功能化纳米硅生物传感器在肿瘤诊断和药物检测中的应用研究

摘要

荧光纳米材料在肿瘤细胞的早期排查与检测中具有独特的优点和极大的应用前景。透明质酸(HA)是由D-葡萄糖醛酸及N-乙酰葡糖胺组成的双糖单位玻尿酸，广泛存在于真菌、植物和昆虫中，而在人类及脊椎动物中广泛存在。透明质酸的分子量为105-108Da，对生物体包括粘弹性液体结缔组织如关节滑液与玻璃体的维护具有重要的作用。透明质酸调控组织水化，水运输、组织修复，和在细胞分离、肿瘤和炎症发展中的各种受体介导功能。
　　抗肿瘤药物种类繁多，但是在治病的同时对人体也会产生一定的副作用，比如心脏毒性、肝脏毒性、髓毒性等。盐酸柔红霉素为蒽醌类非特异性抗肿瘤药，可嵌入DNA链中阻碍DNA合成和依赖DNA的RNA的合成，是治疗白血病的基本药物。但其对心脏有剂量依赖型不可逆毒性，髓毒性等。芦丁又名维生素P，作为天然的黄酮类衍生物，它表现出许多生理活性，如抗氧化剂，止血剂，抗肿瘤和抗菌剂，在临床医学上被广泛使用。而类黄酮化合物通过调节其浓度和自由基源，也可以作为高效的抑制剂。因此在肿瘤疾病治疗过程中若可以有效监测药物浓度，能最大限度的发挥抗肿瘤药的药效同时减少毒副作用。
　　本文基于核壳纳米材料和介孔材料、金纳米粒子的卓越物理化学性能用于化学生物传感器的研制。具体的研究工作包括以下几个部分:
　　1透明质酸修饰的荧光纳米颗粒对子宫颈癌细胞的早期检测
　　采用反向微乳液法合成了氨基化的二氧化硅荧光(FITC)纳米颗粒，通过TEM、傅里叶红外及荧光分光光度计对其进行了表征，结果表明合成的荧光纳米颗粒具有良好的光稳定性。将透明质酸修饰到纳米粒子上，制备功能化的荧光纳米颗粒。透明质酸能够与子宫颈癌细胞表面过表达的CD44受体发生特异性识别，利用该纳米粒子的荧光性能可实现对子宫颈癌细胞的早期识别与诊断。研究表明:透明质酸修饰的荧光纳米粒子稳定性良好，与子宫颈癌细胞的生物相容性良好;与传统的荧光染料分子标记方法相比，此方法在荧光稳定性、选择性方面有较好的改善。
　　2巯基-β-环糊精/纳米金/介孔碳修饰的盐酸柔红霉素化学传感器的研制
　　使用三嵌段共聚物F-127作为模板导向剂，采用溶剂挥发诱导自组装(EISA)的方法制备得到有序介孔碳材料(FDU-15)，并通过XRD、TEM对其进行了表征。通过电沉积金纳米粒子及自组装上巯基-β-环糊精制备抗肿瘤药物盐酸柔红霉素的化学传感器。采用电化学阻抗及循环伏安法对修饰电极的电化学行为进行研究。基于β-环糊精与蒽醌类物质的包嵌作用，结合纳米金独特的导电性能，该传感器对盐酸柔红霉素具有良好的选择性及电流响应。在最佳实验条件下，该传感器对盐酸柔红霉素的响应范围是9.5×10-7mol L-1-2.6×10-6mol L-1，相关系数为0.9968;2.6×10-6mol L-1-4.0×10-5mol L-1，相关系数为0.9912;检测限为1.1×10-8mol L-1(S/N=3)。
　　3基于多酚氧化酶/羧基化介孔硅/L-酪氨酸/纳米金修饰的芦丁生物传感器
　　将介孔硅材料SBA-15进一步羧基功能化并通过XRD、TEM、傅里叶红外对其进行了表征。在碳二亚胺盐酸盐(EDC)及N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)的作用下将多酚氧化酶固定到修饰电极表面制备对芦丁的生物传感器。采用电化学阻抗及循环伏安法对修饰电极的电化学行为进行研究。羧基化介孔硅及金纳米粒子的修饰能够提高传感器的有效面积及催化反应性能。该传感器对芦丁具有良好的电流响应及抗干扰能力。最佳实验条件下该传感器对芦丁的电流响应范围为2.5×10-6-7.2×10-5mol L-1，相关系数为0.9947;检测限为3.1×10-7mol L-1(S/N=3)。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 荧光纳米颗粒的研究现状

1．1．1 前言

1．1．2 硅包荧光纳米颗粒的特点

1．1．3 硅包荧光纳米颗粒的制备

1．1．4 功能化纳米颗粒在肿瘤诊断中的应用

1．2 生物化学传感器

1．2．1 电化学生物传感器的基本原理

1．2．2 电化学生物传感器的分类

1．2．3 几种电化学修饰材料

1．3 本文构思

第二章 透明质酸修饰的荧光纳米颗粒对子宫颈癌细胞的早期检测

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 试剂

2．2．2 硅包荧光纳米颗粒的合成

2．2．3 HA在硅包荧光纳米颗粒共价修饰

2．2．4 表征

2．2．5 细胞培养与孵育

2．2．6 细胞存活率实验

2．3 结果与讨论

2．3．1．荧光纳米颗粒的表征

2．3．2 化学稳定性考察

2．3．3 成像检测Hela肿瘤细胞

2．3．4 细胞存活率实验

2．4 本章小结

第三章 巯基-β-环糊精／纳米金／介孔碳修饰的盐酸柔红霉素化学传感器的研制

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 仪器与试剂

3．2．2 实验步骤

3．3 结果与讨论

3．3．1 介孔碳FDU-15的表征

3．3．2 修饰电极的电化学行为

3．3．3 层层修饰电极测定DNR的电化学行为

3．3．4 峰电流与扫描速度的研究

3．3．5 溶液最佳pH的研究

3．3．6 巯基-β-环糊精修饰时间的研究

3．3．7 线性范围及检测限

3．3．8 修饰电极稳定性和重现性考察

3．3．9 修饰电极抗干扰实验

3．3．10 样品的检测

3．4 本章小结

第四章 基于多酚氧化酶／羧基化介孔硅／L-酪氨酸／纳米金修饰的芦丁生物传感器

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 仪器与试剂

4．2．2 羧基化介孔硅(HOOC-SBA-15)的制备

4．2．3 修饰电极的制备

4．3 结果与讨论

4．3．1 表征

4．3．2 修饰电极的阻抗表征

4．3．3 不同修饰电极测定芦丁的电化学行为考察

4．3．4 峰电流与扫描速度的研究

4．3．5 溶液pH对Rutin测定的影响

4．3．6 检测范围及检测线

4．3．7 修饰电极的稳定性与重现性考察

4．3．8 修饰电极抗干扰实验

4．3．9 样品的检测

4．4 本章小结

参考文献

攻读学位期间所发表的学术论文目录

致谢

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