含有碳酸钙载体的功能化细胞的制备、表征及其应用

摘要

近年来，一些自然、高效的生物体系，比如：酵母菌、M13噬菌体等生物体在合成矿物质方面表现出应用潜能。由于生物合成方法可以避免许多传统化学合成方法中存在的问题，比如对环境的影响、能量的损耗、安全性及生物相容性等，因此利用生物体合成矿物质受到广泛重视。但是目前利用生物体合成的材料，主要是利用其外部的官能团作模板。我们的目标是通过在细胞里面合成一个由矿物质组成的脚手架结构来得到一种功能化的细胞。更重要的是：这种功能化细胞可以被用作生物载体来运输多种药物，或者是为其它类似的应用提供一个反应平台。
　　本文以酵母细胞为研究对象，利用外界加入的氢氧化钙溶液及多糖物质，室温条件下采用一种简单的方法，在酵母细胞内部合成得到了纳米级的碳酸钙颗粒，既功能化酵母细胞。用激光共聚焦显微镜(CLSM)，流式细胞仪(FCM)，高倍透射电镜(HRTEM)，能量弥散X射线光谱(EDS)等手段对所得产物进行了表征。另外，由于此功能化细胞对生物体及环境无毒污染，还对其在药物运输及重金属离子吸附方面的应用做了一定的研究。
　　本论文的主要研究内容包括以下几方面：
　　(1)概述了生物合成方法的分类、研究进展及存在的问题，介绍了本论文的选题背景和主要研究内容。
　　(2)利用酵母细胞为生物反应容器，加入一定浓度的氢氧化钙溶液，以多糖物质为细胞的能力来源，在室温条件下得到了功能化酵母细胞，利用SEM，XRD，FT-IR，HRTEM，CLSM，FCM等手段对其进行了表征。结果表明：生成的碳酸钙颗粒位于酵母细胞内部，粒径大小约为4-6纳米，散落于细胞液中。在酵母细胞内部引入纳米级的碳酸钙以后不会使细胞致死，但是会使其某些生命活动得到一定的抑制，比如会使酵母细胞的繁殖时间滞后等。
　　(3)以功能化细胞中的碳酸钙为平台，研究了功能化细胞在药物运输方面的应用，结果表明：功能化酵母细胞对盐酸阿霉素的负载量要远高于纯酵母。而且，在不同pH值的介质中，对所负载药物的释放量随着pH值的降低而增加，这说明此体系对pH值的变化比较敏感，在药物载体方面有一定的应用潜能。
　　(4)功能化细胞中的物质对环境是无毒无害的，以其为生物吸附剂，在重金属吸附方面尝试了一定的应用，通过对比功能化酵母细胞与纯酵母细胞对几种重金属离子的吸附，结果表明：功能化细胞对大浓度及微量金属离子的吸附效果都远好于纯酵母细胞，这说明功能化细胞内部的碳酸钙颗粒对酵母细胞的重金属吸附性能有一定的改良。
　　本论文以微生物体为生物反应容器，在室温条件下利用一种简单的方法首次得到了细胞内含有纳米级碳酸钙颗粒的功能化酵母细胞，这对生物合成方法的研究提供了一种新的实验依据，也对研究生物合成中的机理提供了重要的借鉴和指导作用。