PNNS纳米粒子的生物相容性探讨及其应用研究

论文摘要

聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAAm）因具有独特的温度响应性和生物相容性,而被人们广泛地开展药物载体、生物传感、生化分离等方面的应用研究。本论文在合成聚-（氮异丙基丙烯酰胺-苯乙烯）-氮异丙基丙烯酰胺（以下简称PNNS-NPs）纳米粒子的基础上,利用扫描电镜、透射电镜、核磁共振谱、Zeta电位等检测手段,研究了PNNS-NPs的形貌和结构；采用紫外可见光谱、荧光光谱、圆二色谱以及电化学等方法,研究了PNNS-NPs与血红蛋白（Hb）的相互作用；选择荧光倒置显微镜、全细胞膜片钳技术、非电活性离子检测等仪器,研究了PNNS-NPs与人胚肾上皮（HEK-293）细胞的细胞相容性。从蛋白和细胞层次探讨PNNS-NPs对Hb和HEK-293细胞的相互作用过程及其机理,为实现PNNS-NPs的生物医用提供理论和实验依据。主要研究结果如下：1) PNNS-NPs为核壳结构,粒径约为150-200nm,尺寸均一,分散性好,呈电负性。2) PNNS-NPs与Hb共同孵化之后,二者之间存在着弱的相互作用,使得Hb的微结构发生了细小的变化,但是Hb的二级构象未受到明显影响,Hb的活性中心也未遭到破坏,生理功能得到了保持。3) PNNS-NPs与HEK-293细胞接触之后,能够富集到细胞的表面,但是并未破坏细胞的正常形态,也不影响细胞的K+跨膜运输及正常功能,具有一定的细胞相容性。并且,实验表明细胞对PNNS-NPs能够逐渐产生适应性。4)作为PNNS-NPs的生物相容性应用之一,本文探讨了PNNS-NPs作为生物传感材料及其研制生物传感器的意义。将PNNS-NPs作为生物传感器材料组装到电极表面之后进行的一系列电化学研究表明：PNNS-NPs能够防止多壁碳纳米管（MWCNTs）与Hb的直接接触,并且为Hb提供友好的微环境,维持Hb的生理活性。因此,由PNNS-NPs参与组装而成的Hb/PNNS-NPS/MWCNTs/GCE生物传感器显示了良好的电化学性能,如高的灵敏度、宽的检测线,并且简单易制、具有储存稳定性等。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 智能材料概述
• 1.1.1 智能金属材料
• 1.1.2 智能无机非金属材料
• 1.1.3 智能高分子材料
• 1.1.4 智能复合材料
• 1.2 聚酰胺类智能高分子材料概述
• 1.3 生物相容性的概念及评价方法
• 1.3.1 形态学观察法
• 1.3.2 组织观察法
• 1.3.3 检测蛋白质或特殊物质法
• 1.3.4 DNA合成检测法
• 1.3.5 mRNA检测法
• 1.4 PNNS-NPS的生物相容性评价体系构建
• 1.4.1 分子层次评价
• 1.4.2 细胞层次评价
• 1.5 本课题的立题依据及研究意义
• 1.6 本课题的研究内容
• 第2章 PNNS-NPS的合成及表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂
• 2.2.2 仪器
• 2.2.3 PNNS-NPs的合成
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 PNNS-NPs的扫描电镜（SEM）,透射电镜（TEM）图
• 2.3.2 PNNS-NPs的核磁共振谱（NMR）检测
• 2.3.3 PNNS-NPs的红外光谱（IR）检测
• 2.3.4 PNNS-NPs的Zeta分析
• 2.4 小结
• 第3章 PNNS-NPs与Hb的相互作用
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂
• 3.2.2 仪器
• 3.2.3 PNNS-NPs与Hb的相互作用
• 3.2.4 电化学检测
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 扫描电镜（SEM）,透射电镜（TEM）分析
• 3.3.2 紫外光谱（UV-vis）分析
• 3.3.3 荧光光谱（FL）分析
• 3.3.4 圆二色光谱（CD）分析
• 3.3.5 电化学分析
• 3.4 小结
• 第4章 PNNS-NPS的细胞相容性探讨
• 4.1 引言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 试剂
• 4.2.2 细胞培养与转染
• 4.2.3 膜片钳全细胞记录
• 4.2.4 数据处理
• 4.2.5 非电活性离子检测实验
• 4.3 实验结果与讨论
• 4.3.1 荧光倒置显微镜
• 4.3.2 膜片钳全细胞技术
• 4.3.3 非电活性离子检测
• 4.4 结论
• 第5章 PNNS-NPs在生物传感器上的应用探讨
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 试剂
• 5.2.2 仪器和测量方法
• 5.2.3 Hb/PNNS/MWCNTs修饰电极的构建
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 PNNS-NPs,PNNS-MWCNTs和Hb-PNNS-MWCNTs膜的表征
• 5.3.2 Hb/PNNS/MWCNTs/GCE的直接电子转移反应
• 2O₂的电催化'>5.3.3 Hb的直接电化学和Hb/PNNS/MWCNTs/GCE对H₂O₂的电催化
• 5.3.4 Hb/PNNS/MWNTs/GCE的稳定性和可重复性
• 5.4 结论
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢