高时空分辨单颗粒光谱显微成像

摘要

由于贵金属纳米颗粒具有独特的局部表面等离子体共振性能，很容易将化学或物理刺激以高效率的方式转变成光信号。因此，结合光学显微成像技术所开发的高通量、非接触式无损探测手段，能够为详细探讨单细胞、单分子层面上的重要化学生物学过程提供强大的技术平台。基于等离子探针的光学成像方法的进一步发展和应用，将会在化学和生物界带来许多令人振奋的结果。
　　在前人研究工作的基础上，本文主要开展了以下工作:
　　1.我们利用高精度时间分辨单颗粒跟踪方法，探索反式转录激活蛋白(TAT)肽修饰的纳米载体在模型脂质双分子层上的非静电区域的吸附和热运动行为。我们发现了现有假说不能解释的现象:TAT肽修饰的纳米载体在中性脂质膜上的横向和旋转运动会受限。通过活化能半定量分析表明，纳米载体与脂质双分子层最初始的吸附过程中需要多个弱键结合。因此，纳米载体表面TAT肽的多个位点与脂质体相互作用会形成多肽-脂质体复合物（比如:脂质域）。这种复合物所形成的拉力会有效的限制纳米载体在流体膜上的热运动。这种现象无法通过单个多肽的随机空间和构象分布来实现。这些有趣的发现可以为人们更好的理解TAT肽修饰的纳米载体在细胞内的内在运输机制提供更深刻的见解，并且为药物和基因在细胞内特定位点的有效释放点燃了新的希望。
　　2.我们利用双波长暗场(DWVD)显微成像技术，探索TAT肽修饰的金纳米粒子(TGNPs)在HeLa细胞中的动力学过程。发现细胞摄取TGNPs的主要途径是能量依赖的内吞过程，且根据时间相关的动态空间分布信息并没有观察到主动的核靶向过程。我们还发现HeLa细胞代谢TGNPs的主要途径是通过有丝分裂将TGNPs遗传到子细胞中。对于活细胞的摄取机制和纳米载体在细胞内代谢过程的进一步认识，能为提高靶向给药的效率提供深入见解。
　　3.许多有趣的物理化学过程都发生在液-固界面。全内反射照明与单分子光谱一起为选择性研究接近这一界面的动力学过程提供了一个强大的平台。利用这种技术，我们证明可以通过光诱导的方式调节接近固液表层的罗丹明B分子的分布量，并且发现激光诱导下液固表面排斥力会形成一种长程能量势垒从而调节染料分子的分布。在几百纳米的液-固界面范围内，这个能量会限制单个分子的热运动。因此，该现象可能可被广泛应用于基于光调制技术的分离技术的发展，并且应用于筛选不同尺寸的纳米颗粒。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 纳米颗粒

1．2．1 纳米颗粒的定义

1．2．2 纳米颗粒的基本性质

1．2．3 金属纳米颗粒局部等离子共振

1．3 界面单分子研究

1．4 应用于单分子金纳米颗粒的成像方式

1．4．1 全内反射荧光显微成像

1．4．2 微分干涉相差显微成像

1．4．3 暗场显微成像

1．5 金纳米颗粒在生物医学的应用

1．5．1 药物载体

1．5．2 肿瘤检测

1．5．3 基因治疗

1．5．4 光热剂

1．5．5 放疗剂量增强器

1．6 本论文的构想

第二章 人类免疫缺陷病毒反式转录激活蛋白肽修饰的纳米载体在中性脂质双层膜上的运动行为的研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 试剂

2．2．2 金纳米颗粒的合成

2．2．3 金纳米颗粒表面TAT肽修饰和定量分析

2．2．4 磷脂双分子层的制备

2．2．5 单颗粒光学成像实验装置

2．2．6 数据处理

2．3 结果与讨论

2．3．1 球形纳米颗粒的电镜表征

2．3．2 金纳米颗粒表面TAT肽修饰

2．3．3 磷脂双分子层流动性和完整性的确定

2．3．4 单颗粒成像实验的精确度

2．3．5 中性磷脂双层膜上TAT修饰功能化金纳米载体的吸附和横向运动行为

2．3．6 吸附过程的活化能计算

2．3．7 TAT肽功能化金纳米载体在中性磷脂双层膜上的旋转动力学

2．4 小结

第三章 HIV-1 TAT肽修饰的纳米载体在活细胞内的动力学过程的研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 试剂

3．2．2 仪器

3．2．3 制备TAT肽修饰的纳米颗粒(TGNPs)

3．2．4 细胞培养

3．2．5 细胞实验

3．2．6 TGNPs双波长暗场显微成像

3．2．7 测定金含量

3．3 结果与讨论

3．3．1 TCNPs稳定性考查

3．3．2 双波长暗场(DWVD)显微成像

3．3．3 TGNPs细胞内吞途径的考查

3．3．4 TGNPs在细胞内运动的考查

3．3．5 原子吸收光谱法(AAS)测定金含量

3．4 小结

第四章 液-固界面光诱导的长程排斥效应的研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验试剂

4．2．2 试剂配制

4．2．3 玻片的处理

4．2．4 单分子全内反荧光成像实验

4．3 结果与讨论

4．3．1 罗丹明B染料分子在不同界面的运动行为

4．3．2 不同激光强度对罗丹明B染料分子行为的影响

4．3．3 光诱导排斥力对罗丹明B染料分子行为的影响

4．4 小结

结语

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

声明