分子和细胞水平上研究核壳结构的镉系量子点毒性效应与机理

摘要

量子点(Quantun QDs)，作为一种半导体纳米材料，由于尺寸大小的特殊性，导致其具有一些特殊的表面性质以及优越的光物理性质，如激发光谱较宽、发射光谱较窄、粒径宽可调、荧光发射强度高以及荧光稳定性强等，使得量子点被广泛地研究和应用。量子点材料在生物标记、医药化学、非线性光学、功能材料以及催化学等科学研究领域表现出良好的应用前景。然而，随着量子点的广泛应用，人们在生产和生活中暴露的机会和几率也会增加，因此对量子点潜在的生理毒性进行评价，对人类的健康变得越来越重要。
　　针对目前研究较多的水相中合成的表面修饰的CdTe量子点存在的量子点粒径分布范围较广、部分团聚、表面修饰较为单一且粗糙、量子点包覆不够严密、稳定性不好、细胞毒性较大、缺少其与血液中的蛋白相互作用的研究等问题的一些问题，我们先是研究了水相中MPA修饰的CdTe量子点与血液中广泛存在而重要的物质血红蛋白的相互作用研究，以对已有的研究做补充。另外，我们采用在高倍透射显微镜下依然粒径非常均匀，且分散性良好的、无毒的且具有很高的能带宽的ZnS壳层，且表面包覆严密稳定MPA-CdSe/ZnS核壳结构的量子点，从分子水平和细胞水平上分别研究镉系量子点的毒性效应。主要研究的内容及结论如下:
　　(1)利用“一锅法”合成了MPA-CdTe量子点，并对其进行提纯，于真空下干燥得到量子点固体，并利用红外光谱、荧光发射光谱、紫外-可见光吸收光谱、动态光散射纳米粒度测定以及高倍透射显微镜等技术手段对其进行表征，确定其合成情况以及测定其浓度，一系列的实验结果表明MPA-CdTe量子点合成效果良好，并用于后续的与血红蛋白作用研究的实验中。
　　(2)利用等温滴定量热法和多种光谱学手段在模拟生理的条件下研究了MPA-CdTe QDs对血红蛋白的影响。研究发现在血红蛋白和MPA-CdTe QDs的结合中，范德华力和氢键起主要作用。结果表明，在MPA-CdTe QDs的作用下，不仅血红蛋白的固有荧光被淬灭，酪氨酸和色氨酸残基微环境的改变，而且血红蛋白的构象也发生了复杂的变化，骨架变得伸展和疏松。然而，血红蛋白中的血红素仍然稳定，说明二者之间的相互作用并没有明显抑制血红蛋白的主要生理功能。此处，MPA-CdTe QDs更可能是其进入到血红蛋白大分子的内部而非聚集到其表面。
　　(3)利用荧光发射光谱、紫外-可见光吸收光谱、高倍透射显微电镜等技术手段对MPA-CdSe/ZnS核壳结构的量子点进行了表征。结果显示MPA-CdSe/ZnS核壳结构的量子点具有较强的荧光发射强度、小而对称的半峰宽，且光衍射光圈明显，晶格条纹清晰、稳定且分布均匀，核壳结构稳定，分散性良好，粒径也非常均匀。
　　(4)利用等温滴定量热法和多种光谱学手段，在模拟生理的条件下，研究了MPA-CdSe/ZnS核壳结构的量子点与过氧化氢酶和超氧化物歧化酶这两种氧化应激酶之间的相互作用。实验结果表明MPA-CdSe/ZnS核壳结构的量子点主要通过疏水作用力与两种氧化应激酶发生相互作用。经MPA-CdSe/ZnS核壳结构的量子点的作用，两种氧化应激酶的固有的内源性荧光均被淬灭，其酪氨酸和色氨酸残基的微环境发生了改变，酶的分子的构象也发生了一定程度的去折叠化导致骨架变得松散，但酶的生理功能并未受到明显抑制，反而过氧化氢酶分子可能由于活性中心的暴露增加，活性增强。
　　(5)选取小鼠原代肝细胞作为评价靶细胞，在MPA-CdSe/ZnS核壳结构的量子点暴露下，检测了小鼠原代肝细胞的细胞活力以及细胞内CAT、SOD活性的变化和MDA含量的变化等指标。结果表明MPA-CdSe/ZnS核壳结构的量子点使得小鼠原代肝的细胞活力轻微下降。而小鼠原代肝细胞内CAT的活性只有很轻微的变化，SOD活性得活性显著增强，MDA的含量变化呈上下波动趋势但没有显著性差异。综合得出:MPA-CdSe/ZnS核壳结构的量子点诱发了小鼠原代肝细胞产生了氧化应激效应但是尚未对小鼠原代肝细胞造成严重的氧化应激损伤。
　　利用等温滴定量热法和多种光谱学手段本文先是研究了水相中MPA修饰的CdTe量子点与血液中广泛存在而重要的物质血红蛋白的相互作用研究，对已有的研究做了补充。此外。本文我们还从分子水平和细胞水平上分别研究MPA-CdSe/ZnS核壳结构的量子点的毒性效应。为全面评价量子点的毒性、量子点的合成及合理利用提供了参考。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1 概述——量子点

2 量子点的特性及应用

3 量子点的毒性效应的研究进展

4 论文的研究方法与技术

4．1 分子水平上研究方法

4．2 细胞水平上研究方法

5 研究目的、研究内容及研究意义

5．1 论文的研究目的

5．2 论文的研究内容

5．1 论文的研究意义

第二章 MPA-CdSe／ZnS核壳结构的量子点的表征

1 前言

2 实验部分

2．1 试剂

2．2 仪器

2．3 NAC-CdTe量子点的表征

3 实验结果与讨论

3．1 荧光发射光谱

3．3 高倍透射显微镜

4 结论

第三章 MPA-CdSe／ZnS核壳结构的量子点作用下过氧化氢酶结构和功能的研究

1 前言

2 实验部分

2．1 试剂

2．2 仪器

2．3 实验方法与步骤

3 实验结果与讨论

3．1 荧光光谱及猝灭机理分析

3．2 过氧化氢酶与量子点作用方式的研究——等温量热滴定实验

3．3 过氧化氢酶构象变化的研究

3．4 过氧化氢酶功能变化的研究——酶活性变化分析

3．5 三维荧光光谱分析

4 结论

第四章 MPA-CdSe／ZnS核壳结构的量子点对超氧化物歧化酶结构和功能的影响研究

2．2 仪器

2．3 实验方法与步骤

3 实验结果与讨论

3．1 荧光光谱及猝灭机理分析

3．2 超氧化物歧化酶与量子点作用方式的研究

3．3 超氧化物歧化酶构象和功能变化的研究

3．4 三维荧光光谱分析

4 结论

第五章 MPA-CdSe／ZnS核壳结构的量子点对小鼠原代肝细胞氧化损伤的研究

1 前言

2 实验部分

2．1 动物和试剂

2．2 仪器

2．3 实验方法与步骤

3 实验结果与讨论

3．1 核壳结构的量子点作用下小鼠的原代肝细胞活力测定

3．2 核壳结构的量子点诱发小鼠原代肝细胞的氧化应激

4 结论

第六章 水相中MPA修饰的CdTe量子点的合成和表征

2．3 MPA-CdTe量子点的合成与纯化

2．4 MPA-CdTe量子点的表征

3 实验结果与讨论

3．1 红外光谱

3．2 荧光发射光谱光谱

3．3 紫外-可见光吸收光谱光谱

3．4 动态光散射纳米粒度测定

3．5 高倍透射显微镜

4 结论

第七章 水相中MPA修饰的CdTe量子点与血红蛋白作用机理的研究

2．2 仪器

2．3 实验方法与步骤

3 实验结果与讨论

3．2 MPA-CdTe量子点对血红蛋白构象和功能变化的研究

3．3 三维荧光光谱

3．4 血红蛋白与MPA-CdTe QDs作用方式的研究

4 结论

第八章 研究结论与展望

1 主要结论

1．4 水相中MPA修饰的CdTe量子点与血红蛋白作用机理的研究

2 论文的创新点

3 论文的不足及研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的科研情况