刺激响应性纳米药物载体由于具有改变药物代谢动力学、显著提高药物利用率、实现在病灶部位按需给药、降低药物的毒副作用等优势,己成为当今纳米生物医学领域最热门的研究方向之一。作为其中的典型代表,多孔纳米材料具有丰富的纳米孔结构、低密度、高的比表面积以及可调的孔径尺寸等物理化学性质,在工业催化、气体吸附、分析检测、线性光学和电磁材料等技术领域,尤其是在疾病的诊断与治疗方面展示出广阔的应用前景和经济价值。本论文紧紧围绕如何提高载体的装载能力和降低封堵分子的生物毒性两方面问题,以基于多孔纳米材料刺激响应性药物载体设计为研究主线,主要开展了以下研究工作:一、基于明胶包裹介孔二氧化硅纳米颗粒的细胞内pH刺激响应的药物传递为了改善封堵分子的生物毒性,结合明胶天然来源、生物相容性好、廉价易得等优良特性,发展了一种明胶包裹介孔二氧化硅的pH刺激响应体系用于细胞内药物控制释放。在此系统中,蛋白高聚物明胶通过低温下的凝胶过程和戊二醛介导的交联反应在介孔二氧化硅纳米颗粒表面形成包裹层。在中性条件下,明胶包裹层能有效封堵介孔,防止药物分子泄漏;而在弱酸条件下,明胶和颗粒发生质子化,静电斥力增强,使明胶脱离颗粒表面,介孔打开,装载的药物被释放。我们将抗肿瘤药物阿霉素包裹在介孔通道内,以明胶包裹层封堵介孔,考察该系统在缓冲液和细胞内的刺激响应释放行为。结果表明,该系统具有较大的装载量并且具有较好的pH刺激响应性。在细胞的吞噬作用下,颗粒内化入细胞并主要分布于溶酶体中,而溶酶体的低pH环境使得介孔打开,释放的阿霉素进入细胞核内发挥作用。MTT实验表明,装载了阿霉素的颗粒表现出很高的细胞杀伤效率,同时,作为载体颗粒具有低的毒性,是一种理想的细胞内酸响应药物载体。二、介孔二氧化硅的程序性包裹用于基质金属蛋白酶2刺激响应的肿瘤靶向和药物传递在前章基础上,为了解决载体靶向性问题,基于纳米颗粒程序性包裹技术和基质金属蛋白酶2降解明胶的特性,发展了一种智能介孔二氧化硅纳米载药体系用于肿瘤微环境刺激响应的肿瘤靶向及控制释放。首先,将肿瘤细胞靶向分子叶酸修饰在介孔二氧化硅纳米颗粒表面,然后通过温度介导凝胶过程对纳米颗粒进行明胶包裹,明胶包裹层既可以封堵介孔,防止药物分子提前释放,又可以保护叶酸分子。为了使颗粒具有更长的体内循环时间,将聚乙二醇共价交联在介孔二氧化硅颗粒表面得到纳米载药体系。细胞,多细胞球体以及活体实验结果表明,该体系在药物传递过程中能有效避免非特异性吸附。当体系循环至肿瘤部位时,肿瘤部位高表达的基质金属蛋白酶水解明胶包裹层,使叶酸暴露出来。随后,叶酸与肿瘤细胞的叶酸受体特异性结合,促进细胞对载药体系的摄取。同时,由于明胶层降解,介孔打开,药物分子释放。通过程序性包裹,该系统实现了在特定时间,特定位置的精确控制释放,展现出了良好的肿瘤杀伤效果。三、基于伴刀豆球蛋白a门控分子的甘露糖响应型介孔二氧化硅纳米控制释放体系除了针对肿瘤治疗的药物载体,发展其它刺激响应药物传递体系也是很有必要的。我们选择天然来源的伴刀豆球蛋白a作为门控分子,利用甘露糖和葡萄糖与伴刀豆球蛋白a竞争性结合特性构建了一种新型的伴刀豆球蛋白a封堵葡萄糖功能化介孔二氧化硅的甘露糖刺激响应控制释放载药体系。通过高倍透射电子显微镜、x射线衍射及比表面积分析等手段表征了纳米载药体系的制备及其修饰。以联钌吡啶染料分子作为模式客体分子,考察了该体系的控制释放行为。在没有甘露糖存在时,伴刀豆球蛋白a和介孔二氧化硅表面的葡萄糖多价结合并有效封堵介孔,几乎没有染料释放;在甘露糖存在的条件下,由于甘露糖和伴刀豆球蛋白a的结合力更强,介孔二氧化硅表面的伴刀豆球蛋白a被竞争下来,进而打开介孔,在340min内染料分子的释放量高达93%。实验研究表明,该体系对甘露糖具有很好的刺激响应性,有望实现在药物控制释放领域的应用。四、茜素氟蓝功能化的介孔二氧化硅智能纳米载药体系用于葡萄糖响应的双药物控制释放及实时监测以上体系不能监测药物的释放情况,无法为用药提供有效地信息。为了解决这一问题,基于茜素氟蓝、葡萄糖和1,4-苯二硼酸的竞争性结合并引起荧光信号变化的机制,我们构建了用于实时监测葡萄糖刺激响应的双药物释放的多功能介孔二氧化硅纳米颗粒。在该体系中,首先采用微乳液法合成介孔二氧化硅纳米颗粒并在其表面修饰茜素氟蓝。然后以1,4-苯二硼酸为桥连剂,将降糖药物葡萄糖酸修饰的胰岛素固定在介孔表面,构成胰岛素封堵介孔二氧化硅的葡萄糖刺激响应控制释放体系。由于茜素氟蓝、1,4-苯二硼酸和胰岛素所构成的三明治结构保持完整,该体系在570nm处具有强荧光。同时,胰岛素能有效封堵介孔,防止药物分子的泄漏;当环境中葡萄糖浓度升高时,葡萄糖与1,4-苯二硼酸发生竞争性结合,1,4-苯二硼酸和胰岛素从介孔二氧化硅颗粒表面脱离,介孔打开,药物释放。同时,体系的荧光强度降低。由于荧光变化情况与介孔的封堵/打开有直接关系,所以可以通过实时监测荧光变化来定量检测药物释放情况。我们将另一种降糖药物马来酸罗格列酮包裹进介孔通道内。实验结果表明在缓冲液和人血清中,胰岛素和马来酸罗格列酮的释放与荧光信号的变化具有相关性。该体系为新一代糖尿病光学诊断,反馈式治疗和无创监测纳米器件设计提供了思路。五、基于金属-有机框架材料自牺牲模板策略合成尺寸可控的三维中空介孔二氧化硅纳米颗粒用于细胞内pH刺激响应的药物传递为了提高介孔二氧化硅载体的装载能力,发展了一种金属有机骨架(MOFs)自牺牲模板策略制备尺寸可调的三维中空介孔二氧化硅材料(HMSNs)。在该策略中,首先以酸敏感的类沸石咪唑酯骨架材料(ZIF-8)为模板,在其表面通过溶胶凝胶法包裹介孔二氧化硅层,随后ZIF-8在酸性条件下降解获得HMSNs。我们发现,中空介孔二氧化硅纳米颗粒的尺寸和形貌可以通过系统调节ZIF-8模板的合成条件进行控制。一系列单分散性的,尺寸从80nm到3000nm的非球形中空介孔二氧化硅被合成。制得的颗粒具有有序均一的孔道结构,超大体积的内腔和良好的生物相容性,非常适合作为载体用于药物的刺激响应性释放。我们将360nm的HMSN作为载体,在其表面包裹ZIF-8作为封堵层,发展了基于ZIF-8包裹HMSN的细胞内pH刺激响应的药物传递体系。此外,基于这一策略,大尺寸的功能性纳米颗粒也可以被装载进入HMSN的空腔内,制备yolk-shell型纳米颗粒。六、基于金属有机框架包裹Pd-Cu合金纳米颗粒用于肿瘤的光热治疗与化疗协同治疗除中空介孔二氧化硅外,MOFs材料具有合成方式温和简便,生物可降解,超大的装载能力等优点,在纳米药物载体有巨大潜力。基于此,我们首先通过简单、一锅煮的合成方法,制备了具有很高光热转换效率的Pd-Cu合金纳米颗粒,并和抗肿瘤药物阿霉素一同包载进入具有pH响应性的金属有机框架ZIF-8中,发展了一种制备简单、功能强大的纳米药物载体用于肿瘤的光热治疗与化疗协同治疗。在该体系中,金属有机框架ZIF-8可自组装在Pd-Cu纳米颗粒表面,在组装时加入抗肿瘤药物阿霉素,阿霉素分子可嵌入到ZIF-8的骨架内,使药物不释放。当在酸性条件下,ZIF-8骨架发生降解,从而释放出阿霉素。另一方面,由于Pd-Cu纳米颗粒具有良好的光热特性,能实现光热治疗。体外及细胞实验结果表明,该体系能有效装载阿霉素和Pd-Cu合金纳米颗粒,并具有较好的pH响应性。同时,Pd-Cu合金纳米颗高效吸收NIR光并转化为热能,不仅能杀伤肿瘤细胞,还可促进药物的释放,促进肿瘤细胞的杀伤,具有一定的协同治疗效果。