細(xì)胞傳感器及納米材料生物相容性研究.pdf

1、本論文開展了細(xì)胞傳感新方法和納米材料生物相容性的研究。納米生物材料是納米材料和生物材料交叉而成的一個(gè)全新領(lǐng)域。納米尺度的特殊生物效應(yīng)使得納米生物材料具有廣泛的應(yīng)用前景。細(xì)胞體外分析對(duì)細(xì)胞生理學(xué)行為的研究以及藥物的體外篩選都具有重要意義。納米生物材料細(xì)胞相容性界面的構(gòu)建對(duì)促進(jìn)細(xì)胞傳感器的研制、組織工程的發(fā)展和組織工程材料的臨床應(yīng)用都起著重要的作用。磁彈性傳感器是近幾年迅速發(fā)展起來的無線無源傳感器,在活體、在體及無損檢測(cè)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用

2、前景,特別適用于需無菌操作(如細(xì)胞檢測(cè))的科學(xué)實(shí)驗(yàn)中。另外,細(xì)胞的新陳代謝、呼吸作用、光合作用、信息傳遞、物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸?shù)然顒?dòng)都涉及到細(xì)胞荷電粒子或電活性粒子的定向有序傳遞、傳導(dǎo)或轉(zhuǎn)移,即涉及到細(xì)胞物質(zhì)有序、專一、特異的氧化和還原。電化學(xué)方法具有簡(jiǎn)單、快速、方便等優(yōu)點(diǎn)。因此,可用電化學(xué)手段研究細(xì)胞的生理行為或評(píng)估藥物與細(xì)胞的相互作用等?；谏鲜雒枋?本論文主要進(jìn)行了以下幾方面的研究工作:
　　 1.乳腺癌細(xì)胞(MCF-7)無線磁

3、彈性傳感器制備及應(yīng)用。本工作應(yīng)用無線傳感器原位監(jiān)測(cè)了MCF-7細(xì)胞的正常生長(zhǎng)及抗癌藥物作用下的生長(zhǎng)過程,評(píng)價(jià)了5.氟尿嘧啶和順鉑對(duì)MCF-7細(xì)胞生長(zhǎng)的抑制效果。無線傳感器是由非晶態(tài)金屬鐵合金磁條帶切割而成的矩形磁振片,表面涂一層聚氨酯膜保護(hù)磁振片不被氧化腐蝕,提供一個(gè)細(xì)胞相容性好的細(xì)胞生長(zhǎng)附著面。傳感器在一定頻率范圍內(nèi)的激發(fā)磁場(chǎng)中振動(dòng),振動(dòng)產(chǎn)生的電磁流可以通過感應(yīng)線圈遠(yuǎn)距離遙感檢測(cè),而傳感器與檢測(cè)系統(tǒng)無需任何物理連接,這一特性有利于實(shí)現(xiàn)

4、生物實(shí)驗(yàn)過程的無菌操作,特別是細(xì)胞培養(yǎng)過程。MCF-7細(xì)胞貼附在傳感器表面生長(zhǎng),可引起傳感器共振振輻減小,并且共振振幅的減少與細(xì)胞的初始接種濃度成線性關(guān)系,線性范圍為5×104～1×106 cells mL-1,檢出限為1.2×104 cells mL-1。本工作中通過增大激發(fā)共振振輻來評(píng)價(jià)細(xì)胞貼壁的生長(zhǎng)能力,并用磁傳感器評(píng)價(jià)了5.氟尿嘧啶和順鉑這兩種抗癌藥物對(duì)MCF-7細(xì)胞生長(zhǎng)的抑制作用。當(dāng)MCF-7細(xì)胞生長(zhǎng)到20 h時(shí),5-氟尿嘧啶

5、和順鉑的半數(shù)致死濃度(LC50)分別為19.9和13.1μM。
　　 2.Escherichia coli O157:H7(E coli O157:H7)無線磁彈性傳感器制備及應(yīng)用。以預(yù)聚合了聚氨酯膜的磁性膜片為敏感元件,制備了無線磁彈性微生物傳感器;研究了微生物生長(zhǎng)導(dǎo)致培養(yǎng)基性質(zhì)(如黏度、密度等)改變對(duì)傳感器共振頻率的影響,考察了細(xì)菌在傳感器表面吸附對(duì)傳感器響應(yīng)的貢獻(xiàn);研究了慶大霉素注射液對(duì)E.coli O157:H7生長(zhǎng)的抑

6、制作用,依據(jù)慶大霉素注射液對(duì)細(xì)菌的抑制作用可以進(jìn)行抗生素的藥效評(píng)測(cè)。E. Coli O157:H7的生長(zhǎng)和繁殖導(dǎo)致溶液黏度減小,從而引起磁彈性傳感器共振頻率增大;細(xì)菌生長(zhǎng)過程中在傳感器表面有一定吸附,從而引起傳感器共振頻率減小,溶液性質(zhì)變化和細(xì)菌吸附程度共同影響共振頻率的變化。該傳感器可測(cè)定的E.coli O157:H7濃度為2×102～3×106cellsmL-1,檢測(cè)限為102cells mL-1。基于此,建立了可用于細(xì)菌早期診斷和

7、快速分析的無線磁彈性傳感檢測(cè)新方法。
　　 3.支原體無線磁彈性傳感器制備及應(yīng)用。支原體是最小、最簡(jiǎn)單、能夠自我復(fù)制的無細(xì)胞壁致病微生物。本文應(yīng)用無線磁彈性傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)了生殖支原體的正常生長(zhǎng)及抗生素抑制生長(zhǎng)過程,評(píng)價(jià)了四環(huán)素和左氧氟沙星對(duì)生殖支原體的抑制效果。無線傳感器是由28μm厚的帶狀非晶態(tài)鐵磁合金2826MB(Fe40Ni38Mo4B18)切割而成的矩形磁振片,表面涂一層聚氨基甲酸酯膜保護(hù)磁振片不被氧化腐蝕,為生殖支原體

8、提供了一個(gè)生長(zhǎng)附著面。傳感器在一定頻率范圍內(nèi)的激發(fā)磁場(chǎng)中縱向振動(dòng),振動(dòng)產(chǎn)生的磁通量可以通過感應(yīng)線圈遠(yuǎn)距離遙感檢測(cè),而傳感器與檢測(cè)系統(tǒng)無需任何物理連接,這一特性有利于實(shí)現(xiàn)生殖支原體培養(yǎng)過程的無菌操作。生殖支原體黏附在傳感器表面生長(zhǎng)使傳感器共振頻率下降,共振頻率下降值與生殖支原體的接種濃度存在線性關(guān)系,通過細(xì)菌生長(zhǎng)抑制實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)了兩種抗生素的抑制效果。由實(shí)驗(yàn)得到,當(dāng)細(xì)菌生長(zhǎng)時(shí)間為120 h時(shí),四環(huán)素的平均抑制濃度(MIC50)為1.5μg m

9、L-1,左氧氟沙星的MIC50為0.5μg mL-1。
　　 4.大腸桿菌碳納米管方波伏安傳感器制備及應(yīng)用。采用循環(huán)伏安和方波伏安技術(shù)研究了多壁碳納米管(MWCNTS)修飾玻碳電極上大腸桿菌細(xì)胞的電化學(xué)行為。與裸玻碳電極相比,修飾電極對(duì)細(xì)胞懸浮液中電化學(xué)活性物質(zhì)的氧化有催化作用。在細(xì)胞生長(zhǎng)過程中,各個(gè)時(shí)期的細(xì)胞活性與方波伏安分析信號(hào)趨勢(shì)一致。利用該技術(shù)評(píng)估了抗生素慶大霉素對(duì)大腸桿菌細(xì)胞的活性抑制作用,同時(shí)用形態(tài)學(xué)技術(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證。

10、
　　 5.TiO2納米管(TiO2NTs)陣列的細(xì)胞相容性及應(yīng)用。在本工作中,應(yīng)用純Ti片陽極氧化技術(shù)制得管徑大約為100 nm,且易于被酒精分散或從Ti片基底上分離的良好的TiO2 NTs。為了探索此種納米結(jié)構(gòu)的細(xì)胞相容性及組織工程應(yīng)用的可能,通過使用熒光顯微鏡,研究和比較了不同的癌細(xì)胞以及正常細(xì)胞在此種材料表面生長(zhǎng)的情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明此種新的生物材料能夠維持細(xì)胞的生長(zhǎng),并且不需要被覆細(xì)胞外基質(zhì)(Extracellular

11、matrix,ECM)。相繼研究了納米管中順鉑藥物的釋放動(dòng)力學(xué)及對(duì)成骨肉瘤細(xì)胞(human osteosarcoma,MG-63)貼壁生長(zhǎng)的影響。表面積為0.75cm×1cm的二氧化鈦基底上實(shí)驗(yàn)載藥量分別為75μg、150μg和225μg順鉑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,此種TiO2 NTs易于載抗癌藥物,并且載藥TiO2 NTs能夠有效地減少M(fèi)G-63細(xì)胞在納米管表面的貼附。這些研究發(fā)現(xiàn)表明,TiO2 NTs是一種良好的潛在載藥材料,并且有希望在移