体外研究羧基化多壁碳纳米管诱发的氧化应激效应与机理

摘要

自从1991年碳纳米管发现以来，由于其具有奇特的电学性质、光学和光电子性质、力学和机电性质、磁学和电磁性质以及热学和热电性质，因而在诸多领域都显现出广阔的应用潜力。与此同时，碳纳米管的毒性作用也备受关注。碳纳米管通常分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。由于多壁碳纳米管具有较强的生物相容性，进而，多壁碳纳米管(MWCNTs)的安全性受到了更多的关注。因此，本论文选用分散性较好的羧基化多壁碳纳米管(MWCNTs-COOH)展开研究。
　　有研究指出，纳米材料进入生物体产生的毒性作用，与诱发氧化应激效应相关。氧化应激效应将会导致机体内活性氧(ROS)的大量产生。活性氧（ROS）在体内积聚达到一定的量，机体将产生氧化应激损伤，进而显现出各类病症。因此，通过研究碳纳米管诱发机体产生的氧化应激效应与机理，将有助于进一步深入研究和认识碳纳米管生物毒性的作用机理，为今后对碳纳米管毒性作用的研究提供更多的科学依据。
　　本论文将结合分子水平和细胞水平，从体外研究羧基化多壁碳纳米管诱发的氧化应激效应与机理。研究的主要内容如下:
　　首先，通过红外光谱和高分辨透射电镜对MWCNTs-COOH进行了表征。其次，通过多种光谱学的方法和等温滴定量热法等手段，研究了MWCNTs-COOH结果表明，MWCNTs-COOH与两种酶的相互作用都比较弱，且都是以疏水作用力为主的弱吸热反应。MWCNTs-COOH对两种酶的结构均没有产生明显的影响。酶活性实验表明，MWCNTs-COOH未对它们的生理功能产生明显的影响。
　　最后，利用Muse智能触控细胞分析仪，研究了分子水平浓度下MWCNTs-COOH对原代小鼠肝细胞成活率的影响。以此为基础，测定了MWCNTs-COOH对细胞内过氧化酶、超氧化物歧化酶活性和丙二醛(MDA)含量的影响，探讨了MWCNTs-COOH诱发细胞产生的氧化应激效应。主要结论:①MWCNTs-COOH对细胞活力呈时间依赖效应;②CAT、SOD的活性都受到了抑制，MWCNTs-COOH诱发肝细胞产生氧化应激;③MDA的含量发生变化，但没有显著性差异，说明MWCNTs-COOH未对细胞造成明显的氧化应激损伤。通过对比两种不同研究手段的实验结果发现:在相同的MWCNTs-COOH浓度下，分子和细胞水平上抗氧化应激关键酶活性的变化不一致，揭示出MWCNTs-COOH不是直接作用于抗氧化应激关键酶，通过影响其结构而改变其生理活性;而是通过诱发氧化应激效应，间接影响抗氧化应激关键酶的生理活性。细胞内抗氧化应激关键酶的活性与氧化应激效应有着复杂的关联，这将为今后深入研究碳纳米管的生物毒性作用提供更多的参考依据。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 碳纳米管的概述

1．2 碳纳米管的表面修饰

1．3 碳纳米管生物毒性的研究

1．3．1 体内毒性的研究

1．3．2 皮肤接触毒性的研究

1．3．3 细胞毒理学的研究

1．4 抗氧化应激关键酶的简介

1．4．1 过氧化氢酶

1．4．2 超氧化物歧化酶

1．5 论文的研究背景、内容及意义

1．5．1 论文的研究背景

1．5．2 论文的研究内容

1．5．3 论文的研究意义

第二章 羧基化多壁碳纳米管与CAT的相互作用

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂

2．2．2 实验仪器

2．2．3 实验方法与步骤

2．3 结果与讨论

2．3．1 MWCNTs-COOH对CAT荧光光谱的影响

2．3．2 MWCNTs-COOH对CAT结构的影响

2．3．3 MWCNTs-COOH与CAT相互反应的热力学参数

2．4 结论

第三章 羧基化多壁碳纳米管与CuZn-SOD相互作用

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂

3．2．2 实验仪器

3．2．3 实验方法与步骤

3．3 结果与讨论

3．3．1 MWCNTs-COOH对CuZn-SOD荧光光谱的影响

3．3．2 MWCNTs-COOH对CuZn-SOD结构的影响

3．3．3 MWCNTs-COOH与CuZn-SOD相互反应的热力学参数

3．4 结论

第四章 MWCNTs-COOH诱发肝细胞的氧化应激效应

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验试剂、器材及实验仪器

4．2．2 实验方法与步骤

4．3 结果与讨论

4．3．1 MWCNTs-COOH对细胞成活率的影响

4．3．2 MWCNTs-COOH诱发肝细胞的氧化应激

4．4 结论

第五章 总结与展望

5．1 主要结论

5．1．1 分子水平上研究MWCNTs-COOH与CAT的相互作用

5．1．2 分子水平上研究MWCTNs-COOH与CuZn-SOD的相互作用

5．1．3 细胞水平上研究MWCTNs-COOH对原代小鼠肝细胞的氧化应激

5．2 创新点

5．3 不足与展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间的科研情况