納米材料表面化學(xué)在生物分析中的應(yīng)用.pdf

1、納米材料是目前最為熱門(mén)的材料科學(xué)研究方向，在能源、化工、醫(yī)藥、電子器件和環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域已經(jīng)取得諸多應(yīng)用。除了材料本身的性質(zhì)之外，納米材料由于比表面積大，因而表面性質(zhì)同樣是納米材料的重要性質(zhì)。對(duì)于能源、化工等領(lǐng)域，人們也許更關(guān)注于裸露晶面、活性原子和化學(xué)勢(shì)等因素。而在生物醫(yī)學(xué)方面，則需要進(jìn)行表面修飾。表面修飾不僅帶來(lái)水溶性和生物相容性，更能夠賦予納米材料特殊的生物功能，對(duì)納米材料的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用意義重大。
　　第一章，我們簡(jiǎn)要介紹了納

2、米材料表面化學(xué)對(duì)于納米材料在生物應(yīng)用中的重要作用，主要探討了如何將無(wú)機(jī)納米材料進(jìn)行生物功能化以及生物功能化的重要意義。我們分析了納米表面化學(xué)是如何實(shí)現(xiàn)納米材料對(duì)生物分子、微環(huán)境等因素響應(yīng)，并進(jìn)行生物分析。并引出了納米探針對(duì)酶的響應(yīng)以及活體體內(nèi)行為的分析。闡明畢業(yè)論文的選題依據(jù)和主要內(nèi)容。
　　第二章，我們構(gòu)建了量子點(diǎn)-酪氨酸納米復(fù)合體，并將其應(yīng)用于試管內(nèi)和細(xì)胞內(nèi)的酪氨酸酶活力分析。量子點(diǎn)表面偶聯(lián)的酪氨酸可以被酪氨酸酶氧化生成多巴素

3、。多巴素具有較低的還原電位，可以吸收量子點(diǎn)的激發(fā)態(tài)電子而造成量子點(diǎn)熒光淬滅。熒光淬滅與多巴素個(gè)數(shù)之間存在的線(xiàn)性關(guān)系，使得我們可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)酶反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。通過(guò)對(duì)反應(yīng)過(guò)程的米氏方程擬合，我們獲得了酶在氧化QD-Tyr時(shí)的動(dòng)力學(xué)常數(shù)，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了意想不到的現(xiàn)象并且揭示了隱藏的機(jī)理。酶在面對(duì)納米底物時(shí)所表現(xiàn)出的活力提高現(xiàn)象，進(jìn)一步提升了響應(yīng)的靈敏度，這個(gè)體系中對(duì)酪氨酸酶檢測(cè)限可以低至1nM。我們認(rèn)為是納米顆粒表面相對(duì)較高的底物濃度使得酶與底

4、物的接觸碰撞更容易，因而提升了酶的活力。熒光共聚焦顯微鏡和流式細(xì)胞實(shí)驗(yàn)展示出B16黑色素瘤細(xì)胞中的酪氨酸酶可以將量子點(diǎn)-酪氨酸納米復(fù)合體氧化造成熒光淬滅。
　　第三章，我們基于超順磁納米顆粒對(duì)其附近的T1造影劑的縱向弛豫淬滅效應(yīng)構(gòu)建了四氧化三鐵-釓納米-底物復(fù)合體實(shí)現(xiàn)對(duì)基質(zhì)金屬蛋白酶2(MMP-2)的體外和細(xì)胞水平分析。MMP-2將連接四氧化三鐵與釓配合物的肽鏈水解，釓配合物因而從納米顆粒表面脫離，釋放到溶液中。四氧化三鐵的磁場(chǎng)屏

5、蔽作用隨距離增大而快速下降，Gd配合物自身的縱向弛豫效果恢復(fù)。得益于信號(hào)放大，檢測(cè)限和靈敏度都得到有效提升。釋放的Gd配合物濃度與其恢復(fù)的縱向弛豫貢獻(xiàn)呈良好的現(xiàn)行關(guān)系，這使得我們可以對(duì)酶與納米-底物復(fù)合體的水解反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。我們使用積分形式的米氏方程對(duì)反應(yīng)曲線(xiàn)進(jìn)行擬合，并挑戰(zhàn)性地定量了反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)，這對(duì)于我們更好地解釋異常的反應(yīng)現(xiàn)象和揭示未知反應(yīng)機(jī)理具有重要意義。
　　第四章，我們利用磁共振成像，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)了三種典型修飾

6、(PEG、ZW和PEI)的鈀納米片的體內(nèi)行為。不同的修飾分子帶給鈀納米片獨(dú)特的表面性質(zhì)，并對(duì)鈀片的體內(nèi)行為造成巨大影響。PEG修飾的鈀納米片具有相當(dāng)長(zhǎng)的血液循環(huán)時(shí)間，并可以通過(guò)EPR效應(yīng)被動(dòng)靶向到腫瘤組織。借助鈀片的光熱效果，PEG修飾的鈀片可以對(duì)腫瘤進(jìn)行光熱治療，并成為一種診療試劑。兩性離子和聚醚酰亞胺修飾的鈀納米片都從血液中被快速清除，不同的是兩性離子鈀片通過(guò)腎清除，聚醚酰亞胺修飾的鈀片則被單核巨噬細(xì)胞攝取富集在肝臟中。這些不同的表