功能化聚多巴胺微纳米马达的构建及应用研究

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中文摘要：微纳米马达是一种能够将多种能量转化为自身动能的微型机械。根据马达的组成材料开发出了不同的驱动方式，如化学驱动、生物驱动、磁驱动、光驱动、电驱动等。为了实现不同的应用，各种各样结构的马达，例如管状、棒状、螺旋状、Janus球、瓶状等也在不断地被研发出来。近年来，随着对微纳米马达领域研究的不断深入，微纳米马达在环境修复、体内外的药物递送、微纳米制造等方面应用越发广泛。目前，微纳米马达的制备材料常伴有生物毒性、难降解、生物相容性差等特点，因此未来研究方向之一将集中于开发低毒、易降解、生物相容性好的环境友好型微纳米马达。研究表明聚多巴胺（PDA）具有优异的生物相容性和粘附性能，在微纳米马达的研究中有较大潜力。本论文主要对功能化聚多巴胺微纳米马达进行研制和应用研究，探究了其在水环境有机污染物和重金属离子的去除和抗癌药物递送的应用，主要工作如下： 1.功能化聚多巴胺微管马达的研制及其在水治理中的应用研究亚甲基蓝（MB）作为一种非常常见的偶氮染料，是水体有机污染物重要来源之一，进入人体后会对人体健康造成严重危害。Pb2+和Cd2+是工业废水中的典型的重金属离子，进入环境后无法被降解，会在生物圈中积累，随食物进入生物体中。因此，提高水环境中MB的降解和重金属离子的去除效率意义非常。本文通过模板电沉积技术制备了聚多巴胺（PDA/Pt）的微管马达，通过对微管马达的表面修饰Fe3O4纳米粒子首次得到Fe3O4-PDA/Pt微管马达。微管内Pt颗粒催化溶液中H2O2分解产生O2气泡，推动马达快速运动。微管马达上Fe3O4纳米粒子中的Fe2+与H2O2发生类Fenton反应产生的具有强氧化性的羟基自由基将MB氧化降解。由于PDA的酚醌单元可促进Fe3+与Fe2+间的循环，因此PDA/Pt微管马达负载Fe3O4纳米粒子后，使MB的降解率得到提升，与PDA/Pt微管马达相比，降解率提高了50%左右。实验结果表明，在不同的pH环境中，Fe3O4-PDA/Pt微管马达均能快速降解MB。在pH=8时，Fe3O4-PDA/Pt微管马达对MB能够实现快速（16min），高效（≥90%）的去除。马达的重复利用率高，三次降解试验后对MB的降解率依旧在71%左右。另外，由于PDA/Pt微管马达表面丰富的酚羟基和氨基基团可以与很多金属离子发生配位作用而对金属离子具有优异的吸附性能。微管马达的运动使溶液微搅动，加大了马达表面PDA与污染物的接触几率，从而使污染物的去除率有显著提升。在短时间内（6min），对Pb2+和Cd2+实现快速去除（分别约为85%和89%）。综上所述，本章研制的功能化聚多巴胺微管马达制作方法比较简便，能对有机污染物和无机污染物都能快速高效地去除，且能够多次回收重复利用，因此在水治理中有一定的应用潜力。 2.功能化聚多巴胺Janus微球马达的研制及其在载药方面的研究具有不对称结构的Janus微球马达是目前最为常见的人造微纳米马达结构之一，其中由于镁（Mg）球为基底的Janus微球马达可以在多种溶液环境（如水、酸、盐、血液）中反应产生H2来实现马达驱动，且产物Mg2+对人体亦无显著毒副作用，在生物医药方面具有潜在的应用价值。本文以聚多巴胺纳米粒子（PDANPs）为最外层，尤特奇（Eudragit）为中间层，金属Mg球为基底构建了聚多巴胺Janus微球马达。该微球马达可在多种pH环境下快速运动。利用PDANPs通过π-π相互作用与抗癌药物阿霉素（DOX）结合，PDANPs的酚羟基与硼替佐米（BTZ）的硼酸键形成硼酸酯键和BTZ结合分别构建了两种载药微球马达。同时，载药微球马达在弱酸性（pH=5）环境对两种药物的释放均优于中性（pH=7.4）环境，说明PDA具有pH敏感的药物释放性能，有望实现在肿癌微酸环境下的药物释放。由载药前后的zeta电势可知，两种载药微球马达均带负电荷，也有利于其在血液中的应用。该功能化聚多巴胺Janus微球马达制作方法简单，成本低，生物相容性好，且由于PDANPs表面的丰富基团，也可构建其他药物的载药体系，因此在生物医药领域有较大的应用潜力。

作者：

苏晨

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关键词：

微纳米马达聚多巴胺功能化聚多巴胺水治理抗癌药物递送

授予学位：

硕士

学科专业：

化学;分析化学

导师：

王晓蕾

学位年度：

2023

学位授予单位：

山东师范大学

语种：

中文

中图分类号：