生物膜-硅納米孔陣列光學(xué)傳感器及藥物篩選系統(tǒng)的構(gòu)建.pdf

1、生物膜系統(tǒng)具有阻擋外源傷害，維持生命活動穩(wěn)定、有序進行的功能。生物膜系統(tǒng)作為生物體的外層結(jié)構(gòu)，為生命活動的進行提供必要的能量、信息、物質(zhì)的交換。生物膜系統(tǒng)的選擇性通透能力為生物體提供交換途徑的同時也起到保護作用。對于作用靶點在胞內(nèi)的藥物，其發(fā)揮作用的先決條件是要穿透細胞膜進入細胞內(nèi)。然而生物膜的屏障作用阻止了許多藥物的滲透，從而很大程度上限制了這類藥物分子的生物利用率。因而，生物膜滲透能力成為藥物篩選的重要研究內(nèi)容。
　　近三十年

2、間，生物膜系統(tǒng)的功能性與藥物滲透性研究由復(fù)雜的體內(nèi)實驗逐漸發(fā)展到體外實驗。體外模型涵蓋了計算機模擬、分子水平、人工膜水平、細胞水平、組織水平實驗等諸多方式。然而在滲透性檢測方法上的突破十分有限，目前的研究報道大多基于熒光標(biāo)記、電學(xué)信號檢測等模式。然而部分熒光標(biāo)記分子對細胞功能可能具有一定的影響，且熒光修飾改變了藥物分子的原有結(jié)構(gòu)，難以在接近真實環(huán)境中進行藥物滲透能力的檢測。電學(xué)信號檢測的芯片結(jié)構(gòu)和設(shè)備較為復(fù)雜，電極容易受到污染，方法重現(xiàn)

3、性較差。為克服現(xiàn)有研究方法的缺點，本論文旨在建立一種非標(biāo)記光學(xué)檢測方法，用于生物膜功能和藥物滲透性的研究。論文構(gòu)建了基于硅納米孔陣列的支撐人工生物膜系統(tǒng)，利用硅納米孔陣列的微結(jié)構(gòu)和反射干涉光學(xué)現(xiàn)象研究了人工生物膜系統(tǒng)對納米孔的封閉效應(yīng)。在所構(gòu)建的光學(xué)傳感平臺上研究了離子通道蛋白對氫離子的選擇性通透功能，同時研究了肽類物質(zhì)的跨膜行為，以及藥物分子跨越內(nèi)皮細胞的能力。上述研究工作為非標(biāo)記光學(xué)傳感器應(yīng)用于藥物篩選奠定了基礎(chǔ)。本論文的主要內(nèi)容如

4、下:
　　(1)構(gòu)建了一種硅納米孔陣列-水凝膠復(fù)合材料支撐型人工細胞膜系統(tǒng)，在H+敏感水凝膠的信號放大作用下，研究了復(fù)合材料在微環(huán)境下對H+的高靈敏傳感能力，采用微流控技術(shù)成功構(gòu)建了納米孔陣列支撐的磷脂雙分子層(Phospholipid bilayers，PLBs)，傅里葉變換反射干涉光譜（Fourier transferred-reflectometric interference spectrum，F(xiàn)T-RIS）結(jié)果表明PLB

5、s能有效阻斷溶液中的H+向納米孔陣列的擴散。在PLBs中鑲嵌離子通道蛋白（短桿菌肽A）后，該人工細胞膜恢復(fù)了部分離子通透功能。在此基礎(chǔ)上研究了離子通道抑制劑的抑制作用，建立了離子通道靶向藥物篩選的模型。
　　(2)構(gòu)建了一種硅納米孔陣列表面支撐型人工細胞膜系統(tǒng)，基于人工細胞膜對納米孔陣列表面非跨膜生物分子的封閉作用，建立了多肽跨越細胞膜過程的實時光學(xué)檢測方法，研究了TP2、Cecropin A、hIAPP、Dermaseptin等

6、多種跨膜肽(Membrane-translocating peptides，MTPs)分子跨越細胞膜的動力學(xué)過程，建立了不同類型MTPs的區(qū)分模型，結(jié)果與真實微生物抗菌結(jié)果、真實細胞膜相互作用結(jié)果相吻合。最終建立了針對載體型MTPs和抗菌型MTPs的藥物篩選模型。
　　(3)構(gòu)建了一種硅納米孔陣列支撐的體外血腦屏障（Blood-brain barrier, BBB）系統(tǒng)，基質(zhì)膠Matrigel(@)共培養(yǎng)狀態(tài)下成功實現(xiàn)了人腦微血管

7、內(nèi)皮細胞hBMECs的體外培養(yǎng)并形成了緊密連接結(jié)構(gòu)?；贐BB對納米孔陣列表面非滲透型分子的封閉作用，建立了體外BBB的非標(biāo)記光學(xué)檢測方法，研究了不同培養(yǎng)時間下體外BBB通透性的改變，用乙酰膽堿、熒光素鈉等模型分子驗證了所構(gòu)建的體外模型。用該模型測試了氯霉素、環(huán)丙沙星、紅霉素等多種抗生素對BBB的滲透能力，建立了腦外傷藥物的體外篩選模型。
　　(4)構(gòu)建了一種硅納米孔陣列表面固定微生物層的系統(tǒng)，基于硅納米孔陣列的封閉效應(yīng)，建立了微

8、生物的非標(biāo)記分析方法。將特定抗體（E.Coli抗體）固定于納米孔陣列表面并捕獲E.Coli后，微生物層對納米孔陣列的分子通透產(chǎn)生阻礙作用。以BSA作為探針分子，通過測量不同封閉狀態(tài)下BSA對多孔層光學(xué)信號的變化，建立了用于微生物層密度定量分析的非標(biāo)記光學(xué)方法，上述方法在抗菌藥物篩選中具有潛在的應(yīng)用價值。
　　(5)論文的最后一章介紹了作者在美國斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院交流訪問期間所做的研究工作，建立了一種用于疾病診斷的比色陣列傳感器。該比