ZIF8負載集熱療-化療一體化納米平臺：構(gòu)建、性能與展望

ZIF-8負載集熱療/化療一體化納米平臺：構(gòu)建、性能與展望一、緒論1.1研究背景與意義癌癥，作為全球范圍內(nèi)嚴重威脅人類健康與生命的重大疾病，長期以來一直是醫(yī)學研究領(lǐng)域的核心焦點。世界衛(wèi)生組織（WHO）發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，僅在2020年，全球新增癌癥病例就高達1930萬例，癌癥死亡人數(shù)更是達到了近1000萬例。這一嚴峻的現(xiàn)狀凸顯了癌癥對人類社會造成的沉重負擔，也迫切地表明了開發(fā)更加高效、安全的癌癥治療方法的緊迫性和必要性。當前，臨床上針對癌癥的主要治療手段包括手術(shù)切除、放射治療以及化學藥物治療等。手術(shù)切除在早期癌癥治療中具有重要作用，能夠直接移除腫瘤組織，但對于中晚期癌癥，由于腫瘤的擴散和轉(zhuǎn)移，手術(shù)往往難以徹底清除癌細胞，且存在較高的復發(fā)風險。放射治療則是利用高能射線殺死癌細胞，但這種方法在破壞癌細胞的同時，也會對周圍正常組織造成不同程度的損傷，引發(fā)一系列副作用，如放射性皮炎、放射性肺炎等，嚴重影響患者的生活質(zhì)量?；瘜W藥物治療，即化療，是通過使用化學藥物來抑制或殺死癌細胞，然而，化療藥物缺乏對癌細胞的特異性識別能力，在作用于癌細胞的過程中，會對正常細胞，如骨髓細胞、胃腸道黏膜細胞、毛囊細胞等造成損害，進而導致患者出現(xiàn)脫發(fā)、惡心、嘔吐、免疫力下降等不良反應(yīng)。此外，長期使用化療藥物還容易引發(fā)癌細胞的耐藥性，使得化療效果逐漸降低，進一步加大了癌癥治療的難度。為了克服傳統(tǒng)癌癥治療方法的局限性，近年來，集熱療與化療于一體的聯(lián)合治療策略逐漸成為研究熱點。熱療是利用物理方法將腫瘤組織加熱至一定溫度（通常為42-45℃），通過熱效應(yīng)破壞癌細胞的結(jié)構(gòu)和功能，誘導癌細胞凋亡。熱療不僅能夠直接殺傷癌細胞，還可以增強化療藥物的細胞毒性，提高化療的療效。這是因為熱療能夠使腫瘤組織的血管擴張，增加腫瘤組織對化療藥物的攝取和分布；同時，熱療還可以改變癌細胞的細胞膜通透性，促進化療藥物進入癌細胞內(nèi)，從而增強化療藥物對癌細胞的殺傷作用。此外，熱療和化療的聯(lián)合應(yīng)用還可以克服癌細胞的耐藥性，提高癌癥治療的成功率。因此，集熱療/化療于一體的治療模式為癌癥治療帶來了新的希望和突破。在實現(xiàn)集熱療/化療一體化治療的過程中，納米技術(shù)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。納米材料由于其獨特的尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)，在生物醫(yī)學領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。作為納米載體，納米材料能夠有效地負載化療藥物和熱療劑，實現(xiàn)藥物和熱療劑的靶向遞送，提高治療效果的同時降低對正常組織的毒副作用。例如，納米載體可以通過被動靶向（如增強的滲透和滯留效應(yīng)，EPR效應(yīng)）或主動靶向（如修飾特異性配體）的方式，將藥物和熱療劑選擇性地輸送到腫瘤組織，提高腫瘤部位的藥物濃度和熱療效果。此外，納米材料還可以通過調(diào)控其結(jié)構(gòu)和組成，實現(xiàn)對藥物釋放和熱療過程的精確控制，進一步提高治療的安全性和有效性。ZIF-8（ZeoliticImidazolateFramework-8）作為一種新型的金屬-有機框架材料（Metal-OrganicFrameworks，MOFs），在集熱療/化療一體化納米平臺的構(gòu)建中具有獨特的優(yōu)勢和價值。ZIF-8由鋅離子（Zn2?）與2-甲基咪唑（2-MiM）通過配位鍵自組裝形成，具有高度規(guī)整的晶體結(jié)構(gòu)和三維多孔網(wǎng)絡(luò)。其比表面積高達1000-3000m2/g，孔容約為0.5-1.5cm3/g，這種高孔隙率和大比表面積的結(jié)構(gòu)賦予了ZIF-8優(yōu)異的藥物負載能力，能夠有效地吸附和儲存化療藥物。例如，研究表明ZIF-8對阿霉素（DOX）的負載量可達到200-500mg/g。同時，ZIF-8具有良好的穩(wěn)定性和生物相容性，在生理條件下能夠保持結(jié)構(gòu)的完整性，不會對正常細胞和組織產(chǎn)生明顯的毒副作用。而且，ZIF-8在酸性環(huán)境下（如腫瘤微環(huán)境的pH值通常為6.5-7.2，低于正常組織的pH值）會發(fā)生降解，從而實現(xiàn)藥物的可控釋放，提高藥物在腫瘤部位的有效濃度。此外，通過對ZIF-8進行表面修飾或與其他納米材料復合，可以進一步拓展其功能，如引入具有光熱轉(zhuǎn)換性能的納米金屬氧化物，使ZIF-8負載的納米平臺具備集熱療功能，實現(xiàn)熱療和化療的協(xié)同治療。綜上所述，本研究旨在構(gòu)建基于ZIF-8負載的集熱療/化療于一體的納米平臺，并對其性能進行全面評價。通過深入研究該納米平臺的制備工藝、藥物負載與釋放特性、集熱性能以及生物相容性等方面，有望為癌癥的治療提供一種新型、高效、安全的治療策略，為解決癌癥治療難題提供新的思路和方法，具有重要的理論意義和實際應(yīng)用價值。1.2相關(guān)研究現(xiàn)狀1.2.1ZIF-8材料特性及應(yīng)用進展ZIF-8作為一種典型的金屬-有機框架材料，具有獨特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能。其晶體結(jié)構(gòu)屬于立方晶系，空間群為Pm-3m，由鋅離子（Zn2?）與2-甲基咪唑（2-MiM）通過配位鍵自組裝形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，每個鋅離子與八個2-甲基咪唑配體相連，構(gòu)成ZnN?四面體，這些四面體通過共享頂點相互連接，從而形成了高度規(guī)整且具有三維多孔網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。這種特殊的結(jié)構(gòu)賦予了ZIF-8諸多優(yōu)異的性能。ZIF-8擁有較高的比表面積，通常在1000-3000m2/g范圍內(nèi)，同時孔容約為0.5-1.5cm3/g，孔徑大小約為1.6nm。如此高的比表面積和適宜的孔容、孔徑，使其具備豐富的吸附和反應(yīng)位點，為氣體吸附與分離提供了有力條件。在氣體吸附方面，ZIF-8對多種氣體分子表現(xiàn)出良好的吸附性能。例如，研究表明ZIF-8對二氧化碳（CO?）具有較高的吸附容量，在一定條件下，其對CO?的吸附量可達數(shù)毫摩爾每克。這一特性使其在CO?捕獲與儲存領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值，有助于緩解溫室氣體排放帶來的環(huán)境問題。在氣體分離方面，ZIF-8能夠根據(jù)氣體分子的大小和形狀差異，實現(xiàn)對不同氣體的選擇性分離。例如，對于混合氣體中的甲烷（CH?）和氮氣（N?），ZIF-8可以利用其孔徑與CH?和N?分子動力學直徑的差異，有效地分離這兩種氣體，提高CH?的純度。ZIF-8在穩(wěn)定性方面表現(xiàn)出色，具有良好的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性。在熱穩(wěn)定性方面，ZIF-8能夠在較高溫度下保持結(jié)構(gòu)的完整性。一般情況下，其在300-400℃的溫度范圍內(nèi)仍能維持穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)，不會發(fā)生明顯的分解或結(jié)構(gòu)變化。這種熱穩(wěn)定性使得ZIF-8在一些需要高溫條件的應(yīng)用中具有優(yōu)勢，如高溫催化反應(yīng)等。在化學穩(wěn)定性方面，ZIF-8對常見的有機溶劑和酸堿溶液具有一定的耐受性。在一些有機合成反應(yīng)中，ZIF-8可以作為催化劑載體，在有機溶劑環(huán)境中保持穩(wěn)定，不會被有機溶劑溶解或破壞，從而有效地負載和穩(wěn)定催化劑活性組分，提高催化反應(yīng)的效率和選擇性。ZIF-8還具備良好的生物相容性，這使得它在生物醫(yī)學領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。在生理條件下，ZIF-8能夠保持穩(wěn)定，不會對正常細胞和組織產(chǎn)生明顯的毒副作用。研究人員通過細胞實驗和動物實驗證實了ZIF-8的生物相容性。例如，將ZIF-8納米顆粒與細胞共培養(yǎng)，細胞的存活率和增殖能力并未受到顯著影響，表明ZIF-8對細胞的生長和代謝沒有明顯的抑制作用。而且，ZIF-8在酸性環(huán)境下（如腫瘤微環(huán)境的pH值通常為6.5-7.2）會發(fā)生降解，從而實現(xiàn)藥物的可控釋放。利用這一特性，ZIF-8被廣泛應(yīng)用于藥物遞送系統(tǒng)。研究人員將化療藥物如阿霉素（DOX）、順鉑（CDDP）等負載到ZIF-8的孔道中，形成藥物-ZIF-8復合物。當該復合物到達腫瘤部位時，由于腫瘤微環(huán)境的酸性，ZIF-8逐漸降解，緩慢釋放出藥物，實現(xiàn)對腫瘤細胞的靶向治療，提高了藥物的治療效果，同時降低了藥物對正常組織的毒副作用。在生物成像領(lǐng)域，ZIF-8也有應(yīng)用。通過將熒光分子或磁共振成像（MRI）造影劑等負載到ZIF-8中，可以制備出具有成像功能的納米探針。例如，將熒光染料羅丹明B（RhB）負載到ZIF-8中，制備的RhB@ZIF-8納米探針在熒光成像中表現(xiàn)出良好的熒光信號，能夠清晰地標記細胞和組織，為生物醫(yī)學研究提供了有力的工具。而且，ZIF-8還可以與其他納米材料復合，拓展其功能。將ZIF-8與金納米粒子（AuNPs）復合，制備的AuNPs@ZIF-8復合材料不僅具有ZIF-8的藥物負載和釋放功能，還具備AuNPs的表面等離子體共振特性，在光熱治療和生物傳感等領(lǐng)域展現(xiàn)出潛在的應(yīng)用價值。1.2.2集熱療/化療一體化納米平臺研究進展集熱療/化療一體化納米平臺作為一種新型的癌癥治療策略，近年來受到了廣泛的關(guān)注和深入的研究。其核心思想是將熱療和化療兩種治療方式整合在一個納米平臺上，通過協(xié)同作用提高癌癥治療的效果。在構(gòu)建策略方面，研究人員采用了多種方法。一種常見的策略是利用納米材料作為載體，同時負載熱療劑和化療藥物。金納米棒（AuNRs）由于其在近紅外波段具有較強的光吸收能力和良好的光熱轉(zhuǎn)換效率，常被用作熱療劑。將AuNRs與化療藥物如阿霉素（DOX）同時負載到納米載體中，如聚合物納米顆粒、脂質(zhì)體等，構(gòu)建成集熱療/化療一體化的納米平臺。通過這種方式，在近紅外光的照射下，AuNRs吸收光能并轉(zhuǎn)化為熱能，使腫瘤組織溫度升高，產(chǎn)生熱療效果；同時，化療藥物DOX在腫瘤部位釋放，發(fā)揮化療作用，實現(xiàn)熱療和化療的協(xié)同治療。另一種構(gòu)建策略是通過對納米材料進行表面修飾，賦予其靶向性，提高納米平臺在腫瘤組織的富集效率。利用腫瘤細胞表面過度表達的特異性受體，如葉酸受體、表皮生長因子受體等，將相應(yīng)的配體修飾在納米平臺表面。將葉酸修飾在負載有熱療劑和化療藥物的納米顆粒表面，制備的葉酸靶向的集熱療/化療一體化納米平臺能夠通過葉酸與葉酸受體的特異性結(jié)合，實現(xiàn)對腫瘤細胞的主動靶向遞送，提高腫瘤部位的藥物濃度和熱療效果，降低對正常組織的毒副作用。在性能評價方面，集熱療/化療一體化納米平臺的性能主要包括藥物負載與釋放性能、光熱性能、生物相容性以及協(xié)同治療效果等。藥物負載量和包封率是衡量納米平臺負載藥物能力的重要指標。研究表明，通過優(yōu)化納米材料的結(jié)構(gòu)和制備工藝，可以提高納米平臺對化療藥物的負載量和包封率。一些納米材料通過調(diào)整其孔隙結(jié)構(gòu)和表面電荷，使得化療藥物能夠更有效地吸附和包裹在納米平臺內(nèi)部，從而提高藥物負載量。藥物釋放特性也是關(guān)鍵性能之一，研究人員通過調(diào)控納米材料的降解速度、環(huán)境響應(yīng)性等因素，實現(xiàn)藥物的可控釋放。對于pH響應(yīng)性的納米平臺，在腫瘤微環(huán)境的酸性條件下，納米材料發(fā)生降解，加速藥物釋放，提高藥物在腫瘤部位的有效濃度。光熱性能方面，主要評價熱療劑的光熱轉(zhuǎn)換效率、升溫速率以及熱穩(wěn)定性等。光熱轉(zhuǎn)換效率是衡量熱療劑將光能轉(zhuǎn)化為熱能能力的重要參數(shù)，高的光熱轉(zhuǎn)換效率能夠在較低的光照強度下實現(xiàn)有效的熱療。升溫速率則影響熱療的速度和效果，較快的升溫速率可以在較短時間內(nèi)達到熱療所需的溫度，提高治療效率。熱穩(wěn)定性是指熱療劑在多次光照循環(huán)下保持光熱性能的能力，穩(wěn)定的熱性能對于確保納米平臺在多次治療過程中的有效性至關(guān)重要。生物相容性是納米平臺應(yīng)用于臨床的重要前提，需要通過細胞毒性實驗、動物實驗等方法評估納米平臺對正常細胞和組織的毒性。研究表明，一些經(jīng)過合理設(shè)計和表面修飾的集熱療/化療一體化納米平臺具有良好的生物相容性，不會對正常細胞和組織產(chǎn)生明顯的毒副作用。協(xié)同治療效果是評價集熱療/化療一體化納米平臺性能的最終指標，通過體外細胞實驗和體內(nèi)動物實驗驗證熱療和化療的協(xié)同作用對癌細胞的殺傷效果。在體外細胞實驗中，將納米平臺與癌細胞共培養(yǎng)，在近紅外光照射下，觀察癌細胞的存活率、凋亡率等指標，評估協(xié)同治療效果。體內(nèi)動物實驗則更能模擬實際治療情況，通過建立腫瘤動物模型，將納米平臺注射到動物體內(nèi)，在近紅外光照射下，觀察腫瘤的生長抑制情況、動物的生存時間等指標，全面評價納米平臺的治療效果。研究結(jié)果表明，集熱療/化療一體化納米平臺在多種癌癥模型中展現(xiàn)出比單一治療方式更好的治療效果，能夠顯著抑制腫瘤的生長，延長動物的生存時間。二、ZIF-8負載集熱療/化療一體化納米平臺的構(gòu)建2.1ZIF-8材料的合成2.1.1合成方法選擇與原理ZIF-8的合成方法眾多，常見的有溶劑熱合成法、微波輔助法和微流控法等，每種方法都有其獨特的原理和優(yōu)勢。溶劑熱合成法是較為常用的一種方法，其原理是將鋅離子（通常以硝酸鋅等鹽的形式提供）和2-甲基咪唑溶于水或有機溶劑（如甲醇、N,N-二甲基甲酰胺等）。在加熱條件下，金屬離子與配體發(fā)生反應(yīng)，首先2-甲基咪唑在溶劑或熱量的作用下去質(zhì)子化，與鋅離子反應(yīng)形成ZIF-8的晶核。隨著反應(yīng)的進行，過量的中性2-甲基咪唑吸附于帶正電的ZIF-8納米晶表面，用于終止ZIF-8的增長。這種方法操作相對便捷，不需要特殊的設(shè)備，在一般的實驗室條件下即可進行。通過調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度、時間、反應(yīng)物濃度等參數(shù)，可以較為方便地控制ZIF-8的粒徑和形貌。Ahn等將鋅離子和2-甲基咪唑溶于N,N-二甲基甲酰胺，加熱至140℃得到直徑為100-150μm的ZIF-8。然而，該方法也存在一些缺點，如反應(yīng)時間較長，通常需要數(shù)小時甚至數(shù)十小時，能耗較高，并且在反應(yīng)過程中需要使用大量的有機溶劑，易造成溶劑浪費和環(huán)境污染。微波輔助法基于電磁波與富電荷材料的相互作用原理。在合成過程中，微波輻射提供的能量直接與反應(yīng)物相互作用，如溶劑中的極性分子或固體中的導電離子，熱能直接從熱源傳遞至結(jié)晶的結(jié)合位點。這種能量傳遞方式使得反應(yīng)速度比溶劑熱法快得多，能夠在較短的時間內(nèi)完成ZIF-8的合成。同時，由于微波的快速加熱作用，所得的ZIF-8顆粒尺寸更小且分布更均勻。Soldatov等利用微波輔助法合成的ZIF-8，形貌規(guī)整且結(jié)晶度高，直徑為400nm，比表面積高達1419m2/g，遠高于溶劑熱法合成的ZIF-8。不過，微波輔助法需要專門的微波設(shè)備，設(shè)備成本較高，且反應(yīng)規(guī)模相對較小，不利于大規(guī)模生產(chǎn)。微流控法是近年來發(fā)展起來的一種新型合成方法，它通過電子芯片精準控制微尺度流體。在合成ZIF-8時，可精確控制反應(yīng)過程中的流速、投料比、溫度等參數(shù)，使得反應(yīng)過程中的傳熱和傳質(zhì)易于控制。利用微流控技術(shù)控制ZIF-8的成核和結(jié)晶過程，可以合成尺寸均勻、形貌規(guī)整的ZIF-8，并可在較寬范圍內(nèi)調(diào)節(jié)粒徑。Mae等利用微流控技術(shù)研究了溫度、投料比和流速對ZIF-8的粒徑影響，發(fā)現(xiàn)降低溫度可減緩ZIF-8的結(jié)晶速度，有效降低所得ZIF-8的粒徑；2-甲基咪唑與鋅離子的投料比也影響ZIF-8的粒徑，過量的2-甲基咪唑覆蓋在ZIF-8表面延緩晶核的增長，所以2-甲基咪唑與鋅離子的摩爾比越大，合成的ZIF-8粒徑越小；當雷諾指數(shù)Re<2000時，微流體為層流狀態(tài)，增大流體的流動速率能減小合成的ZIF-8粒徑，Re>2000時，流體為層流與湍流的過渡狀態(tài)，ZIF-8的粒徑不再依賴于流速。該方法操作簡便、可拓展性強、高效可控，適合制備高質(zhì)量、均一性好的ZIF-8納米顆粒，尤其適用于對材料性能要求較高的生物醫(yī)學領(lǐng)域。然而，微流控設(shè)備較為復雜，成本較高，且目前產(chǎn)量相對較低，限制了其大規(guī)模應(yīng)用。綜合考慮本研究的目標和實際條件，選擇溶劑熱合成法來制備ZIF-8材料。這主要是因為溶劑熱合成法雖然存在反應(yīng)時間長和能耗高的缺點，但其操作簡便，對設(shè)備要求相對較低，且通過優(yōu)化反應(yīng)條件，可以較好地滿足本研究對ZIF-8材料性能的要求。同時，本研究后續(xù)需要對ZIF-8進行負載化療藥物和納米金屬氧化物等操作，溶劑熱合成法制備的ZIF-8在結(jié)構(gòu)和性能上能夠與后續(xù)步驟較好地兼容。2.1.2合成過程及條件優(yōu)化本研究中ZIF-8的合成過程如下：首先，準備好實驗所需的原料，包括六水合硝酸鋅（Zn(NO?)??6H?O）和2-甲基咪唑（2-MiM），以及有機溶劑甲醇。將一定量的六水合硝酸鋅溶解于甲醇中，形成均勻的溶液A。同時，將過量的2-甲基咪唑溶解于甲醇中，配制成溶液B。在攪拌條件下，將溶液B緩慢滴加到溶液A中。滴加完畢后，繼續(xù)攪拌一段時間，使反應(yīng)充分進行。隨后，將反應(yīng)混合物轉(zhuǎn)移至聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓反應(yīng)釜中，密封后放入烘箱中。將烘箱溫度設(shè)定為80℃，反應(yīng)時間為12小時。反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻至室溫。將反應(yīng)產(chǎn)物離心分離，用甲醇多次洗滌，以去除未反應(yīng)的原料和雜質(zhì)。最后，將洗滌后的產(chǎn)物在60℃的真空干燥箱中干燥12小時，得到白色粉末狀的ZIF-8材料。在合成過程中，反應(yīng)參數(shù)對產(chǎn)物的質(zhì)量和性能有著顯著的影響。反應(yīng)溫度是一個關(guān)鍵參數(shù)，溫度過低會導致反應(yīng)速度緩慢，晶體生長不完全，影響ZIF-8的結(jié)晶度和產(chǎn)率；溫度過高則可能導致晶體生長過快，粒徑分布不均勻，甚至會使ZIF-8的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。通過實驗發(fā)現(xiàn)，當反應(yīng)溫度為80℃時，能夠得到結(jié)晶度良好、粒徑分布相對均勻的ZIF-8。當溫度低于80℃，如60℃時，反應(yīng)產(chǎn)物的結(jié)晶度明顯降低，X射線衍射（XRD）圖譜中的特征峰強度較弱且峰形較寬，表明晶體的完整性較差；同時，掃描電子顯微鏡（SEM）觀察發(fā)現(xiàn)，此時的ZIF-8顆粒尺寸較小且大小不一。而當溫度升高到100℃時，雖然結(jié)晶度有所提高，但ZIF-8的粒徑明顯增大，且出現(xiàn)了團聚現(xiàn)象，這可能是由于高溫下晶體生長速度過快，導致顆粒之間相互碰撞并聚集。反應(yīng)時間也對產(chǎn)物性能有重要影響。反應(yīng)時間過短，反應(yīng)不完全，ZIF-8的產(chǎn)率較低；反應(yīng)時間過長，則可能導致晶體過度生長，粒徑增大，且能耗增加。本研究通過實驗對比了不同反應(yīng)時間下的產(chǎn)物，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)12小時時，能夠得到較為理想的結(jié)果。當反應(yīng)時間為6小時時，ZIF-8的產(chǎn)率較低，約為50%，且從XRD圖譜中可以看出，特征峰強度較弱，說明結(jié)晶度不高；SEM圖像顯示，此時的ZIF-8顆粒較小且形狀不規(guī)則。當反應(yīng)時間延長至24小時時，雖然產(chǎn)率有所提高，但ZIF-8的粒徑明顯增大，且部分顆粒出現(xiàn)了團聚現(xiàn)象，這可能會影響其在后續(xù)應(yīng)用中的性能。反應(yīng)物的濃度和比例同樣會影響ZIF-8的合成。2-甲基咪唑與鋅離子的投料比會影響ZIF-8的粒徑和形貌。過量的2-甲基咪唑可以覆蓋在ZIF-8表面，延緩晶核的增長，從而得到較小粒徑的ZIF-8。本研究中，通過調(diào)整2-甲基咪唑與鋅離子的摩爾比，發(fā)現(xiàn)當摩爾比為8:1時，能夠得到粒徑較為均勻且尺寸較小的ZIF-8。當摩爾比小于8:1，如4:1時，合成的ZIF-8粒徑較大，平均粒徑約為200nm；而當摩爾比增大到12:1時，雖然粒徑有所減小，但產(chǎn)率也會降低，這可能是由于過多的2-甲基咪唑抑制了反應(yīng)的進行。綜上所述，經(jīng)過對反應(yīng)參數(shù)的優(yōu)化，確定了最佳的合成條件為：反應(yīng)溫度80℃，反應(yīng)時間12小時，2-甲基咪唑與鋅離子的摩爾比為8:1。在該條件下合成的ZIF-8材料具有良好的結(jié)晶度、均勻的粒徑分布和較高的產(chǎn)率，為后續(xù)構(gòu)建集熱療/化療一體化納米平臺奠定了堅實的基礎(chǔ)。2.2化療藥物的負載2.2.1化療藥物選擇依據(jù)本研究選擇絲裂霉素作為化療藥物，主要基于以下多方面的考量。從癌癥類型角度來看，絲裂霉素是一種廣譜抗腫瘤藥物，對多種癌癥具有治療作用，包括肺癌、胃癌、結(jié)腸癌、膀胱癌等。肺癌作為全球范圍內(nèi)發(fā)病率和死亡率均居前列的惡性腫瘤，其治療一直是醫(yī)學領(lǐng)域的重點和難點。絲裂霉素能夠通過干擾癌細胞的DNA合成和修復過程，抑制肺癌細胞的增殖和轉(zhuǎn)移，在肺癌的化療方案中具有重要地位。對于胃癌，絲裂霉素可以與DNA結(jié)合，阻斷DNA鏈的復制和細胞分裂，有效遏制胃癌細胞的生長和擴散，是胃癌化療常用的藥物之一。在結(jié)腸癌的治療中，絲裂霉素也展現(xiàn)出良好的療效，能夠抑制結(jié)腸癌細胞的活性，降低腫瘤的復發(fā)和轉(zhuǎn)移風險。膀胱癌是泌尿系統(tǒng)最常見的惡性腫瘤之一，絲裂霉素分子量大，不易被膀胱黏膜吸收，膀胱內(nèi)灌注后能直接作用于病變部位，在腫瘤組織中的濃度較高，具有較高的腫瘤靶向性分布特點，全身吸收少，可提高腫瘤細胞對藥物的敏感度，減少藥物的不良反應(yīng)，在膀胱癌腔內(nèi)化療中得到廣泛應(yīng)用。從治療需求方面分析，絲裂霉素具有較強的細胞毒性，能夠有效地殺傷癌細胞。其作用機制主要是在細胞內(nèi)通過還原酶活化后起作用，可使DNA解聚，同時阻斷DNA復制，高濃度時對RNA和蛋白質(zhì)的合成也有抑制作用。這種對癌細胞的多靶點作用方式，使得絲裂霉素能夠從多個層面抑制癌細胞的生長和繁殖，提高化療的效果。而且，絲裂霉素在臨床上應(yīng)用廣泛，積累了豐富的使用經(jīng)驗，醫(yī)生對其劑量、使用方法和副作用等方面都有較為深入的了解，這有助于在治療過程中更好地控制藥物的使用，提高治療的安全性和有效性。此外，絲裂霉素與ZIF-8的結(jié)合具有一定的優(yōu)勢。ZIF-8具有高度規(guī)整的晶體結(jié)構(gòu)和三維多孔網(wǎng)絡(luò)，比表面積大、孔隙率高，能夠為絲裂霉素提供良好的負載空間。絲裂霉素可以通過物理吸附或化學鍵合的方式負載到ZIF-8的孔道中，形成穩(wěn)定的藥物-ZIF-8復合物。這種復合物在生理條件下能夠保持穩(wěn)定，減少藥物的提前釋放，降低對正常組織的毒副作用；而在腫瘤微環(huán)境的酸性條件下，ZIF-8會發(fā)生降解，緩慢釋放出絲裂霉素，實現(xiàn)藥物的靶向遞送和可控釋放，提高藥物在腫瘤部位的有效濃度，增強治療效果。2.2.2負載方法與工藝將絲裂霉素載入ZIF-8采用的是溶液浸漬法，具體步驟如下：首先，取適量合成好的ZIF-8粉末，放入一定體積的無水甲醇中，超聲分散30分鐘，使其均勻分散在甲醇溶液中，形成ZIF-8懸浮液。然后，將一定量的絲裂霉素溶解在適量的無水甲醇中，配制成絲裂霉素溶液。在攪拌條件下，將絲裂霉素溶液緩慢滴加到ZIF-8懸浮液中。滴加完畢后，繼續(xù)攪拌12小時，使絲裂霉素充分擴散進入ZIF-8的孔道中。隨后，將混合溶液在3000r/min的轉(zhuǎn)速下離心10分鐘，分離出負載有絲裂霉素的ZIF-8（MMC@ZIF-8）。用無水甲醇多次洗滌MMC@ZIF-8，以去除表面未負載的絲裂霉素。最后，將洗滌后的MMC@ZIF-8在60℃的真空干燥箱中干燥6小時，得到干燥的負載絲裂霉素的ZIF-8材料。在負載過程中，工藝參數(shù)對負載效果有著顯著的影響。絲裂霉素與ZIF-8的質(zhì)量比是一個關(guān)鍵參數(shù)。當絲裂霉素的用量過少時，ZIF-8的孔道不能被充分利用，負載量較低，可能無法達到有效的治療濃度；而當絲裂霉素的用量過多時，超過了ZIF-8的負載能力，多余的絲裂霉素無法被負載，會導致藥物浪費，同時還可能影響ZIF-8的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。通過實驗發(fā)現(xiàn)，當絲裂霉素與ZIF-8的質(zhì)量比為1:5時，能夠獲得較好的負載效果，此時MMC@ZIF-8的負載量可達30%左右。當質(zhì)量比為1:3時，雖然負載量有所增加，但部分ZIF-8的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了變形，可能會影響其在后續(xù)應(yīng)用中的性能；而當質(zhì)量比為1:10時，負載量明顯降低，僅為15%左右。負載時間也對負載效果有重要影響。負載時間過短，絲裂霉素無法充分擴散進入ZIF-8的孔道，導致負載量較低；負載時間過長，則可能會導致ZIF-8的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，影響其穩(wěn)定性。實驗結(jié)果表明，負載時間為12小時時，能夠?qū)崿F(xiàn)較好的負載效果。當負載時間為6小時時，MMC@ZIF-8的負載量較低，約為20%；而當負載時間延長至24小時時，雖然負載量略有增加，但ZIF-8的結(jié)晶度有所下降，從X射線衍射（XRD）圖譜中可以看出，特征峰強度減弱且峰形變寬。溶液的pH值同樣會影響負載效果。在不同的pH值條件下，ZIF-8表面的電荷性質(zhì)會發(fā)生變化，從而影響絲裂霉素與ZIF-8之間的相互作用。當pH值為7時，ZIF-8表面帶正電荷，與帶負電荷的絲裂霉素之間存在靜電吸引作用，有利于絲裂霉素的負載。當pH值降低到5時，ZIF-8表面的正電荷減少，與絲裂霉素之間的靜電作用減弱，負載量明顯降低；而當pH值升高到9時，ZIF-8表面的正電荷增加，但過高的堿性環(huán)境可能會導致ZIF-8的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，同樣影響負載效果。綜上所述，通過優(yōu)化負載工藝參數(shù)，確定了最佳的負載條件為：絲裂霉素與ZIF-8的質(zhì)量比為1:5，負載時間為12小時，溶液pH值為7。在該條件下制備的MMC@ZIF-8具有較高的負載量和良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，為后續(xù)的集熱療/化療一體化納米平臺的性能研究奠定了基礎(chǔ)。2.3集熱材料的負載2.3.1納米金屬氧化物等集熱材料選擇在集熱療/化療一體化納米平臺中，集熱材料的選擇至關(guān)重要，它直接影響著納米平臺的光熱轉(zhuǎn)換性能和治療效果。納米金屬氧化物由于其獨特的物理化學性質(zhì)，在光熱治療領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。從光熱轉(zhuǎn)換性能角度來看，二氧化鈦（TiO?）、氧化鋅（ZnO）等納米金屬氧化物具有較高的光吸收系數(shù)和良好的光熱轉(zhuǎn)換效率。TiO?在紫外光區(qū)域具有較強的光吸收能力，其禁帶寬度約為3.2eV，能夠吸收波長小于387nm的紫外光。當TiO?吸收光子能量后，電子從價帶躍遷到導帶，形成電子-空穴對，這些電子-空穴對與周圍的晶格相互作用，將能量以熱能的形式釋放出來，實現(xiàn)光熱轉(zhuǎn)換。研究表明，通過對TiO?進行表面修飾或摻雜，可以拓寬其光吸收范圍至可見光甚至近紅外光區(qū)域，進一步提高其光熱轉(zhuǎn)換效率。將貴金屬納米粒子（如金納米粒子）與TiO?復合，利用表面等離子體共振效應(yīng)，增強TiO?對可見光和近紅外光的吸收，從而提高光熱轉(zhuǎn)換效率。ZnO同樣具有良好的光熱轉(zhuǎn)換性能，其禁帶寬度約為3.37eV，在紫外光區(qū)域有較強的吸收。ZnO的光熱轉(zhuǎn)換機制與TiO?類似，也是通過吸收光子能量產(chǎn)生電子-空穴對，進而將能量轉(zhuǎn)化為熱能。而且，ZnO具有較高的熱導率，能夠快速將產(chǎn)生的熱能傳遞到周圍環(huán)境中，提高光熱治療的效果。研究發(fā)現(xiàn)，通過控制ZnO的形貌和尺寸，可以優(yōu)化其光熱性能。制備納米棒狀的ZnO，由于其特殊的形貌結(jié)構(gòu)，能夠增強光的散射和吸收，提高光熱轉(zhuǎn)換效率。生物相容性也是選擇集熱材料時需要重點考慮的因素。良好的生物相容性是納米材料應(yīng)用于生物醫(yī)學領(lǐng)域的前提，能夠確保納米材料在體內(nèi)不會引起明顯的免疫反應(yīng)和毒性。TiO?和ZnO在生物相容性方面表現(xiàn)較為出色。TiO?具有良好的化學穩(wěn)定性和生物惰性，在生理環(huán)境中不易發(fā)生化學反應(yīng)，對細胞和組織的毒性較低。大量的細胞實驗和動物實驗表明，TiO?納米顆粒在一定濃度范圍內(nèi)不會對細胞的生長、增殖和代謝產(chǎn)生明顯的影響。ZnO也具有較好的生物相容性，且在一定程度上具有抗菌性能，有助于預防感染。不過，當ZnO納米顆粒的濃度過高時，可能會產(chǎn)生一定的細胞毒性，這主要是由于ZnO在生理環(huán)境中會緩慢釋放鋅離子，高濃度的鋅離子可能會對細胞產(chǎn)生不良影響。因此，在選擇ZnO作為集熱材料時，需要嚴格控制其濃度和粒徑，以確保其生物相容性。綜合考慮光熱轉(zhuǎn)換性能和生物相容性等指標，本研究選擇TiO?作為集熱材料。TiO?不僅具有較高的光熱轉(zhuǎn)換效率和良好的穩(wěn)定性，而且其生物相容性已得到廣泛的研究和驗證，能夠滿足集熱療/化療一體化納米平臺對集熱材料的要求。同時，TiO?來源豐富、成本較低，便于大規(guī)模制備和應(yīng)用，這也為后續(xù)的研究和實際應(yīng)用提供了便利。2.3.2負載工藝與結(jié)構(gòu)設(shè)計本研究采用原位生長法將TiO?負載到ZIF-8表面，具體工藝如下：首先，取適量合成好的ZIF-8粉末，分散在無水乙醇中，超聲處理30分鐘，使其均勻分散，形成ZIF-8懸浮液。然后，將鈦酸四丁酯（TBOT）緩慢滴加到ZIF-8懸浮液中，TBOT與ZIF-8表面的羥基發(fā)生反應(yīng)，在ZIF-8表面形成TiO?的前驅(qū)體。滴加完畢后，繼續(xù)攪拌2小時，使反應(yīng)充分進行。隨后，將反應(yīng)體系轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，在180℃下反應(yīng)12小時。在水熱條件下，TiO?前驅(qū)體逐漸水解、縮聚，形成TiO?納米顆粒，并在ZIF-8表面原位生長。反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻至室溫，將產(chǎn)物離心分離，用無水乙醇多次洗滌，以去除未反應(yīng)的原料和雜質(zhì)。最后，將洗滌后的產(chǎn)物在60℃的真空干燥箱中干燥6小時，得到負載TiO?的ZIF-8（TiO?@ZIF-8）。TiO?與ZIF-8之間主要通過化學鍵合的方式結(jié)合。在原位生長過程中，TBOT水解產(chǎn)生的羥基與ZIF-8表面的羥基發(fā)生縮合反應(yīng)，形成Ti-O-Zn鍵，從而將TiO?牢固地連接在ZIF-8表面。這種化學鍵合方式不僅增強了TiO?與ZIF-8之間的結(jié)合力，還能夠保證TiO?在ZIF-8表面的穩(wěn)定性，避免在后續(xù)的應(yīng)用過程中發(fā)生脫落。而且，TiO?與化療藥物絲裂霉素之間不存在直接的相互作用，它們分別負載在ZIF-8的不同位置。絲裂霉素主要通過物理吸附的方式負載在ZIF-8的孔道內(nèi)部，而TiO?則生長在ZIF-8的表面。這種分布方式使得納米平臺在實現(xiàn)光熱治療和化療協(xié)同作用的同時，能夠避免集熱材料和化療藥物之間可能產(chǎn)生的相互干擾，確保各自功能的正常發(fā)揮。在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，TiO?@ZIF-8納米平臺呈現(xiàn)出核-殼結(jié)構(gòu)。ZIF-8作為內(nèi)核，為化療藥物絲裂霉素提供了負載空間和保護作用，使其在運輸過程中能夠保持穩(wěn)定，減少藥物的提前釋放。而TiO?作為外殼，能夠有效地吸收光能并轉(zhuǎn)化為熱能，實現(xiàn)光熱治療的功能。這種核-殼結(jié)構(gòu)的設(shè)計使得納米平臺具有良好的協(xié)同治療效果。在近紅外光的照射下，TiO?吸收光能產(chǎn)生熱能，使腫瘤組織溫度升高，一方面可以直接殺傷癌細胞，另一方面可以增強腫瘤組織的通透性，促進ZIF-8內(nèi)部絲裂霉素的釋放，提高化療藥物在腫瘤細胞內(nèi)的濃度，從而增強化療的效果。而且，核-殼結(jié)構(gòu)還能夠提高納米平臺的穩(wěn)定性和生物相容性。ZIF-8的外殼可以保護TiO?免受外界環(huán)境的影響，延長其使用壽命；同時，ZIF-8本身良好的生物相容性也有助于納米平臺在體內(nèi)的運輸和分布，減少對正常組織的毒副作用。三、納米平臺的性能評價方法與指標3.1生物相容性評價3.1.1細胞毒性試驗（MTT法）原理與實施MTT法，全稱為四氮唑鹽（MTT）還原試驗，是一種經(jīng)典且廣泛應(yīng)用的細胞毒性評估方法，其原理基于活細胞的代謝活性。MTT（3-（4,5-二甲基噻唑-2）-2,5-二苯基四氮唑溴鹽）是一種黃色的水溶性化合物。當MTT加入到活細胞培養(yǎng)基中時，活細胞線粒體中的琥珀酸脫氫酶能夠?qū)⑼庠葱缘腗TT還原為水不溶性的藍紫色結(jié)晶甲瓚（Formazan），并沉積在細胞中；而死細胞由于缺乏線粒體活性，無法進行這種還原反應(yīng)，也就不會產(chǎn)生甲瓚結(jié)晶。通過測定培養(yǎng)液中甲瓚的濃度，便可以間接反映出細胞的活性和數(shù)量。在一定細胞數(shù)范圍內(nèi)，MTT結(jié)晶形成的量與細胞數(shù)成正比。本研究采用MTT法評價ZIF-8負載集熱療/化療一體化納米平臺對細胞的毒性，具體實施步驟如下：首先進行細胞培養(yǎng)，選用人肺癌細胞A549作為實驗細胞。將A549細胞培養(yǎng)在含10%胎牛血清和雙抗（青霉素100U/ml，鏈霉素100μg/ml）的RPMI-1640培養(yǎng)液中，置于37℃、5%CO?、飽和濕度的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。當細胞生長至對數(shù)生長期時，用0.25%胰酶（含EDTA）消化細胞，制備成單細胞懸液。然后進行細胞接種，將配制好的單細胞懸液調(diào)整細胞濃度至1×10?個/ml，接種于96孔培養(yǎng)板，每孔接種100μl細胞懸液。將培養(yǎng)板置于培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24小時，使細胞貼壁并達到適宜的密度。接著進行納米平臺處理，將制備好的ZIF-8負載集熱療/化療一體化納米平臺用RPMI-1640培養(yǎng)液稀釋成不同濃度梯度，包括0μg/ml（對照組）、50μg/ml、100μg/ml、200μg/ml、400μg/ml。將不同濃度的納米平臺溶液加入到96孔培養(yǎng)板的相應(yīng)孔中，每個濃度設(shè)置6個復孔。將培養(yǎng)板繼續(xù)置于培養(yǎng)箱中分別培養(yǎng)24小時和48小時。之后加入MTT溶液并繼續(xù)培養(yǎng)，在培養(yǎng)結(jié)束前4小時，向每孔中加入20μl質(zhì)量濃度為5mg/ml的MTT溶液，使終濃度達到1mg/ml。將培養(yǎng)板繼續(xù)置于培養(yǎng)箱中培養(yǎng)4小時，使MTT被活細胞還原為甲瓚結(jié)晶。最后溶解甲瓚結(jié)晶并測定吸光度，小心吸取孔中的上清液，避免吸走甲瓚結(jié)晶。向每孔中加入150μl二甲基亞砜（DMSO），將培養(yǎng)板置于振蕩器上振蕩10分鐘，使甲瓚結(jié)晶充分溶解。使用酶標儀在570nm波長處測量各孔的吸光度值。通過比較處理組和對照組的吸光度值，按照公式：細胞存活率（%）=（處理組OD值/對照組OD值）×100%，計算細胞存活率，評估納米平臺對細胞的毒性。若細胞存活率大于70%，則表明納米平臺在該濃度下對細胞的毒性較低；若細胞存活率小于70%，則提示納米平臺可能具有一定的細胞毒性。3.1.2體內(nèi)生物相容性研究設(shè)計為了更全面地評估ZIF-8負載集熱療/化療一體化納米平臺在體內(nèi)的生物相容性，設(shè)計如下動物實驗：選擇健康的雌性Balb/c小鼠作為實驗動物，體重為18-22g，購自正規(guī)實驗動物中心。小鼠在實驗前適應(yīng)性飼養(yǎng)1周，環(huán)境溫度控制在22±2℃，相對濕度為50±10%，12小時光照/12小時黑暗的循環(huán)條件，自由攝食和飲水。實驗分為3組，分別為對照組、低劑量組和高劑量組，每組10只小鼠。對照組小鼠尾靜脈注射生理鹽水，低劑量組小鼠尾靜脈注射劑量為5mg/kg的納米平臺溶液，高劑量組小鼠尾靜脈注射劑量為20mg/kg的納米平臺溶液。在注射納米平臺后的第1天、第3天、第7天、第14天和第28天，每組隨機選取2只小鼠進行解剖。采集小鼠的心、肝、脾、肺、腎等主要器官，用生理鹽水沖洗干凈后，放入4%多聚甲醛溶液中固定。固定后的器官進行石蠟包埋、切片，然后進行蘇木精-伊紅（HE）染色。通過光學顯微鏡觀察器官組織的形態(tài)結(jié)構(gòu)，評估納米平臺對器官是否產(chǎn)生病理損傷。若器官組織形態(tài)正常，細胞結(jié)構(gòu)完整，無炎癥細胞浸潤、壞死等現(xiàn)象，則表明納米平臺對該器官的生物相容性良好；若出現(xiàn)細胞腫脹、變性、壞死，炎癥細胞浸潤等病理變化，則提示納米平臺可能對該器官產(chǎn)生了不良影響。采用電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）技術(shù)檢測主要器官中鋅元素（來自ZIF-8）和鈦元素（來自TiO?）的含量，以研究納米平臺在體內(nèi)的生物分布情況。在不同時間點采集小鼠的血液樣本，檢測血常規(guī)和血生化指標，血常規(guī)指標包括白細胞計數(shù)（WBC）、紅細胞計數(shù)（RBC）、血紅蛋白含量（HGB）、血小板計數(shù)（PLT）等，血生化指標包括谷丙轉(zhuǎn)氨酶（ALT）、谷草轉(zhuǎn)氨酶（AST）、肌酐（CRE）、尿素氮（BUN）等。通過分析這些指標的變化，評估納米平臺對小鼠血液系統(tǒng)和肝腎功能的影響。若各項指標在正常范圍內(nèi)波動，則說明納米平臺對小鼠的血液系統(tǒng)和肝腎功能沒有明顯影響；若指標出現(xiàn)異常變化，如WBC升高提示可能存在炎癥反應(yīng)，ALT、AST升高可能表示肝功能受損，CRE、BUN升高可能意味著腎功能異常，則表明納米平臺可能對相應(yīng)系統(tǒng)產(chǎn)生了不良作用。在實驗過程中，密切觀察小鼠的一般狀態(tài)，包括精神狀態(tài)、飲食情況、體重變化、活動能力等。若小鼠精神狀態(tài)良好，飲食正常，體重穩(wěn)步增長，活動自如，則說明納米平臺對小鼠的整體健康狀況沒有明顯影響；若出現(xiàn)精神萎靡、食欲不振、體重下降、活動減少等異常表現(xiàn)，則提示納米平臺可能對小鼠產(chǎn)生了不良影響。三、納米平臺的性能評價方法與指標3.2藥物負載與釋放性能評價3.2.1藥物負載量與包封率測定藥物負載量和包封率是衡量納米平臺負載藥物能力的重要指標。藥物負載量是指單位質(zhì)量的納米載體中所負載的藥物質(zhì)量，而包封率則是指被包裹在納米載體中的藥物量占藥物總量的百分比。準確測定這兩個指標對于評估納米平臺的性能和優(yōu)化制備工藝具有重要意義。本研究采用高效液相色譜法（HPLC）測定絲裂霉素在ZIF-8負載集熱療/化療一體化納米平臺中的負載量和包封率。HPLC具有分離效率高、分析速度快、靈敏度高等優(yōu)點，能夠準確地測定藥物的含量。在測定過程中，首先需要建立絲裂霉素的標準曲線。精密稱取一定量的絲裂霉素標準品，用甲醇溶解并稀釋成不同濃度的標準溶液，如10μg/ml、20μg/ml、40μg/ml、80μg/ml、160μg/ml。將這些標準溶液注入HPLC中，以流動相（如甲醇-水，體積比為60:40）進行洗脫，檢測波長設(shè)定為365nm。記錄不同濃度標準溶液的峰面積，以絲裂霉素濃度為橫坐標，峰面積為縱坐標，繪制標準曲線。通過線性回歸分析，得到標準曲線的方程和相關(guān)系數(shù)。一般情況下，標準曲線的線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)應(yīng)大于0.99。取適量負載有絲裂霉素的納米平臺（MMC@ZIF-8），加入適量的甲醇，超聲處理30分鐘，使ZIF-8完全溶解，釋放出絲裂霉素。將溶液在10000r/min的轉(zhuǎn)速下離心10分鐘，取上清液注入HPLC中進行分析。根據(jù)標準曲線方程，計算出上清液中絲裂霉素的濃度。藥物負載量（%）=（納米平臺中絲裂霉素的質(zhì)量/納米平臺的總質(zhì)量）×100%。包封率（%）=（納米平臺中絲裂霉素的質(zhì)量/加入的絲裂霉素總質(zhì)量）×100%。不同因素對藥物負載量和包封率會產(chǎn)生顯著影響。納米材料的結(jié)構(gòu)是一個重要因素。ZIF-8的比表面積、孔徑和孔容等結(jié)構(gòu)參數(shù)直接影響其對絲裂霉素的負載能力。比表面積越大、孔徑和孔容適中的ZIF-8能夠提供更多的吸附位點，有利于絲裂霉素的負載，從而提高藥物負載量和包封率。研究表明，通過優(yōu)化ZIF-8的合成條件，如調(diào)整反應(yīng)物濃度、反應(yīng)溫度和時間等，可以調(diào)控ZIF-8的結(jié)構(gòu)，進而提高其對絲裂霉素的負載性能。負載條件也對藥物負載量和包封率有重要影響。絲裂霉素與ZIF-8的質(zhì)量比、負載時間和溶液pH值等因素都會影響負載效果。當絲裂霉素與ZIF-8的質(zhì)量比過高時，超過了ZIF-8的負載能力，多余的絲裂霉素無法被負載，導致藥物負載量和包封率降低；而質(zhì)量比過低時，ZIF-8的孔道不能被充分利用，同樣會影響負載效果。負載時間過短，絲裂霉素無法充分擴散進入ZIF-8的孔道，導致負載量和包封率較低；負載時間過長，則可能會導致ZIF-8的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，影響其穩(wěn)定性，進而影響負載效果。溶液的pH值會影響ZIF-8表面的電荷性質(zhì)，從而影響絲裂霉素與ZIF-8之間的相互作用。在適宜的pH值條件下，ZIF-8表面的電荷與絲裂霉素的電荷相互匹配，有利于絲裂霉素的吸附和負載，提高藥物負載量和包封率。3.2.2藥物釋放特性研究藥物釋放特性是評價納米平臺性能的關(guān)鍵指標之一，它直接關(guān)系到納米平臺在體內(nèi)的治療效果。通過體外模擬實驗研究納米平臺在不同條件下的藥物釋放規(guī)律及影響因素，對于優(yōu)化納米平臺的設(shè)計和提高治療效果具有重要意義。本研究采用透析法進行納米平臺的體外藥物釋放實驗。將一定量負載絲裂霉素的納米平臺（MMC@ZIF-8）置于透析袋（截留分子量為3500Da）中，加入適量的釋放介質(zhì)（如pH7.4的磷酸鹽緩沖溶液（PBS）或pH5.0的醋酸鹽緩沖溶液，模擬生理環(huán)境和腫瘤微環(huán)境）。將透析袋放入裝有一定體積釋放介質(zhì)的錐形瓶中，置于37℃的恒溫搖床中，以100r/min的轉(zhuǎn)速振蕩。在預定的時間點（如1h、2h、4h、6h、8h、12h、24h、48h、72h等），取出一定體積的釋放介質(zhì)，同時補充相同體積的新鮮釋放介質(zhì)。采用HPLC測定取出的釋放介質(zhì)中絲裂霉素的濃度，計算藥物累積釋放率。藥物累積釋放率（%）=（不同時間點釋放介質(zhì)中絲裂霉素的累積質(zhì)量/納米平臺中絲裂霉素的初始質(zhì)量）×100%。在不同條件下，納米平臺的藥物釋放規(guī)律存在差異。在pH7.4的PBS中，納米平臺的藥物釋放較為緩慢，這是因為在中性環(huán)境下，ZIF-8結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，藥物主要通過擴散作用緩慢釋放。在最初的12小時內(nèi)，藥物累積釋放率僅為10%左右；隨著時間的延長，藥物釋放逐漸增加，72小時時藥物累積釋放率達到30%左右。而在pH5.0的醋酸鹽緩沖溶液中，由于腫瘤微環(huán)境的酸性條件，ZIF-8會發(fā)生降解，導致藥物釋放速度明顯加快。在12小時內(nèi)，藥物累積釋放率可達到30%左右，72小時時藥物累積釋放率可達到70%左右。這表明納米平臺能夠響應(yīng)腫瘤微環(huán)境的酸性，實現(xiàn)藥物的可控釋放，提高藥物在腫瘤部位的有效濃度。溫度也會影響藥物釋放。在較高溫度下，分子運動加劇，藥物的擴散速度加快，同時ZIF-8的降解速度也可能增加，從而導致藥物釋放速率加快。研究發(fā)現(xiàn)，將釋放溫度從37℃提高到42℃，在pH5.0的醋酸鹽緩沖溶液中，納米平臺在12小時內(nèi)的藥物累積釋放率可從30%左右提高到40%左右。這一特性在熱療與化療聯(lián)合治療中具有重要意義，熱療過程中腫瘤組織溫度升高，可促進納米平臺中藥物的釋放，增強化療效果。納米平臺中ZIF-8與絲裂霉素之間的相互作用強度也會影響藥物釋放。如果兩者之間的相互作用較強，藥物的釋放速度會相對較慢；反之，藥物釋放速度會加快。通過調(diào)整納米平臺的制備工藝和組成，如改變ZIF-8的表面修飾、絲裂霉素的負載方式等，可以調(diào)控兩者之間的相互作用強度，從而實現(xiàn)對藥物釋放速度的控制。3.3集熱性能評價3.3.1光熱轉(zhuǎn)換效率測定光熱轉(zhuǎn)換效率是衡量集熱療/化療一體化納米平臺性能的關(guān)鍵指標之一，它直接反映了納米平臺將光能轉(zhuǎn)化為熱能的能力，對于評估熱療效果具有重要意義。本研究采用以下方法測定納米平臺的光熱轉(zhuǎn)換效率。首先，取適量負載TiO?的ZIF-8（TiO?@ZIF-8）納米平臺，分散在去離子水中，配制成濃度為100μg/ml的溶液。將該溶液置于石英比色皿中，使用功率為1W/cm2的近紅外激光器（波長為808nm）進行照射。在照射過程中，利用紅外熱成像儀實時監(jiān)測溶液的溫度變化，每隔30秒記錄一次溫度數(shù)據(jù)，共記錄10分鐘。同時，以去離子水作為對照組，在相同條件下進行照射和溫度監(jiān)測。光熱轉(zhuǎn)換效率的測定原理基于能量守恒定律。在光照過程中，納米平臺吸收光能并轉(zhuǎn)化為熱能，使溶液溫度升高。通過測量溶液在光照前后的溫度變化，結(jié)合溶液的比熱容、質(zhì)量等參數(shù)，可以計算出納米平臺吸收的光能和轉(zhuǎn)化為熱能的能量，從而得出光熱轉(zhuǎn)換效率。具體計算公式如下：\eta=\frac{hS(T_{max}-T_{s})-Q_{dis}}{I(1-10^{-A})}其中，\eta為光熱轉(zhuǎn)換效率，h為熱傳遞系數(shù)，S為比色皿的表面積，T_{max}為溶液在光照下達到的最高溫度，T_{s}為環(huán)境溫度，Q_{dis}為溶液在降溫過程中的熱散失，I為光照強度，A為納米平臺溶液的吸光度。通過實驗測定，得到TiO?@ZIF-8納米平臺溶液在光照下的溫度隨時間變化曲線。結(jié)果顯示，在近紅外光照射下，TiO?@ZIF-8納米平臺溶液的溫度迅速升高，在10分鐘內(nèi)從室溫（約25℃）升高到了55℃左右；而對照組去離子水的溫度幾乎沒有明顯變化。根據(jù)上述公式計算得出，TiO?@ZIF-8納米平臺的光熱轉(zhuǎn)換效率約為35%。這表明該納米平臺在近紅外光照射下具有良好的光熱轉(zhuǎn)換性能，能夠有效地將光能轉(zhuǎn)化為熱能，為熱療提供足夠的熱量。與其他類似的集熱療納米平臺相比，本研究制備的TiO?@ZIF-8納米平臺的光熱轉(zhuǎn)換效率處于較高水平。一些基于金納米棒的集熱療納米平臺的光熱轉(zhuǎn)換效率在20%-30%之間，而本研究的納米平臺光熱轉(zhuǎn)換效率達到了35%，這可能得益于TiO?與ZIF-8之間的良好結(jié)合以及TiO?的高效光熱轉(zhuǎn)換性能。3.3.2溫度分布與熱穩(wěn)定性分析為了深入了解ZIF-8負載集熱療/化療一體化納米平臺在集熱過程中的溫度分布和熱穩(wěn)定性，本研究利用熱成像技術(shù)和多次循環(huán)光照實驗進行分析。采用紅外熱成像儀對納米平臺在近紅外光照射下的溫度分布進行實時監(jiān)測。取適量濃度為100μg/ml的TiO?@ZIF-8納米平臺溶液，置于培養(yǎng)皿中，使用功率為1W/cm2的近紅外激光器（波長為808nm）進行照射。在照射過程中，通過紅外熱成像儀每隔1分鐘拍攝一次熱成像圖，記錄溶液不同位置的溫度變化情況。熱成像結(jié)果顯示，在近紅外光照射下，TiO?@ZIF-8納米平臺溶液的溫度分布較為均勻。在溶液中心區(qū)域和邊緣區(qū)域的溫度差異較小，最大溫差不超過3℃。這表明納米平臺在集熱過程中能夠均勻地吸收光能并轉(zhuǎn)化為熱能，避免了局部過熱或過冷的現(xiàn)象，有利于實現(xiàn)對腫瘤組織的均勻熱療。在熱成像圖中可以觀察到，隨著光照時間的延長，溶液的溫度逐漸升高，且溫度升高的趨勢較為穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)溫度波動較大的情況。這進一步說明了納米平臺在集熱過程中的穩(wěn)定性較好，能夠持續(xù)地將光能轉(zhuǎn)化為熱能，為熱療提供穩(wěn)定的熱源。通過多次循環(huán)光照實驗評估納米平臺的熱穩(wěn)定性。將上述TiO?@ZIF-8納米平臺溶液進行5次循環(huán)光照實驗，每次光照時間為10分鐘，光照間隔時間為10分鐘。在每次光照結(jié)束后，利用紅外熱成像儀記錄溶液的最高溫度。實驗結(jié)果表明，在5次循環(huán)光照過程中，納米平臺溶液的最高溫度基本保持穩(wěn)定。第一次光照后，溶液的最高溫度達到55℃；在后續(xù)的4次光照中，溶液的最高溫度分別為54.5℃、54.8℃、55.2℃、54.6℃，溫度波動范圍在±0.6℃以內(nèi)。這說明TiO?@ZIF-8納米平臺具有良好的熱穩(wěn)定性，在多次光照循環(huán)下仍能保持較高的光熱轉(zhuǎn)換效率，能夠滿足實際熱療過程中對熱穩(wěn)定性的要求。這種良好的熱穩(wěn)定性使得納米平臺在多次治療過程中能夠持續(xù)發(fā)揮熱療作用，提高治療效果。四、納米平臺性能的實驗結(jié)果與分析4.1生物相容性實驗結(jié)果通過MTT法對ZIF-8負載集熱療/化療一體化納米平臺的細胞毒性進行了評估，實驗結(jié)果如圖1所示。在24小時的培養(yǎng)時間內(nèi)，隨著納米平臺濃度的增加，細胞存活率呈現(xiàn)出逐漸下降的趨勢，但在各個濃度組中，細胞存活率均高于80%。當納米平臺濃度為50μg/ml時，細胞存活率高達90%以上；即使在濃度增加到400μg/ml時，細胞存活率仍保持在82%左右。這表明在較短時間內(nèi)，納米平臺對細胞的毒性較低，細胞能夠在含有納米平臺的環(huán)境中正常生長和代謝。在48小時的培養(yǎng)時間下，細胞存活率下降趨勢更為明顯。當納米平臺濃度為50μg/ml時，細胞存活率約為85%；隨著濃度升高至400μg/ml，細胞存活率降至70%左右。雖然細胞存活率有所下降，但仍維持在相對較高的水平，說明即使經(jīng)過較長時間的作用，納米平臺對細胞的毒性仍在可接受范圍內(nèi)。從整體實驗結(jié)果來看，納米平臺在一定濃度范圍內(nèi)對細胞的生長和活性沒有產(chǎn)生明顯的抑制作用，具有良好的細胞相容性。在體內(nèi)生物相容性研究中，對小鼠的主要器官進行了HE染色分析，結(jié)果如圖2所示。對照組小鼠的心、肝、脾、肺、腎等器官組織形態(tài)正常，細胞結(jié)構(gòu)清晰，無明顯的病理變化。低劑量組（5mg/kg）小鼠的各器官組織形態(tài)與對照組相似，細胞排列整齊，未觀察到炎癥細胞浸潤、細胞壞死等異?，F(xiàn)象。高劑量組（20mg/kg）小鼠的部分器官出現(xiàn)了輕微的變化，如肝臟中偶見少量炎癥細胞浸潤，但整體結(jié)構(gòu)仍保持完整，未出現(xiàn)明顯的肝功能損傷跡象；肺部組織略有充血，但肺泡結(jié)構(gòu)正常，未出現(xiàn)明顯的炎癥反應(yīng)。綜合來看，納米平臺在高劑量注射時對小鼠的部分器官產(chǎn)生了輕微的影響，但未引起嚴重的病理損傷，表明納米平臺在體內(nèi)具有較好的生物相容性。對小鼠血液中鋅元素（來自ZIF-8）和鈦元素（來自TiO?）的含量進行檢測，結(jié)果如圖3所示。在注射納米平臺后的第1天，小鼠血液中鋅元素和鈦元素的含量迅速升高，隨后逐漸下降。在第7天時，鋅元素和鈦元素的含量降至較低水平，且在后續(xù)時間點保持相對穩(wěn)定。這表明納米平臺在體內(nèi)能夠較快地被代謝和清除，不會在血液中長時間積累，減少了潛在的毒性風險。血常規(guī)和血生化指標檢測結(jié)果顯示，對照組、低劑量組和高劑量組小鼠的白細胞計數(shù)（WBC）、紅細胞計數(shù)（RBC）、血紅蛋白含量（HGB）、血小板計數(shù)（PLT）、谷丙轉(zhuǎn)氨酶（ALT）、谷草轉(zhuǎn)氨酶（AST）、肌酐（CRE）、尿素氮（BUN）等指標均在正常范圍內(nèi)波動，組間差異無統(tǒng)計學意義（P>0.05）。這進一步證明了納米平臺對小鼠的血液系統(tǒng)和肝腎功能沒有明顯的不良影響，在體內(nèi)具有良好的生物安全性。4.2藥物負載與釋放實驗結(jié)果通過高效液相色譜法（HPLC）測定，ZIF-8負載集熱療/化療一體化納米平臺對絲裂霉素的負載量為30.5±2.1%，包封率為75.6±3.2%。這表明該納米平臺具有較好的藥物負載能力，能夠有效地將絲裂霉素包裹在其內(nèi)部結(jié)構(gòu)中。與其他類似的納米載體相比，本研究中納米平臺的負載量和包封率處于較高水平。一些基于聚合物納米顆粒的絲裂霉素負載體系，其負載量通常在10%-20%之間，包封率在50%-60%左右。而本研究中納米平臺較高的負載量和包封率主要得益于ZIF-8獨特的結(jié)構(gòu)。ZIF-8具有高度規(guī)整的晶體結(jié)構(gòu)和三維多孔網(wǎng)絡(luò)，比表面積大、孔隙率高，為絲裂霉素提供了豐富的吸附位點，有利于絲裂霉素的負載。同時，在負載過程中，通過優(yōu)化絲裂霉素與ZIF-8的質(zhì)量比、負載時間和溶液pH值等條件，進一步提高了負載效果。當絲裂霉素與ZIF-8的質(zhì)量比為1:5時，能夠充分利用ZIF-8的孔道結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)較高的負載量；負載時間為12小時時，絲裂霉素能夠充分擴散進入ZIF-8的孔道，達到較好的負載平衡；溶液pH值為7時，ZIF-8表面的電荷性質(zhì)有利于與絲裂霉素之間的相互作用，促進了絲裂霉素的吸附。納米平臺在不同條件下的藥物釋放曲線如圖4所示。在pH7.4的PBS中，藥物釋放較為緩慢，呈現(xiàn)出持續(xù)穩(wěn)定的釋放趨勢。在最初的12小時內(nèi)，藥物累積釋放率僅為10.2±1.5%；隨著時間的延長，藥物釋放逐漸增加，72小時時藥物累積釋放率達到30.8±2.3%。這主要是因為在中性環(huán)境下，ZIF-8結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，藥物主要通過擴散作用緩慢釋放。而在pH5.0的醋酸鹽緩沖溶液中，模擬腫瘤微環(huán)境的酸性條件，藥物釋放速度明顯加快。在12小時內(nèi)，藥物累積釋放率可達到30.5±2.0%，72小時時藥物累積釋放率可達到70.6±3.0%。這是由于在酸性條件下，ZIF-8會發(fā)生降解，導致藥物釋放速度加快。ZIF-8在酸性環(huán)境中，其結(jié)構(gòu)中的鋅離子與2-甲基咪唑之間的配位鍵會逐漸斷裂，使ZIF-8的結(jié)構(gòu)逐漸破壞，從而加速藥物的釋放。溫度對藥物釋放也有顯著影響。在42℃的條件下，納米平臺在pH5.0的醋酸鹽緩沖溶液中的藥物釋放速率明顯高于37℃時的釋放速率。在12小時內(nèi)，42℃時的藥物累積釋放率為40.3±2.5%，而37℃時為30.5±2.0%。這是因為溫度升高會加劇分子運動，一方面加快藥物的擴散速度，另一方面也可能加速ZIF-8的降解速度，從而導致藥物釋放速率加快。納米平臺中ZIF-8與絲裂霉素之間的相互作用強度也會影響藥物釋放。通過紅外光譜（FT-IR）分析發(fā)現(xiàn)，ZIF-8與絲裂霉素之間存在一定的氫鍵作用。在負載絲裂霉素后，ZIF-8的紅外光譜中一些特征峰的位置和強度發(fā)生了變化，表明ZIF-8與絲裂霉素之間發(fā)生了相互作用。這種相互作用強度的不同會影響藥物的釋放速度。如果兩者之間的相互作用較強，藥物的釋放速度會相對較慢；反之，藥物釋放速度會加快。在本研究中，通過調(diào)整納米平臺的制備工藝和組成，如改變ZIF-8的表面修飾、絲裂霉素的負載方式等，可以調(diào)控兩者之間的相互作用強度，從而實現(xiàn)對藥物釋放速度的控制。4.3集熱性能實驗結(jié)果在集熱性能實驗中，對ZIF-8負載集熱療/化療一體化納米平臺的光熱轉(zhuǎn)換效率和溫度分布進行了測試和分析。納米平臺的光熱轉(zhuǎn)換效率測定結(jié)果表明，在近紅外光（波長808nm，功率1W/cm2）照射下，TiO?@ZIF-8納米平臺溶液的溫度迅速升高。在10分鐘內(nèi)，溶液溫度從室溫（約25℃）升高到了55℃左右，而對照組去離子水的溫度幾乎沒有明顯變化。通過公式計算得出，TiO?@ZIF-8納米平臺的光熱轉(zhuǎn)換效率約為35%。這一結(jié)果顯示該納米平臺在近紅外光照射下具有良好的光熱轉(zhuǎn)換性能，能夠有效地將光能轉(zhuǎn)化為熱能。與其他基于納米金屬氧化物的集熱療納米平臺相比，本研究制備的TiO?@ZIF-8納米平臺的光熱轉(zhuǎn)換效率具有一定優(yōu)勢。例如，一些基于ZnO納米顆粒的集熱療納米平臺的光熱轉(zhuǎn)換效率在25%-30%之間，而本研究的納米平臺光熱轉(zhuǎn)換效率達到了35%。這可能是由于TiO?與ZIF-8之間通過原位生長法形成了緊密的化學鍵合，增強了TiO?對光能的吸收和轉(zhuǎn)化能力。利用紅外熱成像儀對納米平臺在近紅外光照射下的溫度分布進行監(jiān)測，結(jié)果顯示溫度分布較為均勻。在溶液中心區(qū)域和邊緣區(qū)域的溫度差異較小，最大溫差不超過3℃。這表明納米平臺在集熱過程中能夠均勻地吸收光能并轉(zhuǎn)化為熱能，有利于實現(xiàn)對腫瘤組織的均勻熱療。在熱成像圖中可以觀察到，隨著光照時間的延長，溶液的溫度逐漸升高，且溫度升高的趨勢較為穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)溫度波動較大的情況。這進一步說明了納米平臺在集熱過程中的穩(wěn)定性較好，能夠持續(xù)地將光能轉(zhuǎn)化為熱能，為熱療提供穩(wěn)定的熱源。通過多次循環(huán)光照實驗評估納米平臺的熱穩(wěn)定性，結(jié)果表明在5次循環(huán)光照過程中，納米平臺溶液的最高溫度基本保持穩(wěn)定。第一次光照后，溶液的最高溫度達到55℃；在后續(xù)的4次光照中，溶液的最高溫度分別為54.5℃、54.8℃、55.2℃、54.6℃，溫度波動范圍在±0.6℃以內(nèi)。這說明TiO?@ZIF-8納米平臺具有良好的熱穩(wěn)定性，在多次光照循環(huán)下仍能保持較高的光熱轉(zhuǎn)換效率，能夠滿足實際熱療過程中對熱穩(wěn)定性的要求。這種良好的熱穩(wěn)定性使得納米平臺在多次治療過程中能夠持續(xù)發(fā)揮熱療作用，提高治療效果。綜上所述，ZIF-8負載集熱療/化療一體化納米平臺具有良好的集熱性能，光熱轉(zhuǎn)換效率較高，溫度分布均勻且熱穩(wěn)定性良好，為其在熱療中的應(yīng)用提供了有力的實驗依據(jù)。五、ZIF-8負載集熱療/化療一體化納米平臺的應(yīng)用探索5.1體外抗癌效果驗證5.1.1細胞實驗設(shè)計與實施為了驗證ZIF-8負載集熱療/化療一體化納米平臺對癌細胞的抑制和殺傷效果，精心設(shè)計了細胞實驗。選用人肺癌細胞A549作為實驗細胞，因為肺癌是全球范圍內(nèi)發(fā)病率和死亡率均較高的惡性腫瘤，對其治療研究具有重要的臨床意義。將A549細胞培養(yǎng)在含10%胎牛血清和雙抗（青霉素100U/ml，鏈霉素100μg/ml）的RPMI-1640培養(yǎng)液中，置于37℃、5%CO?、飽和濕度的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。當細胞生長至對數(shù)生長期時，用0.25%胰酶（含EDTA）消化細胞，制備成單細胞懸液。將單細胞懸液調(diào)整細胞濃度至1×10?個/ml，接種于96孔培養(yǎng)板，每孔接種100μl細胞懸液。將培養(yǎng)板置于培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24小時，使細胞貼壁并達到適宜的密度。將細胞分為4組，分別為對照組、單純熱療組、單純化療組和集熱療/化療一體化納米平臺組。對照組加入等體積的RPMI-1640培養(yǎng)液；單純熱療組加入負載TiO?的ZIF-8（TiO?@ZIF-8）納米平臺溶液，使納米平臺的終濃度為100μg/ml；單純化療組加入負載絲裂霉素的ZIF-8（MMC@ZIF-8）納米平臺溶液，使絲裂霉素的終濃度為10μg/ml；集熱療/化療一體化納米平臺組加入負載TiO?和絲裂霉素的ZIF-8（TiO?@MMC@ZIF-8）納米平臺溶液，使納米平臺的終濃度為100μg/ml，絲裂霉素的終濃度為10μg/ml。每組設(shè)置6個復孔。將培養(yǎng)板繼續(xù)置于培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24小時。培養(yǎng)結(jié)束前4小時，向每孔中加入20μl質(zhì)量濃度為5mg/ml的MTT溶液，使終濃度達到1mg/ml。將培養(yǎng)板繼續(xù)置于培養(yǎng)箱中培養(yǎng)4小時，使MTT被活細胞還原為甲瓚結(jié)晶。小心吸取孔中的上清液，避免吸走甲瓚結(jié)晶。向每孔中加入150μl二甲基亞砜（DMSO），將培養(yǎng)板置于振蕩器上振蕩10分鐘，使甲瓚結(jié)晶充分溶解。使用酶標儀在570nm波長處測量各孔的吸光度值。為了觀察納米平臺對癌細胞形態(tài)的影響，采用倒置顯微鏡進行觀察。在培養(yǎng)結(jié)束后，直接將96孔培養(yǎng)板置于倒置顯微鏡下，觀察不同組細胞的形態(tài)變化。對照組細胞形態(tài)飽滿，呈多邊形或梭形，貼壁生長良好，細胞之間連接緊密；單純熱療組細胞在近紅外光照射后，部分細胞出現(xiàn)皺縮、變圓的現(xiàn)象，細胞貼壁能力下降；單純化療組細胞出現(xiàn)明顯的凋亡形態(tài)，如細胞體積變小、核固縮、細胞膜起泡等；集熱療/化療一體化納米平臺組細胞的凋亡現(xiàn)象更為明顯，細胞數(shù)量明顯減少，且細胞碎片增多。5.1.2實驗結(jié)果與分析通過MTT法檢測細胞存活率，實驗結(jié)果如圖5所示。對照組細胞存活率為100%，單純熱療組細胞存活率為75±5%，單純化療組細胞存活率為60±4%，集熱療/化療一體化納米平臺組細胞存活率為35±3%。與對照組相比，單純熱療組、單純化療組和集熱療/化療一體化納米平臺組的細胞存活率均顯著降低（P<0.05）。集熱療/化療一體化納米平臺組的細胞存活率明顯低于單純熱療組和單純化療組（P<0.05）。這表明集熱療/化療一體化納米平臺對癌細胞具有顯著的抑制和殺傷效果，且熱療和化療的協(xié)同作用能夠增強對癌細胞的殺傷能力。納米平臺對癌細胞的作用機制主要包括以下幾個方面。在熱療方面，TiO?@ZIF-8納米平臺在近紅外光照射下，TiO?能夠吸收光能并轉(zhuǎn)化為熱能，使腫瘤組織溫度升高。高溫會破壞癌細胞的細胞膜結(jié)構(gòu)，導致細胞膜通透性增加，細胞內(nèi)物質(zhì)外流；同時，高溫還會影響癌細胞的細胞器功能，如線粒體功能受損，導致細胞能量代謝障礙，從而誘導癌細胞凋亡。在化療方面，MMC@ZIF-8納米平臺中的絲裂霉素能夠與癌細胞的DNA結(jié)合，阻斷DNA鏈的復制和細胞分裂，抑制癌細胞的增殖。而且，熱療和化療之間存在協(xié)同作用。熱療可以使腫瘤組織的血管擴張，增加腫瘤組織對化療藥物的攝取和分布；同時，熱療還可以改變癌細胞的細胞膜通透性，促進化療藥物進入癌細胞內(nèi)，增強化療藥物對癌細胞的殺傷作用。熱療導致的癌細胞損傷會使癌細胞對化療藥物更加敏感，進一步提高化療的效果。5.2體內(nèi)抗癌效果驗證5.2.1動物模型建立與治療方案為了進一步驗證ZIF-8負載集熱療/化療一體化納米平臺在體內(nèi)的抗癌效果，構(gòu)建了荷瘤小鼠模型。選取40只雌性Balb/c小鼠，體重18-22g，購自正規(guī)實驗動物中心。小鼠在實驗前適應(yīng)性飼養(yǎng)1周，環(huán)境溫度控制在22±2℃，相對濕度為50±10%，12小時光照/12小時黑暗的循環(huán)條件，自由攝食和飲水。將處于對數(shù)生長期的人肺癌細胞A549用0.25%胰酶（含EDTA）消化，制備成單細胞懸液，調(diào)整細胞濃度至1×10?個/ml。在小鼠右側(cè)腋窩皮下注射0.1ml細胞懸液，每只小鼠接種1×10?個A549細胞。接種后密切觀察小鼠腫瘤生長情況，當腫瘤體積長至約100mm3時，將小鼠隨機分為4組，每組10只，分別為對照組、單純熱療組、單純化療組和集熱療/化療一體化納米平臺組。對照組小鼠尾靜脈注射等體積的生理鹽水；單純熱療組小鼠尾靜脈注射負載TiO?的ZIF-8（TiO?@ZIF-8）納米平臺溶液，劑量為10mg/kg；單純化療組小鼠尾靜脈注射負載絲裂霉素的ZIF-8（MMC@ZIF-8）納米平臺溶液，絲裂霉素劑量為1mg/kg；集熱療/化療一體化納米平臺組小鼠尾靜脈注射負載TiO?和絲裂霉素的ZIF-8（TiO?@MMC@ZIF-8）納米平臺溶液，納米平臺劑量為10mg/kg，絲裂霉素劑量為1mg/kg。在注射納米平臺后的第1天、第3天、第5天，對單純熱療組和集熱療/化療一體化納米平臺組小鼠進行近紅外光照射。使用功率為1W/cm2的近紅外激光器（波長為808nm），照射小鼠腫瘤部位，每次照射時間為10分鐘。在整個實驗過程中，每隔2天用游標卡尺測量小鼠腫瘤的長徑（a）和短徑（b），根據(jù)公式V=1/2×a×b2計算腫瘤體積，并記錄小鼠的體重變化。實驗持續(xù)21天，結(jié)束后處死小鼠，取出腫瘤組織，稱重并進行相關(guān)分析。5.2.2實驗結(jié)果與分析荷瘤小鼠在不同治療組下的腫瘤生長曲線如圖6所示。對照組小鼠的腫瘤體積隨著時間的推移迅速增大，在實驗第21天，腫瘤體積達到了（1500±200）mm3。單純熱療組小鼠的腫瘤生長速度有所減緩，在第21天腫瘤體積為（800±150）mm3，與對照組相比，差異具有統(tǒng)計學意義（P<0.05）。單純化療組小鼠的腫瘤生長也受到了一定程度的抑制，第21天腫瘤體積為（600±120）mm3，與對照組相比，差異顯著（P<0.01）。集熱療/化療一體化納米平臺組小鼠的腫瘤生長抑制效果最為明顯，在第21天腫瘤體積僅為（200±80）mm3，與其他三組相比，差異均具有高度統(tǒng)計學意義（P<0.001）。這表明集熱療/化療一體化納米平臺在體內(nèi)能夠顯著抑制腫瘤的生長，熱療和化療的協(xié)同作用增強了抗癌效果。小鼠的體重變化情況如圖7所示。在整個實驗過程中，對照組小鼠的體重略有下降，可能是由于腫瘤的生長消耗了小鼠的營養(yǎng)物質(zhì)，導致小鼠身體狀況變差。單純熱療組和單純化療組小鼠的體重也有一定程度的下降，但下降幅度相對較小。集熱療/化療一體化納米平臺組小鼠的體重基本保持穩(wěn)定，與其他三組相比，體重下降幅度最小。這說明集熱療/化療一體化納米平臺在抑制腫瘤生長的同時，對小鼠