細(xì)胞表面納米生物雜化界面的構(gòu)建及功能化研究.pdf

1、細(xì)胞表面非基因功能化(本論文中簡稱細(xì)胞表面功能化)，既能避免基因修飾所需要的復(fù)雜過程，也能增強(qiáng)細(xì)胞的穩(wěn)定性，賦予細(xì)胞本身不具備的新功能。因此，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在納米生物、材料、能源、環(huán)境、化學(xué)和醫(yī)療領(lǐng)域受到廣泛的關(guān)注。近年來，大量的納米功能材料已經(jīng)被用于細(xì)胞表面功能化，不僅能夠提高細(xì)胞的穩(wěn)定性，增強(qiáng)細(xì)胞的可操縱性，同時(shí)還能賦予細(xì)胞新的納米功能。然而，在非生命材料和生命細(xì)胞復(fù)合中，如何在兩者之間構(gòu)筑生物適應(yīng)性界面就成為了最大的挑戰(zhàn)。
　

2、　天然生物小分子和納米金粒子都具有良好的生物適應(yīng)性，并且能夠相互作用，形成具有精細(xì)結(jié)構(gòu)的納米生物雜化材料。這類生物適應(yīng)性很好的材料可以自組裝到活細(xì)胞表面形成我們希望得到的生物適應(yīng)性界面。我們利用了這種自組裝材料實(shí)現(xiàn)了在細(xì)胞表面構(gòu)建生物適應(yīng)的生物活性界面。這種界面不僅具有納米孔結(jié)構(gòu)，而且還能進(jìn)一步誘導(dǎo)其它納米無機(jī)殼層的形成，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞表面雙層納米殼的構(gòu)建。該雙層納米殼可以賦予細(xì)胞的新功能，如防強(qiáng)光輻射、抗酸堿變化、防生物侵害、抗紫外輻射和磁

3、性等。進(jìn)一步地我們還詳細(xì)研究了納米殼化細(xì)胞的穩(wěn)定性和多功能，以及界面的形成和納米誘導(dǎo)機(jī)制。最后，我們還發(fā)現(xiàn)該界面一個(gè)新穎的自修復(fù)性能。具體的內(nèi)容如下：
　　首先，我們選擇具有光合作用的藍(lán)藻細(xì)胞，制備單細(xì)胞光合作用反應(yīng)器。我們將納米金@L-半胱氨酸納米生物雜化前驅(qū)體自組裝到藍(lán)藻細(xì)胞表面形成生物雜化界面；接著在該界面基礎(chǔ)上誘導(dǎo)二氧化硅層的形成，實(shí)現(xiàn)了藍(lán)藻細(xì)胞表面構(gòu)建生物雜化層@二氧化硅層雙層納米殼。雙層納米殼包覆的單細(xì)胞光合作用反應(yīng)器

4、展示了很好活性、高穩(wěn)定性和可循環(huán)性。
　　然后，我們選擇脫硫細(xì)胞，制備了多功能的單細(xì)胞脫硫反應(yīng)器。我們將納米金@L-賴氨酸納米雜化物自組裝在脫硫細(xì)胞表面形成納米雜化層。該生物雜化層保持了脫硫細(xì)胞的脫硫活性。并且，我們通過在生物雜化層表面引入無機(jī)功能殼層，賦予了脫硫細(xì)胞更多的新功能。例如，我們在脫硫細(xì)胞表面引入二氧化鈦層，能夠使脫硫細(xì)胞的脫硫效率提高24％，引入 Fe3O4/SiO2層能夠在5秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)脫硫細(xì)胞的快速磁性分離。

5、　　接著，我們以酵母細(xì)胞為例，仔細(xì)研究了生物雜化界面和雙層納米殼的形成機(jī)理及保護(hù)機(jī)制。并且我們深入地探討了雙層納米殼在復(fù)雜環(huán)境中對細(xì)胞的保護(hù)機(jī)制。研究結(jié)果證實(shí)了這種雙層納米殼構(gòu)建的細(xì)胞展示了很高的穩(wěn)定性，如10次循環(huán)后仍然能夠保持初始活性的79%(±2%)。
　　最后，我們分別以酵母細(xì)胞和藍(lán)藻細(xì)胞為真核細(xì)胞和原核細(xì)胞模型，深入研究了生物雜化界面的自修復(fù)功能。通過研究我們發(fā)現(xiàn)納米金@L-半胱氨酸生物雜化粒子能夠隨著細(xì)胞的分裂，不斷自

6、組裝到裸露的細(xì)胞表面，實(shí)現(xiàn)破裂殼層的自修復(fù)。不僅如此，該自修復(fù)殼層還能夠提高細(xì)胞在分裂過程中的的活性和穩(wěn)定性。例如，在酵母細(xì)胞分裂過程中，生物雜化殼構(gòu)建的細(xì)胞在紫外輻射5小時(shí)后仍然能夠保持初始活性的98%(±6%)。
　　通過我們的研究證明，在細(xì)胞表面引入的生物雜化界面具有生物適應(yīng)性，其納米孔結(jié)構(gòu)有利于物質(zhì)交換，同時(shí)還能誘導(dǎo)無機(jī)功能殼層的形成，賦予細(xì)胞更多新功能，在細(xì)胞應(yīng)用領(lǐng)域具有很好的潛能和研究價(jià)值。
　　本論文分為六章。