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过去的几十年里,各种重大的突破推进人们更好地理解癌症的起因与病理发展,反过来也使得研究者们探究出更多更好的诊疗手段与治疗方法,但是癌症仍旧是导致人类死亡的重要疾病。造成这一现象的主要原因是人们不能在不引起健康的组织或者器官不良反应的前提下将抗癌药物运输至肿瘤区域。此外,由于传统治疗方法的局限性,近十年来的研究工作开始慢慢转向新型绿色疗法的开发(光热治疗、光动力治疗、基因治疗以及免疫治疗等等)或者联合其它疗法(诊疗一体化)以降低传统肿瘤治疗方法的副作用。其中,降低化学治疗副作用的最直接方法就是药物运载体的构建。理想的药物运载体可以克服生物障碍、区分良性/恶性细胞、特异性识别靶向癌细胞、灵敏地响应体内微环境的变化并在合适的区域释放合适剂量的药物。微凝胶作为一种尺寸在微米或者纳米级别的聚合物胶体粒子,可以通过掺入各种功能性的材料,制备不同类型的微凝胶,以满足生物医药领域的各种需要。而其本身的固有性质也为其作为智能型药物运载体奠定了基础。它物理化学性质的可调节性可以有效地避免其被体内快速清除;它的可变形性质可以有效的提高其EPR效应,增强了其在肿瘤处的累积;它优异的渗透性使得负载在其中的药物能够均匀分布,并保证了平缓的药物释放速率,有效地维持了平稳的血药浓度;它的特殊溶胀行为奠定了其独一无二的药物释放模式,保证了药物的可控释放;它处于微纳米尺度赋予了其快速响应外界刺激的能力,使其相比于传统的水凝胶更快的对外界刺激做出响应,更加的“智能”;它优异的胶体稳定性使其在血液循环中能够保证结构的完整性,防止药物的提前泄露。这些优异的性质为微凝胶广泛应用于癌症治疗领域奠定了夯实的基础。目前已有诸多关于微凝胶作为药物运载体的报道,但是微凝胶作为远程可控性药物运载体仍旧存在较大的研究空间。通过对微凝胶的性质进行系统研究以提高其作为药物运载体的治疗效果不仅有利于人们研究生命本质,还可以发展仿生技术,拓展癌症治疗与诊断体系的研究思路,这是软物质研究领域的一个重要内容。因此,深入展开基于各种功能性材料共同构筑的复合微凝胶组装体的研究具有重要的科学意义和应用价值。本论文主要通过向微凝胶体系中引入金纳米棒、可聚合磁性离子液体和功能性DNA分子核酸适配体构建多响应型微凝胶体系,并探究其作为药物运载体在靶向癌症治疗领域、多模式联合治疗等方面的潜在应用价值,主要研究内容如下:第一章,阐述了目前癌症治疗存在的问题和瓶颈以及理想药物运载体应该具备的结构和性质。对于微凝胶的基本概念、种类、合成方法以及性质进行了介绍。详细综述了智能型微凝胶药物运载体的设计思路,包括基于内部环境刺激的微凝胶、基于远程刺激的微凝胶以及具有靶向基团的微凝胶,同时概括了该论文的主题思想、研究内容和意义。第二章,利用碱基互补配对原则和光引发聚合反应,以寡核苷酸链与聚合物作为基本构建单元合成了具有温度响应性质的DNA微凝胶。不同于传统类型的微凝胶,所构筑的DNA微凝胶具有立方体的结构,我们认为这是聚合物链的坍塌程度和DNA结构的刚性共同作用的结果。在室温下,抗癌药物可以封装进入DNA微凝胶的网络状结构中,当其摄取进入细胞后,人体体温37 ℃会促使微凝胶发生体积皱缩,从而将负载在其中的抗癌药物释放出来。此外,通过引入功能性基团,核酸适配体,赋予了 DNA微凝胶靶向性。通过体外实验以及细胞实验证明了该DNA微凝胶具有优异的生物相容性并且对靶向癌细胞具有高度选择性的杀伤作用。上一章所合成的微凝胶仅对温度具有响应性,在实际应用时可能会导致抗癌药物的释放不够灵敏。此外,由于人体体温37 ℃是促使抗癌药物释放的开关,这就有可能导致微凝胶在未到达肿瘤区域时就已经将药物释放出来,从而对健康的组织或者器官造成伤害。因此,第三章中首次合成了一个以金纳米棒为核,磁性离子液体作为共聚单体,DNA分子作为交联剂所形成的聚合物为壳的双响应型DNA微凝胶。当近红外光照射时,磁性微凝胶中的金纳米棒将光转变成热,引起金纳米棒本体温度的快速升高,一旦这些热量扩散到周围的聚合物外壳中,就会引起DNA交联剂发生链解旋,从而导致微凝胶的解体,释放出抗癌药物,从而达到治疗癌症的目的。DNA分子不仅可以提高所制备微凝胶的生物相容性,还可以作为控制药物释放的阀门。通过实验证明了这种光响应磁性微凝胶可以成为具有良好的生物相容性和优异的治疗效果的远程控制给药平台。希望我们的研究结果可以为新型功能性核酸纳米结构的构建提供新的思路,拓展功能性核酸纳米结构在纳米材料与生物医学领域的潜在应用价值。金纳米棒虽然可以将光转变成热,但是在实际应用时其较低的光热转化性能仍旧不能满足深入皮下深层组织的癌症治疗。第四章中,通过金纳米棒在离子液体微凝胶中的自生长和自重排形成了一个表面等离子体微凝胶,其构筑机理不同于目前研究最多的采用两亲性聚合物接枝的纳米颗粒进行自组装所构建的表面等离子体纳米结构。所得到的表面等离子体微凝胶具有特殊的形貌,由此而产生增强的光热效应,其光热转化效率可以高达52.8%。如此高的光热转化效率不仅归功于表面等离子体微凝胶的纵向等离子体特征吸收峰的位置与近红外激光波长的高度匹配度,也与微凝胶中距离较近的金纳米棒所引发的表面等离子体共振耦合效应密切相关。通过体外和体内实验均证明了该表面等离子微凝胶可以有效屏蔽化疗药物的毒副作用,并通过化学疗法和光热治疗相结合的治疗方式有效地抑制了肿瘤生长。我们期望目前的材料不仅可以为新型表面等离子体纳米结构的合成提供新的思路,还有望被广泛的应用于癌症治疗领域。第五章,双重刺激响应性的磁性微凝胶通过生理环境诱导的自组装方式可以形成一种新型的水凝胶埋植剂。磁性微凝胶在磁场和近红外激光的驱动下展现出了优异的群体行为。自组装过程不仅可以实现微凝胶向水凝胶的结构转变,还可以实现磁性的富集,从而显著提高以磁性离子液体为基本构建单元材料的磁性(自组装后其磁性提高了4.89倍)。由于近红外光的高度可控性和可操作性,水凝胶埋植剂不仅可以以恒定速率源源不断的释放药物,还可以在合适的区域释放合适剂量的药物。我们希望该水凝胶埋植剂可作为治疗固体恶性肿瘤的局部药物输送系统。持续的药物释放可保证肿瘤细胞在每一细胞分裂周期均可以摄取到抗癌药物,有效地避免原发肿瘤的局部复发或转移。第六章,构筑了一个基于二氧化硅包覆金纳米棒的复合型材料,用于增强非小细胞肺癌的治疗。该纳米复合材料可以同时实现药物的可控释放、磁靶向和特定癌细胞靶向。该纳米复合材料以聚多巴胺作为药物释放的阀门,金纳米棒作为局部光热转化器,多孔二氧化硅作为药物的承装容器。此外,S6核酸适配体赋予材料靶向性,Ce与柠檬酸钠的配合物则作为磁响应的主要来源。在摄取进入细胞并施加近红外激光照射后,可观察到酸触发和光热触发的药物释放行为。当不存在靶细胞时,纳米复合物的细胞摄取受到抑制,表现出较差的治疗效果。然而,当靶细胞A549存在时,由于S6核酸适配体的特异性识别作用,更多的纳米复合物进入细胞内,从而达到良好的治疗效果。此外,施加磁场也可增加纳米复合物在肿瘤处的积累。细胞实验证明该纳米复合物可以有效地屏蔽抗癌药物的毒性并实现高灵敏度和高效率的癌症治疗。第七章,基于金纳米棒和离子液体构建了一个具有核壳结构的离子液体微凝胶,并将其与金纳米颗粒(Au NPs)发生静电自组装,使得Au NPs可以很好的固定在微凝胶的网络结构中。与以前这方面的报道完全不同的是,这种响应性的离子液体微凝胶可以充当“呼吸”载体,Au NPs的催化活性可以通过近红外激光进行精确的调控。当被近红外激光束照射时,离子液体微凝胶中的金纳米棒可以将光转变为热,使得溶液本体温度发生快速地升高。一旦热量散发到周围的微凝胶壳中,离子液体微凝胶发生皱缩,网络结构的聚集使得Au NPs之间距离拉近,呈现类聚集状态,从而降低或失去其催化活性。当近红外激光撤去时,离子液体微凝胶由于散热作用而逐渐膨胀,导致催化活性的恢复。在整个调节过程中,近红外激光充当开关。此外,相比于文献中报道的其他用于还原4-硝基苯酚的金基催化剂,这种自组装纳米复合物的催化活性具有明显的竞争优势。我们希望这种采用远程可控的方式控制催化反应进程方法可以为智能催化剂的设计提供新的思路。