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定制聚乙二醇化的二硫化钨纳米片WS2-PEG的光热疗法 齐岳

2021-04-08 11:34:08  阅读:10  来源: 互联网

标签:齐岳 纳米 复合材料 修饰 WS2 硫化 聚乙二醇 PEG


二维纳米材料的超薄结构产生的量子尺寸效应使其具有非常好的物理性能而引起了人们的关注。比如石墨烯,它是通过SP2键接的纳米碳,具备优异的电、光、热及机械性能。多层无机材料由于具有和石墨稀相似的结构成为了研究的热点。过渡金属硫化物(TMDCs),如MoS2、MoSe2、WS2及WSe2等,这些材料具有包含强共价键的层结构并且层与层之间存在弱的范德华力,近年来愈加受到人们的关注。单层或少层的TMDCs纳米片通过机械或化学剥离法也可制备得到,其在场效应晶体管、锂离子电池、集成电路、气体传感器等很多方面都有较好的应用价值,但是在生物医药领域的应用才刚刚起步。

光热疗法(PTT)通常使用近红外吸收剂通过光热转换产生热量进而利用热效应消除肿瘤细胞。2013年,苏州大学刘庄老师课题组制备了一种基于二硫化钨(WS2)的新型PTT试剂,其对红外光具有较好的吸收能力,并且可用于多模态生物成像及高效切除体内肿瘤等方面。通过硫醇化学法在WS2表面涂覆聚乙二醇(PEG)可大大提高WS2在生理环境中的稳定性及生物相容性。通过莫里森法制备出单层的WS2纳米片,与传统的多层纳米材料不同,锂离子的嵌入及超声降解法可以增强纳米片之间的力学性能。经硫辛酸接枝PEG后的WS2纳米片(WS2-PEG)具有较好的水溶性(Figure 1 a),在许多盐溶液中都有较好的稳定性(Figure 1 b),纳米片的厚度也从最初的1.1 nm增大到1.6 nm(Figure 1 c);对不同浓度的WS2-PEG进行光热测试发现,在相同光照强度下,随着溶液浓度的增加,上升的温度越来越高(Figure 1 e),这充分说明WS2-PEG可作为光热试剂用于PTT癌症治疗。

为了确保WS2-PEG纳米片可进行生物医学应用,首先对其生物毒性进行了检测。研究发现,不同浓度的WS2-PEG纳米片培养的4T1、HeLa及293T细胞在24 h后经MTT检测细胞存活率都在95%以上(Figure 2 a, b);乳酸脱氢酶(LDH)可作为细胞膜是否泄漏的指示剂,通过检测LDH的释放可间接证明细胞是否死亡,通过对LDH释放量的检测发现,不同浓度下的WS2-PEG纳米片培养的细胞LDH的释放量都很低,这也进一步说明WS2-PEG纳米片具有良好的生物相容性(Figure 2 c);活性氧可破坏细胞中的DNA、蛋白质和脂肪等大分子,二氢蝶啶(DHE)可作为过氧化物及超氧化物的检测探针,通过检测DHE的百分含量就可以判断细胞的存活率,结果发现不同浓度的WS2-PEG纳米片对三种细胞均有良好的生物活性(Figure 2 d);一系列的检测结果均可证明WS2-PEG纳米片的细胞毒性非常小甚至可忽略。作为光热试剂,浓度为0.1 mg/mL的WS2-PEG纳米片培养4T1细胞6 h后在808-nm不同功率密度的条件下光照5 min,发现当功率密度达到0.8 W/cm2时细胞的生存率非常低(Figure 2 e, f),可作为较好的光热试剂。

X-ray计算机断层扫描(CT)成像是临床诊断和医学研究中常用的成像工具,在CT成像过程中,通常使用显影剂吸收X-ray加强成像的空间分辨率,一般来说,显影剂大都具有较高的原子序数,例如含有Au、Bi、I等元素的化合物。W的原子序数为74,也可作为CT试剂用于成像。CT成像发现相同浓度下的WS2-PEG纳米片的X-ray吸收能力明显增强(Figure 3 a, b),且强于市售的碘普罗胺,Balb/c小鼠瘤内(i. t.)和静脉(i. v.)注射WS2-PEG纳米片后CT成像明显好于注射前(Figure 3 c),并且注射24 h后肿瘤对比度非常高,在肝脏及网状内皮系统中都能摄取WS2-PEG纳米片(Figure 3 d),这充分证明WS2-PEG纳米片在体内有较好的渗透性及存留时间,所以WS2-PEG纳米片也可作为一种较好的CT成像试剂。

光声成像断层扫描(PAT)是近些年兴起的一种生物医学成像方法,这种方法基于光吸收的光声作用,可提供较好的成像深度和空间分辨率。WS2-PEG纳米片对近红外(NIR)具有较好的吸收能力,自然也可用于PAT诊断治疗,小鼠4T1肿瘤瘤内和静脉注射WS2-PEG纳米片24 h后,经PAT成像发现肿瘤内的光声信号与注射前相比非常强(Figure 3 e, f)。

因为WS2-PEG纳米片可较好地吸收红外线并且具有较好的PTT疗效,所以将WS2-PEG纳米片瘤内或静脉注入小鼠体内,采用红外照射,并通过测量肿瘤部位的温度及肿瘤的尺寸探究WS2-PEG纳米片的PTT效果。结果发现,近红外照射5 min后,WS2-PEG纳米片存在的肿瘤部位的温度由最初的30 ℃升为65 ℃(Figure 4 a),并且两天后肿瘤的体积明显小于注射生理盐水组的(对照)(Figure 4 b),通过观察小鼠的各种生理活动及行为发现并无异常,这充分说明WS2-PEG纳米片可以作为较好的CT及光声成像剂用于光热治疗,并且无其他副作用。

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以上内容来自齐岳小编zzj 2021.4.8

 

 

标签:齐岳,纳米,复合材料,修饰,WS2,硫化,聚乙二醇,PEG
来源: https://blog.csdn.net/qq_20033523/article/details/115510606

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