靶向纳米氧化物半导体光催化氧化、电化学方法杀伤癌细胞研究

论文摘要

癌症是当今世界威胁人类健康和生命的主要疾患,据世界卫生组织统计,全世界每年死于癌症的有数百万人。目前除了常用的手术疗法、放射疗法、化疗疗法外,出现了一系列新方法,如光动力学疗法、热疗法和电化学疗法等。纳米TiO2、ZnO同属于n型半导体,具有相似的禁带宽度,在紫外光（波长小于380 nm）的照射下会产生光生电子.空穴对,在水溶液体系中进而产生氧化性很强的OH*和HO2*自由基。这些自由基具有分解有机物和杀死细菌、细胞的能力。1991年,首次报道了纳米TiO2对癌细胞的光催化杀伤作用。纳米TiO2粉末被认为是一种光动力学疗法中的较有希望的新颖光敏剂。但是它还存在一些缺点。包括单独使用纳米TiO2光催化氧化杀伤癌细胞时,它不具选择性,一些正常细胞也会被杀死。其次,它的光催化效率比较低,所需纳米TiO2的浓度较大。针对上述缺点我们提出了纳米TiO2-免疫-电穿孔复合技术。由于采用了针对癌细胞的特异性抗体来修饰在纳米TiO2表面,以及在电场下使LoVo癌细胞膜上生孔的方法,提高了TiO2光催化氧化杀伤癌细胞的效率,而且该方法具有选择性。在本论文中探讨其机理。我们还初步研究了纳米ZnO对大肠杆菌和LoVo癌细胞的抑制和光催化杀灭作用,此外还用裸鼠实验,初步试验了外加电场抑制和破坏LoVo细胞肿瘤的作用。本论文的主要研究内容为:1.由于采用了癌细胞的抗体修饰纳米TiO2表面,以及在电场下使癌细胞膜上生孔的方法,提高了TiO2光催化氧化杀伤LoVo肠癌细胞的效率,而且具有选择性。利用共聚焦荧光显微镜、透射电镜（TEM）和单细胞凝胶电泳等方法研究了这种技术杀伤LoVo肠癌细胞的作用过程。结果表明经抗体修饰的纳米TiO2微粒能自动吸附在癌细胞的细胞膜上,在电脉冲的作用下细胞膜生孔,使纳米TiO2可进入细胞内部,并主要集中在细胞核区域。在紫外光的照射下,基于纳米TiO2的光催化氧化作用,造成细胞内一些细胞器、核膜和核中的DNA的损伤,促使细胞死亡。由于是在细胞内部发生光氧化催化反应,直接作用,显著提高了杀伤LoVo肠癌细胞的能力,实现了在TiO2浓度低至3.12μg/mL时就能高效率地杀伤LoVo癌细胞。2.纳米ZnO和纳米TiO2具有相似的半导体禁带能级,而且ZnO的生物相容性很好,有可能成为光催化杀伤癌细胞的新材料。我们用溶胶凝胶法和沉淀法合成了两种ZnO微粒,研究了不同尺度ZnO对大肠杆菌生长的抑制作用。发现在低浓度时用溶胶凝胶法治得的纳米ZnO抑制效果明显高于沉淀法合成的微米针状ZnO晶体。而在较高的ZnO浓度,两种ZnO对大肠杆菌的抑制作用相差不大。纳米ZnO对LoVo细胞的生长也具有明显的抑制作用,癌细胞与纳米ZnO共培养时加速死亡。紫外光照实验表明,纳米ZnO具有明显的光催化氧化杀伤LoVo癌细胞的能力。在波长254 nm强度为0.76 mW/cm2的光照射下50 min后约有60%的LoVo癌细胞被杀死。由于ZnO与人体组织的相容性,这种方法值得进一步研究开发。3.尝试利用方波脉冲和高频交流电叠加作为外加电压的方法对裸鼠LoVo肿瘤进行处理。结果表明方波和高频交流电叠加的电场可以有效地破坏肿瘤,并最终使其治愈。其主要原因可能出于热效应。利用150 V,半周期为10 ms,脉冲宽度为1 ms的脉冲波叠加10 V 1MHz的正弦波电场。经过6次（每次相隔1 min）,每次通电10 s的处理,也可破坏LoVo肿瘤,显示了电场对肿瘤的作用。此外还发现,往肿瘤中注射少量阴离子表面活性剂,可以有效地提高效率,加强电场破坏肿瘤的效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 光动力学疗法
• 1.1.1 光动力学疗法研究进展
• 1.1.2 光动力学疗法的原理
• 1.1.3 光敏剂
• 1.1.4 纳米氧化物微粒作为光敏剂在光动力学研究中的应用
• 1.2 电穿孔技术
• 1.3 电化学和热疗方法治疗恶性肿瘤的进展
• 1.4 本论文的研究内容
• 参考文献
• 第二章 实验试剂及方法
• 2.1 实验主要试剂及实验仪器
• 2.1.1 实验试剂
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 研究方法
• 2.2.1 透射电子显微镜（TEM）
• 2.2.2 荧光显微镜
• 2.2.3 单细胞凝胶电泳技术（Single cell gel electrophoresis,SCGE）
• 参考文献
• 2-免疫-电生孔复合技术光催化氧化杀伤LoVo肠癌细胞及其机理'>第三章 纳米TiO₂-免疫-电生孔复合技术光催化氧化杀伤LoVo肠癌细胞及其机理
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 2和FITC-抗体-TiO₂的制备'>3.2.1 抗体-TiO₂和FITC-抗体-TiO₂的制备
• 3.2.2 细胞株、细胞培养和成活率实验
• 3.2.3 光催化氧化杀伤LoVo细胞试验
• 3.2.4 贴壁生长LoVo细胞的荧光显微镜观察
• 3.2.5 扫描电子透射电镜观察
• 3.2.6 单细胞凝胶电泳
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 经过不同处理的LoVo细胞在光照下的存活率
• 3.3.2 抗体和电生孔技术的作用
• 2-光催化氧化对LoVo细胞的损伤'>3.3.3 纳米TiO₂-光催化氧化对LoVo细胞的损伤
• 3.4 结论
• 参考文献
• 第四章 纳米ZnO抑制细菌及癌细胞研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 纳米ZnO的合成
• 4.2.2 ZnO的表征
• 4.2.3 ZnO对大肠杆菌的抑制作用
• 4.2.4 纳米ZnO抑制癌细胞的生长作用
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 ZnO样品的形貌和结构表征
• 4.3.2 ZnO抑制大肠杆菌的生长
• 4.3.3 共培养不同时间对LoVo细胞的抑制作用
• 4.3.4 光照下纳米ZnO对LoVo细胞的杀伤效应
• 4.4 结论
• 参考文献
• 第五章 外加电场对肿瘤的影响
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 细胞培养
• 5.2.2 裸鼠皮下接种肿瘤
• 5.2.3 外加电场实验
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 方波与高频交流电场联用对肿瘤的作用
• 5.3.2 脉冲电压和高频交流电联用对肿瘤的作用
• 5.4 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的科研成果
• 致谢