碲化镉量子点和纳米二氧化钛对BSA和ctDNA毒性作用的研究

论文摘要

当前,纳米材料以其独特的理化特性在几乎各个领域都展现着它惊人的潜力。随着制造成本的降低及新技术的不断开发,越来越多的纳米材料进入到人们的生活中,但随之而来的是有关纳米材料毒性的报道不断出现。近几年的多项研究表明,纳米级的物质具有潜在的生物风险,能穿过血脑、血睾等天然屏障,并有可能通过呼吸、皮肤、食道、注射等多种方式对人体健康造成危害。蛋白质和脱氧核糖核酸（DNA）是生命活动的重要物质基础,是生物机体的主要组成成分,外界各种有毒有害物质进入机体后通常会与这些生物大分子相互作用来表现其危害性。因此,在功能生物大分子的水平上研究纳米粒子与生物大分子（如蛋白质、DNA）的相互作用,探讨纳米粒子对生物大分子结构和功能的影响,建立纳米粒子对生物毒性评价可靠的新方法,为纳米材料对机体毒性提供重要的参考依据,将对纳米材料广泛应用有重要的意义。本论文主要利用光谱学技术对碲化镉量子点（CdTe QDs）和纳米二氧化钛对生物大分子毒性作用机理进行了研究,利用光谱学响应信号对这些污染物的蛋白质和DNA的毒性作用强度的相关性进行了评价。论文主要包括以下三个部分：第一部分：以巯基乙酸修饰的水溶性CdTe QDs为代表,利用荧光光谱、紫外光谱、圆二色谱等方法,研究了量子点对BSA的毒性作用。研究发现量子点对BSA的猝灭类型为静态猝灭,二者之间以疏水作用力和范德华力为主要作用力类型,结合常数和结合位点数分别为6.05×103和0.79385。通过对二者作用体系的紫外光谱与圆二色谱进行分析,发现量子点使得BSA所处的微环境极性发生变化,使得BSA骨架结构松散。第二部分：利用荧光光谱、共振光散射光谱、紫外可见光谱、圆二色谱等实验手段,研究了谷胱甘肽修饰的CdTe QDs对BSA和ctDNA的毒性作用。研究表明谷胱甘肽修饰的CdTe QDs与巯基乙酸修饰的CdTe QDs对BSA的作用模式较相似,但前者的稳定性较差,在引发BSA结构松散的同时,自身荧光活性也降低。同时,本章利用ctDNA对CdTe-QD的荧光猝灭程度（F0／F）评价了CdTe QD的基因毒性作用强度。研究发现,CdTe QDs主要与ctDNA外部磷酸根相结合,同时ctDNA对CdTe QDs产生静态荧光猝灭。CdTe QDs的加入能够使得ctDNA的构象发生变化,在CdTe QD浓度为5.0×10-7mol L-1,pH值在8左右时,CdTeQD对ctDNA的基因毒性作用最强。第三部分：通过荧光光谱、紫外可见光谱、共振光散射光谱、圆二色谱等光谱学方法研究近生理条件下纳米TiO2对BSA的毒性作用。通过分析二者的共振光散射光谱发现二者能够聚合,使得颗粒粒径增大,体系共振光增强。通过分析体系的荧光光谱发现,纳米TiO2使BSA自身的特征荧光发生猝灭,并且这种猝灭作用随着纳米TiO2的浓度的增大而增强。这种猝灭作用主要是由于纳米TiO2的加入改变了BSA所处的微环境,使得BSA骨架结构松散,荧光基团暴露在亲水环境中；紫外吸收光谱和圆二色谱的试验结果进一步证实了这一结论。本论文的研究成果表明,纳米材料进入机体后,不仅能够影响载体蛋白的构象,还会与机体的遗传物质DNA发生相互作用,从而显示出一定的基因毒性。该结论在生物大分子水平上对评价纳米粒子的生物毒性提供了依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1 纳米粒子概述
• 1.1 纳米粒子的定义
• 1.2 纳米材料的性质
• 2 几种典型纳米粒子概述
• 2.1 量子点
• 2.1.1 量子点简介
• 2.1.2 量子点的应用
• 2.1.2.1 量子点在生物医学领域的应用
• 2.1.2.2 量子点在化学分析领域的应用
• 2.1.2.3 量子点在光电子等领域的应用
• 2.1.3 量子点毒理学研究进展
• 2.1.3.1 量子点进入人体的途径
• 2.1.3.2 量子点对细胞毒性的影响
• 2.1.3.3 量子点在生物体内的分布和转移
• 2.1.3.4 量子点对机体的毒性作用机理的研究
• 2.2 纳米二氧化钛
• 2.2.1 纳米二氧化钛简介
• 2.2.2 纳米二氧化钛的应用
• 2.2.2.1 纳米二氧化钛在环保领域的应用
• 2.2.2.2 纳米二氧化钛在涂料领域的应用
• 2.2.2.3 纳米二氧化钛在化妆品领域的应用
• 2.2.3 纳米二氧化钛毒性研究进展
• 2.2.3.1 体外实验中纳米二氧化钛毒性研究
• 2.2.3.2 体内实验中纳米二氧化钛毒性研究
• 3 靶分子概述
• 3.1 蛋白质的基本资料
• 3.2 DNA概述
• 4 研究方法与技术
• 4.1 荧光光谱技术
• 4.2 紫外-可见吸收光谱技术
• 4.3 圆二色谱技术
• 4.4 共振光散射技术
• 5 本论文的研究目的与研究内容
• 5.1 研究目的
• 5.2 研究内容
• 第二章 碲化镉量子点对牛血清白蛋白毒性作用评价新方法的研究
• 1 引言
• 2 试验部分
• 2.1 实验仪器
• 2.2 实验试剂
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 荧光光谱
• 2.3.2 紫外光谱
• 2.3.3 圆二色谱
• 3 结果与讨论
• 3.1 CdTe QDs对BSA的荧光猝灭作用
• 3.2 BSA结构的变化
• 3.2.1 体系的吸收光谱的变化
• 3.2.2 体系圆二色谱的变化
• 3.3 BSA荧光猝灭方式的研究
• 3.4 结合常数和结合位点的确定
• 3.5 CdTe QDs与BSA的作用力类型
• 4 结论
• 第三章 谷胱甘肽修饰的碲化镉量子点对BSA和ctDNA的毒性作用
• 第一节 谷胱甘肽修饰的碲化镉量子点对BSA的毒性作用
• 1 实验部分
• 1.1 仪器
• 1.2 试剂
• 1.3 实验方法
• 1.3.1 荧光光谱分析法
• 1.3.2 紫外可见分光光度法
• 1.3.3 远紫外圆二色谱法
• 2 结果与讨论
• 2.1 GSH修饰的CdTe QDs对BSA的荧光光谱的影响
• 2.2 GSH修饰的CdTe QDs剂量对BSA的荧光猝灭作用
• 2.3 BSA荧光猝灭类型的确定
• 2.4 结合常数和结合位点的确定
• 2.5 体系的吸收光谱
• 2.6 体系的圆二色谱
• 3. 结论
• 第二节 谷胱甘肽修饰的碲化镉量子点基因毒性的研究
• 1 实验部分
• 1.1 仪器
• 1.2 试剂
• 1.3 实验方法
• 1.3.1 荧光光谱
• 1.3.2 共振光散射（RLS）光谱
• 1.3.3 紫外光谱
• 1.3.4 圆二色谱
• 2 结果与讨论
• 2.1 ctDNA剂量对CdTe QDs荧光光谱的影响
• 2.2 CdTe QDs浓度变化对CdTe QDs基因毒性的影响
• 2.3 pH值对CdTe QDs基因毒性的影响
• 2.4 单双链DNA对CdTe QDs荧光猝灭程度的影响
• 2.5 CdTe QDs对ctDNA紫外光谱的影响
• 2.6 CdTe QDs对ctDNA圆二色谱的影响
• 3 结论
• 第四章 纳米二氧化钛对牛血清白蛋白的毒性评价方法
• 1 引言
• 2 试验部分
• 2.1 实验仪器
• 2.2 实验试剂
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 荧光光谱
• 2.3.2 共振光散射光谱
• 2.3.3 紫外光谱
• 2.3.4 圆二色谱
• 3 结果与讨论
• 3.1 荧光光谱
• 2对BSA荧光光谱的影响'>3.1.1 纳米TiO₂对BSA荧光光谱的影响
• 2剂量对BSA荧光光谱的影响'>3.1.2 纳米TiO₂剂量对BSA荧光光谱的影响
• 3.2 共振光散射（RLS）光谱
• 3.2.1 研究体系的RLS光谱
• 2剂量对体系RLS光谱的影响'>3.2.2 纳米TiO₂剂量对体系RLS光谱的影响
• 2对BSA紫外光谱的影响'>3.3 纳米TiO₂对BSA紫外光谱的影响
• 2对BSA圆二色谱的影响'>3.4 纳米TiO₂对BSA圆二色谱的影响
• 4 结论
• 第五章 全文总结与展望
• 1 主要结论
• 1.1 CdTe QDs对BSA的毒性作用
• 1.2 CdTe QDs对ctDNA的毒性作用
• 1.3 纳米二氧化钛对BSA的毒性作用
• 2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士研究生期间发表的学术论文目录
• 学位论文评阅及答辩情况表