多?能六硼化鑭複合奈米粒子之製備與近紅外光光熱治療應用

  • 賴 柏宏

學生論文: Doctoral Thesis

摘要

光熱治療是一種藉由光敏劑吸收光產生熱而進一步殺死腫瘤細胞之引人注目的治療技術。因為生物組織在近紅外光範圍無明顯的吸收,故通常使用近紅外光以避免對健康細胞造成非特異性加熱,並可穿透至較深的組織。此外,由於電漿奈米材料可令此技術具有空間選擇性,故常做為其光敏劑。在過去十年,以奈米材料為基礎的近紅外光光熱治療受到明顯增加的重視。光熱治療用材料主要包括金奈米材料、奈米碳管、及還原氧化石墨烯等。其中,金奈米材料最受關注。最近,六硼化鑭奈米粒子已被證實具有優異的近紅外光光熱轉換特性,相較於金奈米材料,由於價格相對較低、易於製備以及具有優異的近紅外光熱轉換性質,因此可作為一種新穎的近紅外光光熱治療材料。另一方面,在過去十年,碳摻雜二氧化矽奈米材料和近紅外光上轉換材料在生物螢光顯影上也頗受到重視。它們與近紅外光光熱轉換材料的結合可形成兼具近紅外光驅動光熱治療與螢光顯影的新穎性多?能複合奈米粒子。 此外 感染性細菌引發的疾病持續造成人類死亡和殘疾,特別是從革蘭氏陽性菌所引起的感染仍然是造成人類發病和死亡的主要原因。萬古黴素是一種常用的聚?醣抗生素,可透過與細菌終端的胜?(D-alanyl-D-alanine)形成氫鍵,進而抑制細菌細胞壁生成,因此萬古黴素修飾的磁性奈米粒子已被開發作為有效選擇性抓取抗萬古黴素的格蘭氏陽性菌與陰性菌的親和性探針。如此,這些萬古黴素修飾的磁性奈米粒子與近紅外光光熱轉換材料的結合,可得到兼具細菌選擇性磁性分離與光熱消融雙?能的新穎多?能複合奈米粒子。 本論文係有關近紅外光光感性複合奈米粒子之製備與應用,根據上述,以近紅外光光熱轉換材料為主體,結合具螢光顯影、磁性分離或選擇性抓取等?能的材料或分子,發展?能性複合奈米粒子,應用於癌細胞的光熱治療與螢光顯影以及細菌的選擇性磁性分離與光熱消融。本論文內容共包括三個主題: (1)製備表面被覆摻碳二氧化矽之六硼化鑭奈米粒子,並探討其在癌細胞螢光顯影與近紅外光光熱治療上的應用;(2)製備表面被覆二氧化矽之六硼化鑭與摻雜Yb Er之NaYF4所共同構成的LaB6@SiO2/NaYF4:Yb Er@SiO2複合奈米粒子,並探討其在癌細胞近紅外光螢光顯影與光熱治療上的應用;(3)製備表面被覆二氧化矽且修飾萬古黴素之六硼化鑭與氧化鐵所構成之複合奈米粒子,並探討其在細菌磁性分離與近紅外光光熱消融的應用。 第一部分研究係製備表面被覆摻碳二氧化矽之六硼化鑭(LaB6@C-SiO2)奈米粒子,並探討其在癌細胞螢光顯影與近紅外光光熱治療上的應用。藉由改良式St?ber法以TEOS和APTES做為前驅物和碳源與進一步熱處理成?製備出六硼化鑭被覆碳摻雜二氧化矽奈米粒子。在6%的APTES/TEOS的莫耳比和350℃的熱處理溫度可得到最佳量子產率。六硼化鑭奈米粒子具備優異的光熱轉換效率,在近紅外光照射15個循環後仍保有優異的光熱轉換特性。在碳摻雜二氧化矽修飾後,所產生的LaB6@C-SiO2奈米粒子具有優異的近紅外光熱轉換性能和分別在紫外線照射或可見光照射下,可產生藍色與綠色螢光。以HeLa癌細胞做測試,結果顯示LaB6@C-SiO2奈米粒子沒有顯著的細胞毒性。然而,在近紅外光照射下,含LaB6@C-SiO2奈米粒子的細胞,細胞存活率顯著的降低至小於10%。進一步透過共軛焦顯微鏡,可知LaB6@C-SiO2奈米粒子經過細胞吞噬後存在於細胞質而非細胞核,此結果證實LaB6@C-SiO2奈米粒子的螢光顯影的?能。此外,含有六硼化鑭被覆二氧化矽奈米粒子之腫瘤在近紅外光照射後可急速升溫且保持在50℃左右。在活體光熱治療研究方面,注射表面被覆二氧化矽之六硼化鑭奈米粒子與照射近紅外光雷射之NOD-SCID小鼠的腫瘤相對體積明顯較其它條件為低。這些結果證實LaB6@C-SiO2奈米粒子確實可有效用於癌細胞的螢光顯影與近紅外光熱治療。 第二部分研究係製備由表面被覆二氧化矽之六硼化鑭與?雜Yb Er之NaYF4所共同構成的LaB6@SiO2/NaYF4:Yb Er@SiO2(LaB6@SiO2/UC@SiO2)複合奈米粒子,並探討其在癌細胞近紅外光螢光顯影與光熱治療上的應用。經由LaB6@SiO2和NaYF4:Yb Er@SiO2的結合而成?製備出LaB6@SiO2/UC@SiO2複合奈米粒子。LaB6@SiO2/UC@SiO2複合奈米粒子具有優異的近紅外光熱轉換性能與在波長980nm雷射照射下產生綠色螢光。以HeLa癌細胞做測試,結果顯示即使LaB6@SiO2/UC@SiO2複合奈米粒子濃度高至400 μg/ml依然沒有顯著的細胞毒性。然而,含LaB6@SiO2/UC@SiO2複合奈米粒子濃度為250 μg/ml的細胞在近紅外光照射10分鐘下,細胞存活率降低至小於10%,但在不含LaB6@SiO2/UC@SiO2複合奈米粒子的細胞經過近紅外光照射十分鐘後並無顯著的細胞死亡。此外,透過共軛焦顯微鏡得知,LaB6@SiO2/UC@SiO2複合奈米粒子會被細胞吞噬至細胞質,且在近紅外光照射下發出螢光。這些結果證實LaB6@SiO2/UC@SiO2複合奈米粒子可利用近紅外光照射同時達到螢光顯影與癌細胞光熱治療的?能。 第三部分研究係製備由表面被覆二氧化矽且修飾萬古黴素之六硼化鑭與氧化鐵(Van-LaB6@SiO2/Fe3O4)所構成之複合奈米粒子,並探討其在細菌磁性分離與近紅外光光熱消融上的應用。經由被覆二氧化矽殼層與羧基修飾的六硼化鑭奈米粒子將其表面藉由碳二醯胺活化,可以讓萬古黴素和Fe3O4奈米粒子鍵結於其表面,成?製備出Van-LaB6@SiO2/Fe3O4複合奈米粒子。從特性分析結果證實Van-LaB6@SiO2/Fe3O4複合奈米粒子接近超順磁,且同時保有LaB6核心優良的近紅外光吸收與光熱轉換性能以及萬古黴素捕捉 S aureus和E coli的能力。在近紅外光照射下,Van-LaB6@SiO2/Fe3O4複合奈米粒子確實可有效用於S aureus和E coli的捕獲和光熱消融。藉由磁場協助,可將捕獲細菌磁性聚集而進一步提升光熱消融的效率。
獎項日期2014 十二月 5
原文Chinese
監督員Dong-Hwang Chen (Supervisor)

引用此文

多?能六硼化鑭複合奈米粒子之製備與近紅外光光熱治療應用
柏宏, 賴. (Author). 2014 十二月 5

學生論文: Doctoral Thesis