论文总字数：29289字

摘 要

本毕业设计的主要内容为设计并合成以聚多巴胺（PDA）为内核、以掺铜的沸石咪唑酯骨架材料（Cu/ZIF-8）为外层的壳核结构纳米粒子——PDA@Cu/ZIF-8，表征其性能，并研究其抗肿瘤活性。具体工作如下：

首先用溶剂氧化法合成PDA，并通过配位作用在PDA的表面生长Cu/ZIF-8晶体，形成复合纳米材料PDA@Cu/ZIF-8。该纳米粒子具有大小均匀、分散性好、稳定性高的优点。然后，进行谷胱甘肽（GSH）消耗及活性氧（ROS）生成测试试验，主要得到两个结论：其一，该纳米粒子的Cu/ZIF-8外层可以释放能络合GSH的铜离子；其二，PDA仍具有良好的光热转换能力，转换光能得到的热量可以增强铜芬顿反应从而提高ROS的水平。最后，经细胞实验验证，这两个结论在GSH和H₂O₂的浓度相对较高的癌细胞内，表现为降低细胞内GSH水平并提高ROS水平，对癌细胞表现出较高的细胞毒性，由此我们开发的PDA@Cu/ZIF-8是一种新型的基于铜芬顿的化学动力学疗法和光热疗法的联合治疗方案，为之后研发抗癌相关工作提供良好的思路。

关键词：谷胱甘肽 活性氧 光热转换 铜芬顿反应

Abstract

The main content of this graduation project is to design and synthesize shell-core structure nanoparticles with polydopamine (PDA) as the core and copper-doped zeolitic imidazolate framework material (Cu/ZIF-8) as the outer layer - PDA@Cu/ ZIF-8, characterizes its performance and studies its antitumor activity. The specific work is as follows:

Firstly, PDA was synthesized by solvent oxidation method, and Cu/ZIF-8 crystal was grown on the surface of PDA by coordination to form composite nanomaterial PDA@Cu/ZIF-8. The nanoparticles have the advantages of uniform size, good dispersibility and high stability. Then, glutathione (GSH) consumption and reactive oxygen species (ROS) production test were conducted, and two main conclusions were obtained. First, the Cu/ZIF-8 outer layer of the nanoparticle can release copper ions capable of complexing GSH. Second, PDA still has good photothermal conversion capability, and the heat obtained by converting light can enhance the copper Fenton reaction and increase the level of ROS. Finally, it has been confirmed by cell experiments that these two conclusions show that in the cancer cells with relatively high concentrations of GSH and H2O2, the expression of GSH is decreased and ROS levels are increased, and the cells exhibit high cytotoxicity. The PDA@Cu/ZIF-8 we developed is a new type of copper fenton-based combination of chemical kinetics and photothermotherapy, which provides a good idea for the development of anti-cancer work.

Key words: glutathione, active oxygen, photothermal conversion, copper Fenton reaction

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第一章 绪论 1

1.1聚多巴胺概述 1

1.1.1制备和聚合机理 1

1.1.2 理化性质 3

1.1.3 PDA衍生的纳米材料 4

1.1.4小结 6

1.2 沸石咪唑酯骨架材料（ZIFs）概述 6

1.2.1制备 7

1.2.2结构及特性 8

1.2.3载药方面的应用 9

1.2.4小结 9

1.3光热疗法（PTT）概述 10

第二章 PDA@Cu/ZIF-8的制备、表征及抗肿瘤活性的研究 12

2.1引言 12

2.2实验部分 12

2.2.1 试剂与仪器 12

2.2.2 PDA@Cu/ZIF-8的制备 14

2.2.3 PDA@Cu/ZIF-8的表征 14

2.2.4 PDA@Cu/ZIF-8的光热效应 15

2.2.5 PDA@Cu/ZIF-8消耗GSH 15

2.2.6 ROS的生成 15

2.2.7 细胞培养 16

2.2.8细胞毒性实验 16

2.2.9 细胞内ROS水平测量 16

2.3结果与讨论 17

2.3.1 PDA@Cu/ZIF-8的制备与表征 17

2.3.2 PDA@Cu/ZIF-8的光热效应 19

2.3.3 PDA@Cu/ZIF-8消耗GSH 19

2.3.4 ROS的生成 20

2.3.5细胞毒性实验 21

2.3.6 细胞内ROS水平测量 22

结与展望 24

致 谢 26

参考文献 27

第一章 绪论

1.1聚多巴胺概述

即使在潮湿的表面上，贻贝也能够以高粘合强度牢固地附着在各种基材上，由此科学家长期以来一直在研究贻贝的湿粘附性。结果发现，斑块-底物界面附近的3,4-二羟基-L-苯丙氨酸（DOPA）和富含赖氨酸的蛋白质是其异常强烈粘附的主要原因。基于这些发现，与DOPA相似的分子结构的聚多巴胺（PDA），在2007年作为一种新型涂料而被关注。PDA的主要优点与贻贝一样，它可以很容易地沉积在几乎所有类型的无机和有机基质上，包括超疏水性表面，具有可控的薄膜厚度和耐用的稳定性。因此，PDA开辟了修饰各种底物的新途径，并引起广泛研究。

PDA也是天然存在的黑色素（真黑素）的主要色素。因此，PDA在光学，电学和磁学中显示出真色素的许多显著特性，并且具有优异的生物相容性。PDA的另一个有价值的特征在于其化学结构，它结合了许多官能团，例如儿茶酚、胺和亚胺。这些官能团既可以作为与所需分子共价修饰的起点，也可以作为过渡金属离子负载的锚点，通过在碱性条件下对这些金属离子的强大还原能力，可以进一步实现多种杂化材料的出现。PDA所具有的这些优点，不仅使其可用作涂层材料，而且已迅速融入化学、生物、医学和材料科学以及应用科学领域的广泛应用中。

1.1.1制备和聚合机理

溶液氧化法是最广泛使用的PDA生成方案。单体多巴胺可以在氧气作为氧化剂的碱性条件下（pHgt;7.5）被氧化并自发地自聚合。这种自聚合反应非常温和，无需任何复杂的仪器或苛刻的反应条件。将市售的多巴胺盐酸盐加入碱性溶液中时，立即发生多巴胺单体的聚合，伴随着从无色到浅棕色的颜色变化，并且随着时间的推移最终变成深棕色。如有文献^[1]以如下具体步骤来合成PDA：

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