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功能化金属配合物在多模态成像上的应用认领

作者：

项攀

学位授予单位：

安徽大学

摘要：

过渡金属配合物通常具有低毒性、极好的生物相容性和光稳定性等优秀特质，因此在生物成像、疾病监测以及生物治疗等领域均具有广泛的应用前景。本论文从研究目标出发，分别设计合成了以铁和铱为中心原子的两大类金属配合物。实验结合配合物的光物理特征以及在共聚焦成像、超分辨成像、荧光寿命成像、活体荧光成像以及光声成像等成像系统上的优异的成像效果，系统研究了过渡金属配合物在生物医学等领域的应用。主要研究内容如下：　　1.三联吡啶基铁配合物的设计合成以及光热性质和光声成像的应用探索　　光声成像（PAI）是一种利用生物组织不同的光学吸收特性，通过对光激发所产生的不同的超声信号进行重建从而达到极高分辨率的成像效果。光声成像由于其在深层组织穿透中的超高分辨率以及无创性，近十年来受到广泛关注。其巨大的应用前景催生了一系列可用于光声成像的造影剂，目前已经报道的造影剂无机材料类有金纳米晶体、过度金属硫化物和MXene基纳米材料等;有机材料类有氰基染料、二亚胺和黑色素等，而在低成本水平上具有可调控分子结构的功能性PA探针仍然是一个重大挑战。在此，我们以三联吡啶为母体，分别引入具有良好抗炎效果的磺酸盐、极佳水溶性的季铵盐和极好脂溶性的醚氧链基团，合理设计了三种具有不同水溶性的三吡啶铁复合物：S-Fe，J-Fe和O-Fe。这些配合物均具有较大的摩尔消光系数、低荧光量子产率以及可忽略不计的细胞毒性，同时由于其快速的激发态失活而具有较高的光热转换效率，使其适合作为PA探针。值得注意的是,其中一种名为S-Fe的配合物的光热转换效率可高达29.6%。此外，S-Fe具有良好的溶解性和生物相容性，这为体内光声成像提供了潜在可能。令人惊喜的是，进一步的药代动力学评价表明，这种配合物对活体动物几乎具有无创性，并且具有相对较快的代谢速度，避免了药物堆积造成的肝肾损伤。该研究利用价格低廉的铁配合物作为PA剂，填补了光声成像材料的空白，同时为研究者对于配合物的应用前景开辟了新的思路。　　2.一种具有黏度响应的荧光探针通过荧光寿命成像鉴别正常细胞与肿瘤细胞　　肿瘤以其高发病率及致死率成为人类棘手但又亟待攻克的难题，能够早期诊断病变可以大大提高患者生存率。然而，目前临床上主要以HE染色以及免疫组化等手段来进行鉴别和诊断，步骤繁琐且耗费大量人力物力。因此，研发简单高效的方法能够早期对于癌变部位进行确诊以及是否发生转移进行鉴定仍然是一种挑战。荧光寿命成像作为新型的成像方式，因其只受荧光分子所受环境影响而得到广泛关注。基于此，我们设计合成了一种黏度响应型荧光探针MIr用于鉴别正常细胞和肿瘤细胞。MIr的荧光寿命与黏度之间呈现出极好的线性关系（R2=0.99），同时，MIr受细胞内其他微环境如ph以及极性等影响几乎可忽略不计，对于黏度具有高度的专一性。细胞层面上，MIr通过嵌入膜磷脂双分子层的方式特异性靶向线粒体，不受膜电位影响的同时也避免了与细胞器组分发生反应对细胞器造成伤害，因而具备了长期动态监测的能力，其低的细胞毒性以及良好的生物相容性为进一步的组织层面上鉴定提供了可能。另外，铱的引入使得探针具有生成活性氧的能力，在进行肿瘤细胞鉴别的同时能够进一步进行光动力治疗而达到抗肿瘤的效果。基于正常细胞和肿瘤细胞黏度的差异性，该研究利用一种黏度响应性荧光探针通过荧光寿命成像这种简单高效的手段对正常细胞和肿瘤细胞进行鉴别，同时，其具有的单线态氧产生能力能够在早期发现并确诊肿瘤发生的同时进一步进行抗肿瘤治疗，以期能够大大提高患者的生存率。

摘要译文

关键词：

过渡金属配合物; 光声成像; 荧光成像; 荧光寿命成像; 细胞器靶向; 肿瘤细胞鉴别; 光动力治疗; 荧光探针

学位年度：

2021

学位类型：

硕士

学科专业：

生物工程

导师：

孙敏田肖和

中图分类号：

O641.4[络合物化学（配位化学）]

学科分类号：

070304[物理化学];081704[应用化学];081706[分子化工]