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金纳米颗粒、ZnO纳米结构在癌症治疗和生物传感方面的应用

孔涛  
【摘要】: 纳米技术是一个典型的多学科交叉的领域,其与生物医学的结合催生出了纳米生物医学。在这个领域中,人们利用纳米材料开展的针对重大疾病的检测与治疗研究已经取得了瞩目的成果,但仍处于探索阶段。其中,功能化或具有良好生物相容性的纳米材料设计与制备依然是一个很大的挑战。在本论文中,我们设计与合成了功能化的金纳米颗粒,探索了金纳米颗粒在癌症治疗方面的应用;另外制备了ZnO纳米阵列及Pd-ZnO复合结构,并利用这些结构在生物分子传感方面进行了研究。具体包括以下内容: 第一章,从纳米材料的制备方法出发,介绍了纳米材料在生物领域中的应用,最后引出了本论文的研究内容和意义。 第二章,合成了不同表面配体的金纳米颗粒,研究了乳腺癌细胞对金纳米颗粒的吞噬以及金纳米颗粒在癌症治疗方面的应用。研究发现尺寸、浓度、表面配体等因素会影响到癌细胞对金纳米颗粒的吞噬。以柠檬酸三钠包裹的金颗粒为例,乳腺癌细胞对98nm的金颗粒具有最大的吞噬,且吞噬量随浓度的增大而增加。巯基乙胺修饰的金颗粒(AET-GNP)能够因静电吸附作用选择性地绑定到癌细胞的表面;而葡萄糖修饰的金颗粒(Glu-GNP)可以介由癌细胞对葡萄糖的摄取机制进入到细胞体内。我们选用功能化的AET-GNP和Glu-GNP研究了金纳米颗粒在癌症放射疗法中的辅助作用。细胞毒性实验证实了这两种金颗粒的无毒性。以200kVp X射线为放射源,发现这些金颗粒能够显著增强X射线对癌细胞的杀伤作用,但对正常细胞没有增强效应。通过对比不同类型的放射源(60Co, 137Csγ射线),初步认为金纳米颗粒对X射线的放疗增强效应源于光电效应产生的光电子诱发细胞内的活性自由基数目的增加,从而导致细胞的破坏及凋亡。 第三章,制备了基于ZnO纳米管阵列的葡萄糖生物传感器。首先利用电化学方法在金电极上制备了ZnO纳米棒阵列,然后进一步通过化学腐蚀的方法得到了ZnO纳米管阵列。研究了制备过程中反应时间、温度、施加电压等因素对ZnO纳米阵列的形貌的影响。随后利用交联法将葡萄糖氧化酶固定在ZnO纳米管阵列上制备出葡萄糖生物传感器。通过对其性能的表征发现,该生物传感器对葡萄糖具有快速、灵敏的探测,其线性范围是50μM~12mM,响应时间为3s,灵敏度为21.7μA/mM·cm2,实验测得的最低检测限为1μM。同基于金膜和ZnO纳米棒阵列的葡萄糖生物传感器相比,ZnO纳米管阵列能够有效地提高生物传感器的线性范围和灵敏度。另外,实验结果也表明基于ZnO纳米管阵列的葡萄糖生物传感器具有良好的抗干扰性能及稳定性。 第四章,借助电沉积的方法在ZnO纳米棒阵列上沉积了金属Pd纳米颗粒,定性地研究了沉积时间及初始PdCl2浓度对Pd-ZnO复合结构形貌的影响。利用这种结构进行了无酶H_2O_2的检测,实验发现Pd-ZnO复合结构对H_2O_2具有高效的电催化还原作用,制备的H_2O_2无酶传感器线性范围是2.5μM~23mM,灵敏度为0.405mA/mM·cm2,实验测得的最低检测限为2.5μM。另外,该传感器也具有很好的抗干扰性能及稳定性。 第五章,针对本论文所涉及研究方向的发展趋势做了展望。


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