲性颗粒显著地增强了油-水界面的稳定性.2.3 催化剂金属纳米粒子有表面等离子体共振特性，可吸收光谱中可见区域的辐射，当光照射金属纳米粒子时，纳米粒子吸收并激发金属离子产生电子-空穴对，最终发生催化反应. 由于金属元素有d带空穴的存在，使之有从外界接受电子并与吸附物种成键的能力，因此含金属的Janus粒子具有催化活性.KIRILLOVA等[32]以SiO2为核，制备了一种具有催化活性的纳米粒子. 在SiO2两面分别嫁接亲水性聚合物(PAA)和疏水性聚合物(PS)，将具有催化活性的Ag+渗透到亲水性聚合物基中，加入还原剂将金属离子还原成金属纳米粒子. 文章报道了用该纳米粒子催化还原两种染料甲基蓝和曙红Y以及对硝基苯酚，仅用很少量的该粒子即可成功地将两种染料和对硝基苯酚还原.WU等[33]制备了一种核壳结构的SiO2-TiO2 Janus纳米粒子. 该纳米粒子以SiO2为核，TiO2为壳，高温煅烧后TiO2壳呈颗粒状附着在SiO2表面. 作者探究了在阳光照射下SiO2-TiO2纳米粒子对亚甲基蓝降解的光催化活性. 结果表明，SiO2-TiO2纳米粒子具有良好的光催化活性. 作者通过添加不同的捕获剂，研究了光催化机理. 研究发现加入0.003 mol/L的I-比加入同量的Ag+对亚甲基蓝的降解效果更显著，这表明在亚甲基蓝的氧化过程中光产生的空穴可能比光注入的电子发挥更重要的作用.GAO等[34]制备了一种由SiO2和铱组成的两面结构的Janus纳米粒子. 由于铱的催化活性，该纳米粒子可催化肼分解放出N2从而获得推进动力，该粒子可在极低浓度(0.000 000 1%)的化学燃料下仍有自驱动行为，该浓度相当于普通自驱动纳米马达所需化学燃料的万分之一.3 结论对近几年关于含SiO2 组份Janus材料的文章进行了总结，整理出该材料的制备方法和各自的优缺点，以及其独特的性质和应用方向. 无机物-SiO2 Janus纳米粒子的制备方法主要有乳液法、接触印刷法、表面生长法和气相沉积法，聚合物-SiO2 Janus纳米粒子的制备方法主要有乳液聚合法和脱合金法. 该类材料具有较高的比表面积，在抗癌药物载体、表面活性剂和催化剂等领域具有很好的发展潜力.参考文献：【相关文献】[1] PERRO A, RECULUSA S, RAVAINE S, et al. Design and synthesis of Janus micro-and nanoparticles [J]. Journal of Materials Chemistry, 2005, 15(35/36): 3745-3760.[2] JING H, ZHOU S, SUN Y, et al. ChemInform Abstract: fabrication, properties and applications of Janus particles [J]. Chemical Society Reviews, 2012, 41(11): 4356-4378. [3] LATTUADA M, HATTON T A. Synthesis, properties and applications of Janus nanoparticles [J]. Nano Today, 2011, 6(3): 286-308.[4] TRAN L T, LESIEUR S, FAIVRE V. Janus nanoparticles: materials, preparation and recent advances in drug delivery [J]. Expert Opinion on Drug Delivery, 2014, 11(7): 1061-1074. [5] 江楠, 宋晓岚, 徐大余. 纳米SiO2复合材料研究进展[J]. 粉末冶金材料科学与工程, 2007, 12(5): 272-276.JIANG N, SONG X L, XU D Y. Research process of nano-silica composites [J]. Materials Science and Engineering of Powder Metallurgy, 2007, 12(5): 272-276.[6] PANWAR K, JASSAL M, AGRAWAL A K. In situ synthesis of Ag-SiO2 Janus particles with epoxy functionality for textile applications [J]. Particuology, 2015, 19: 107-112.[7] PANWAR K, JASSAL M, AGRAWAL A K. Readily dispersible antimicrobial Ag-SiO2 Janus particles and their application on cellulosic fabric [J]. Carbohydrate Polymers, 2018, 187: 43-50.[8] PANWAR K, JASSAL M, AGRAWAL A K. Ag-SiO2 Janus particles based highly activeSERS macroscopic substrates [J]. Applied Surface Science, 2017, 411: 368-373.[9] BAE C, MOON J, SHIN H, et al. Fabrication of monodisperse asymmetric colloidal clusters by using contact area lithography (CAL) [J]. Journal of the American Chemical Society, 2007, 129(46): 14232-14239.[10] MCCONNELL M D, KRAEUTLER M J, YANG S, et al. Patchy and multiregion Janus particles with tunable optical properties [J]. Nano Letters, 2010, 10(2): 603-609.[11] SHAO D, ZHANG X, LIU W, et al. Janus Silver-mesoporous silica nanocarriers for SERS traceable and pH-sensitive drug delivery in cancer therapy [J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2016, 8(7): 4303-4308.[12] WANG Z, SHAO D, CHANG Z, et al. Janus gold nanoplatform for synergetic chemoradiotherapy and computed tomography imaging of hepatocellular carcinoma [J]. ACS Nano, 2017, 11(12): 12732-12741.[13] CHEN T, CHEN G, XING S, et al. Scalable routes to Janus Au-SiO2 and ternary Ag-Au-SiO2 nanoparticles [J]. Chemistry of Materials, 2010, 22(13): 3826-3828.[14] SINGH V, CASSIDY C, GRAMMATIKOPOULOS P, et al. Heterogeneous gas-phase synthesis and molecular dynamics modeling of Janus and core-satellite Si-Ag nanoparticles [J]. Journal of Physical Chemistry C, 2014, 118(25): 13869-13875.[15] RUHLAND T M, MCKENZIE H S, SKELHON T S, et al. Nanoscale hybrid silica/polymer Janus particles with a double-responsive hemicorona [J]. Polymer, 2015, 79: 299-308. [16] GE X, WANG M, YUAN Q, et al. The morphological control of anisotropic polystyrene/silica hybrid particles prepared by radiation miniemulsion polymerization [J]. Chemical Communications, 2009, 19: 2765-2767.[17] ARORA R, MOSCH W. Fabrication of raspberry SiO2/polystyrene particles and superhydrophobic particulate film with high adhesive force [J]. Journal of Materials Chemistry, 2012, 22(12): 5784-5791.[18] YIN Y, ZHOU S, YOU B, et al. Facile fabrication and self-assembly of polystyrene-silica asymmetric colloid spheres [J]. Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 2011, 49(15): 3272-3279.[19] GUO R, CHEN X, ZHU X, et al. A facile strategy to fabricate covalently linked raspberry-like nanocomposites with pH and thermo tunable structures [J]. RSC Advances, 2016, 6(47): 4099-41001.[20] FEYEN M, WEIDENTHALER C, SCHÜTH F, et al. Regioselectively controlled synthesis of colloidal mushroom nanostructures and their hollow derivatives [J]. Journal of the American Chemical Society, 2010, 132(19): 6791-6799.[21] PARPAITE T, OTAZAGHINE B, CARO A S, et al. Janus hybrid silica/polymer nanoparticles as effective compatibilizing agents for polystyrene/polyamide-6 melted blends [J]. Polymer, 2016, 90: 34-44.[22] ZHANG H, WANG Q, JIANG B, et al. Coral-like Janus porous sphere [J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2016, 8(48): 33250-33255.[23] CUI Z G, YANG L L, CUI Y Z, et al. Effects of surfactant structure on the phase inversion of emulsions stabilized by mixtures of silica nanoparticles and cationic surfactant [J]. Langmuir, 2010, 26(7): 4717-4724.[24] WANG Z, CHANG Z, LU M, et al. Janus silver/silica nanoplatforms for light-activated liver cancer chemo/photothermal therapy [J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2017,9(36): 494-498.[25] MANE G, AKILAVASAN J, PASSASLAGOS E, et al. Site-selective TiO2 coating on asymmetric patchy particles [J]. Langmuir, 2017, 33(40): 10561-10567.[26] KIM J, CHOI C H, YEOM S J, et al. Directed assembly of Janus cylinders by controlling the solvent polarity [J]. Langmuir, 2017, 33(30): 7503-7511.[27] WANG Z, CHANG Z, LU M, et al. Janus silver/silica nanoplatforms for light-activated liver cancer chemo/photothermal therapy [J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2017,9(36): 494-498.[28] CHANG Z, WANG Z, SHAO D, et al. Shape engineering boosts magnetic mesoporous silica nanoparticle-based isolation and detection of circulating tumor cells [J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2018, 10(13): 10656-10663.[29] FUJII S, YOKOYAMA Y, MIYANARI Y, et al. Micrometer-sized gold-silica Janus particles as particulate emulsifiers [J]. Langmuir, 2013, 29(18): 5457-5465.[30] PASSAS-LAGOS E, SCHUTH F. Amphiphilic pickering emulsifiers based on mushroom-type Janus particles [J]. Langmuir, 2015, 31(28): 7749-7757.[31] KIM S H, ABBASPOURRAD A, WEITZ D A. Amphiphilic crescent-moon-shaped microparticles formed by selective adsorption of colloids [J]. Journal of the American Chemical Society, 2011, 133(14): 5516-5524.[32] KIRILLOVA A, SCHLIEBE C, STOYCHEV G, et al. Hybrid hairy Janus particles decorated with metallic nanoparticles for catalytic applications [J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2015, 7(38): 21218-21225.[33] WU L H, ZHOU Y F, NIE W Y, et al. Synthesis of highly monodispersed teardrop-shaped core-shell SiO2/TiO2 nanoparticles and their photocatalytic activities [J]. Applied Surface Science, 2015, 351: 320-326.[34] GAO W, PEI A, DONG R, et al. Catalytic iridium-based Janus micromotors powered by ultralow levels of chemical fuels [J]. Journal of the American Chemical Society, 2014,136(6): 2276-2279.。
壳聚糖纳米粒 体外释放 ph响应
壳聚糖纳米粒体外释放 ph响应
壳聚糖纳米粒是一种具有潜在生物医药应用的纳米材料，其在
体外释放时对pH值的响应特性备受关注。
首先，让我们来看一下壳
聚糖纳米粒的制备方法。
壳聚糖纳米粒通常是通过离子凝胶法、乳
化法或共沉淀法等制备而成。
这些方法可以调控纳米粒的大小、形
状和表面性质，从而影响其在体外释放时的性能。
当谈到壳聚糖纳米粒在体外释放时的pH响应特性，我们需要考
虑其在不同pH环境下的释放行为。
一般来说，壳聚糖纳米粒在酸性
环境下（例如溶液pH值低于其等电点）会表现出较快的释放速率，
这是因为在酸性条件下，壳聚糖分子会带有正电荷，从而促进纳米
粒的解聚和释放。
而在中性或碱性环境下，壳聚糖纳米粒的释放速
率可能会减慢，因为此时壳聚糖分子带有负电荷，导致纳米粒的稳
定性增加，难以释放载药物质。
此外，壳聚糖纳米粒的pH响应特性还可以用于模拟体内微环境，例如肿瘤组织通常呈酸性环境，因此可以利用壳聚糖纳米粒的pH响
应特性实现针对肿瘤的靶向释放。
这种针对性释放可以提高药物的
局部浓度，减少对健康组织的毒副作用，从而提高治疗效果。
另外，壳聚糖纳米粒的pH响应特性也为其在口服给药、局部用药等领域的应用提供了可能。
通过调控纳米粒的pH响应特性，可以实现药物在特定部位的控制释放，提高药物的生物利用度和疗效。
总的来说，壳聚糖纳米粒在体外释放时的pH响应特性对于其在药物传递和生物医学应用中具有重要意义。
通过深入研究和合理设计，可以充分发挥其在靶向治疗、药物控释等方面的潜在优势，为医学领域带来更多创新和发展。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
恳请各位专家提出 宝贵意见和建议！
图2.16小鼠活体荧光成像：（A）背景荧光； （B）UCNP@mSiO2-AuNR，腹腔；（C）UCNP@mSiO2-AuNR，肿瘤部位
(1)首先以高温热分解法合成了 UCNP，通过在其表面包裹mSiO2提高纳 米颗粒的生物相容性，同时可以发挥药物载体的作用。随后和成了 AuNR，基于AuNR与UCNP@mSiO2之间的静电作用力随pH的降低而
图2.4 UCNP@mSiO2的X射线衍射图谱
孔容： 0.236 cm3· g-1 平均孔径： 4.2 nm
图2.5 UCNP@mSiO2的N2吸附-解吸附表征，内插图为孔径分布
图2.6 UCNP（黑色）和UCNP@mSiO2（红色）的荧光光谱 内插图：980 nm激发下UCNP的发光实物图
~24nm ~8nm
图2.7 AuNR的表征（A）透射电镜和（B）紫外吸收光谱
+17.6mV +13.8mV
-40mV -10mV
图2.8 UCNP@mSiO2和AuNR的电位表征及吸附效果电镜图
图2.9 UCNP@mSiO2、DOX@UCNP@mSiO2、 DOX@UCNP@mSiO2-AuNR的紫外吸收光谱
图2.10 超纯水和UCNP@mSiO2-AuNR的光热曲线 （780 nm，3 W· cm-2，27 min）
DOX包载量： 85.3 µmol· g-1
图2.11 不同DOX浓度下吸光度的标准曲线与回归方程
图2.12 不同浓度AuNR封堵下药物的释放曲线 （1x=50 µ L，5x=250 µ L，10x=500 µ L）
图2.13 不同pH值下药物的释放曲线 （pH=2.0，4.9，6.5，7.4）
生长的正常调控，导致其克隆性异常增长而 形成的新生物。
肿瘤对人类的危害是及其巨大的，造成
的死亡人数约占所有死亡人数的13%，是全 球人口一个主要的死亡原因。
传统医学自诞生起就开始与肿瘤展开了
斗争，但收效甚微。
肿瘤诊断
• 生物检测法 • 医学影像法
1.特异性 2.灵敏度
3.分辨率
肿瘤治疗
• 外科手术法 • 放射治疗法 • 化学药物法
JACS, 2010, 36(132): 12690-12697
肿瘤诊断
成像速度快 灵敏度高 非侵入式
肿瘤治疗
提高药效 降低毒副作用
诊疗一体化
诊断指导治疗
对治疗进行监控
靶向给药
肿瘤热疗 实现疗效最大，副作 用最小
多目标检测
(1)AuNR封堵的UCNP@mSiO2核壳多功能纳米载体的构建
(2)DOX@UCNP@mSiO2多功能纳米体系用于肿瘤诊疗的应用研究
图2.1 DOX@UCNP@mSiO2-AuNR的制备流程图
a
c
~20nm ~45nm
b
d
图2.2 （a）和（b）：UCNP的电镜图和质谱图； （c）和（d）：UCNP@mSiO2的电镜图和质谱图
图2.3 UCNP （黑色）和 UCNP@mSiO2（红色）的红外光谱
<100><110><200> MCM-41型材料 <111><220><311> β-NaYF4晶体的六方 相结构
1.限制较多 2.副作用大
基于功能化纳米 材料肿瘤诊断
磁性纳米颗粒
基于功能化纳米 材料肿瘤治疗
磁性纳米颗粒 金纳米材料 石墨烯 药物载体 • 脂质体 • 高分子聚合物 • 介孔纳米材料
量子点 碳纳米管 上转换纳米颗粒
金、银纳米簇 纳米荧光载体
Analytical chemistry, 2013, 86(1): 482-489 ACS Nano, 2011, 5 (3), 1995–2003
热治疗组件，将三者有机结合在一起构建了一种集控制释放、成像与化疗-热
疗于一体的多功能复合材料能够实现细胞层面的荧光成像，
并在肿瘤细胞杀伤方面具有较传统方法更加选注的效果。此外，在活体荧光成 像中展现了优于传统成像模式的优势，有望在活体肿瘤诊断和治疗中得到进一 步应用。
图2.14 经颗粒处理后的SMCC-7721细胞双光子共聚焦成像 （蓝色代表DAPI核染荧光信号，红色代表DOX荧光信号，绿色代表UCNP荧光信号）
图2.15 不同条件处理下细胞的存活率 1.空白；2.DOX@UCNP@mSiO2-AuNR；3.UCNP@mSiO2-AuNR；4.DOX
A
B
C
2014届硕士学位论文答辩 上转换@介孔SiO2多功能纳米复合 体系构建及肿瘤诊疗研究
学位申请人姓名：邱鹏超
导师姓名及职称：王柯敏 教授 秦迪岚 高级工程师 培 专 答 养 业 辩 单 名 日 位：生物学院 称：生物医学工程 期：2014-06-04
肿瘤是机体在各种内外界因素作用下，
局部组织的某些细胞在基因水平上失去对其
减小，构建了具有 pH响应控制释放的药物载体 UCNP@mSiO2-AuNR。
(2)DOX@UCNP@mSiO2 具有良好的药物封堵效果和 pH 响应性，在细 胞层面上具有良好的成像和杀伤性能，且在活体的荧光成像中体现出
低背景、高信噪比的优势。
本论文以UCNP为成像组件，mSiO2为载药组件，AuNR为药物封堵及光