论文总字数：21631字

摘 要

耐药菌的出现给细菌感染治疗带来极大的挑战，利用纳米载体实现感染部位抗菌药物的原位释放，是实现药物有效递送、减缓耐药性产生的有效手段。本课题中，1）我们选用具有光热性能的普鲁士蓝（PB）作为药物载体，探究普鲁士蓝纳米颗粒的形貌与反应条件的关系。通过精确控制铁氰化钾与聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的配比和反应条件，得到了形貌可调的普鲁士蓝纳米颗粒（mPBs）。2）对mPB NPs进行刻蚀得到中空介孔普鲁士蓝纳米颗粒（hPBs）。XRD和TEM结果表明，所得普鲁士蓝纳米颗粒为粒径80-100 nm中空介孔的立方体结构。该纳米颗粒对600-1000 nm近红外波段有较强的吸收，具有很强的光热转换能力，未来可实现热疗和化疗的协同治疗。3）体外模拟感染微环境，探索hPBs药物负载与释放的能力。

综上，我们成功制备一种光热性能优异且能响应于细菌感染部位微环境的载药中空介孔普鲁士蓝纳米颗粒，该材料在抗菌应用上可能具有很好的前景。

关键词：感染微环境 响应性递送系统 普鲁士蓝 纳米材料 光热转换

The synthesis of infected microenvironment responsive prussian blue nanoparticles

Abstract

The treatment of drug-resistant bacterial infections is still a huge challenge. To solve the challenge, the development of infected microenvironmental responsive nanocarrier is an effective way to improve the efficiency of drug and relieve the emergence of drug-resistance bacteria. In this article, 1) we selected Prussian blue (PB) with photothermal properties as the drug vehicle, and investigated the relationship between the morphology of Prussian blue nanoparticles and the reaction conditions. By precisely controlling the ratio and reaction conditions of potassium ferricyanide and polyvinylpyrrolidone (PVP), Prussian blue nanoparticles (mPBs) with adjustable morphology were obtained. 2) We etched the mPB NPs to obtain hollow mesoporous Prussian blue nanoparticles (hPBs). The XRD and TEM results showed that the PB nanoparticles have a cubic structure of hollow mesopores with a particle size of 80-100 nm. The nanoparticles have strong absorption in the near infrared band of 600-1000 nm, and have a strong photothermal conversion capability, which are suitable for the combination of photothermal therapy and antibiotics therapy. 3) We further explored the drug load and release capability of hmPBs in vitro infected microenvirnmental mimic condition.

In summary, we have successfully prepared a drug-loaded hollow mesoporous Prussian blue nanoparticle with excellent photothermal property and infected microenvironmental response. This antibacterial material may have good prospects in the application of antibacterial treatment.

Key Words: Bacterial microenvironment; Responsive delivery system; Prussian blue; Nano materials; Photothermal conversion

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 响应性药物递送系统概述 2

1.2.1 细菌感染微环境的特点 2

1.2.2 响应性药物递送系统的工作原理 2

1.3 普鲁士蓝纳米颗粒的概述和研究现状 3

1.4 本论文研究内容 3

第二章 实验材料以及方法 5

2.1 实验药品以及仪器 5

2.2 实验药品合成 5

2.3 材料分析与表征 6

2.3.1 透射电子显微镜 6

2.3.2 X-射线衍射仪 6

2.3.3 紫外-可见分光光度计 6

2.3.4 hPBs光热性能测试 6

第三章 普鲁士蓝纳米载体的表征结果与分析 7

3.1 mPBs及hPBs的合成原理 7

3.2 mPBs及hPBs的XRD表征 7

3.3 mPBs及hPBs的TEM表征 8

3.4 hPBs的UV-Vis-NIR吸收光谱表征 9

3.5 hPBs的光热转换性能和光热稳定性 11

3.6 hPBs的药物装载和药物释放可能性探究 11

第四章 总结展望 13

4.1 总结 13

4.2 未来研究展望 13

参考文献 15

致谢 18

绪论

引言

回顾人类疾病史，细菌感染性疾病无疑是造成大量人员死亡的罪魁祸首之一。因此，研究者们对抗菌药物进行了长年累月的开发探索。1928年，Fleming偶然发现青霉素可以抑制细菌的生长与繁殖，但其提纯极为困难。直到1941年Florey和Chain才实现对青霉素的分离与纯化。1942年，在前人研究成果的推动下，青霉素得以大批量生产，并在第二次世界大战时期拯救了无数士兵的生命。1943年，Waksman从土壤细菌中分离出链霉素，揭开了大规模筛选抗生素的时代。在之后的20年里，金霉素、氯霉素、土霉素、红霉素相继问世。1962年，人们研制出第一代喹诺酮类抗生素——萘啶酸，将其用于革兰阴性杆菌感染的治疗。此后，为实现光谱抗菌、增强抗菌活性，人们又研制出头孢烯类、碳青霉烯类等抗生素^{[1, 2]}。

抗生素的出现极大的降低了细菌感染的致死率，为侵入性手术提供很好的保护，对人类健康有着至关重要的意义。不幸的是，随着抗生素的普及及其不合理的使用，细菌频繁地与抗生素接触，从而使细菌产生诸多机制来抵御抗生素的灭杀，进而导致抗生素的疗效下降，甚至出现无法治疗的情况，我们把这些能够抵御抗生素的细菌称为“耐药细菌”^[3]。

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