細胞傳感器及納米材料生物相容性研究.pdf

1、本論文開展了細胞傳感新方法和納米材料生物相容性的研究。納米生物材料是納米材料和生物材料交叉而成的一個全新領(lǐng)域。納米尺度的特殊生物效應使得納米生物材料具有廣泛的應用前景。細胞體外分析對細胞生理學行為的研究以及藥物的體外篩選都具有重要意義。納米生物材料細胞相容性界面的構(gòu)建對促進細胞傳感器的研制、組織工程的發(fā)展和組織工程材料的臨床應用都起著重要的作用。磁彈性傳感器是近幾年迅速發(fā)展起來的無線無源傳感器,在活體、在體及無損檢測等領(lǐng)域具有廣泛的應用

2、前景,特別適用于需無菌操作(如細胞檢測)的科學實驗中。另外,細胞的新陳代謝、呼吸作用、光合作用、信息傳遞、物質(zhì)的跨膜運輸?shù)然顒佣忌婕暗郊毎呻娏Ｗ踊螂娀钚粤Ｗ拥亩ㄏ蛴行騻鬟f、傳導或轉(zhuǎn)移,即涉及到細胞物質(zhì)有序、專一、特異的氧化和還原。電化學方法具有簡單、快速、方便等優(yōu)點。因此,可用電化學手段研究細胞的生理行為或評估藥物與細胞的相互作用等?；谏鲜雒枋?本論文主要進行了以下幾方面的研究工作:
　　 1.乳腺癌細胞(MCF-7)無線磁

3、彈性傳感器制備及應用。本工作應用無線傳感器原位監(jiān)測了MCF-7細胞的正常生長及抗癌藥物作用下的生長過程,評價了5.氟尿嘧啶和順鉑對MCF-7細胞生長的抑制效果。無線傳感器是由非晶態(tài)金屬鐵合金磁條帶切割而成的矩形磁振片,表面涂一層聚氨酯膜保護磁振片不被氧化腐蝕,提供一個細胞相容性好的細胞生長附著面。傳感器在一定頻率范圍內(nèi)的激發(fā)磁場中振動,振動產(chǎn)生的電磁流可以通過感應線圈遠距離遙感檢測,而傳感器與檢測系統(tǒng)無需任何物理連接,這一特性有利于實現(xiàn)

4、生物實驗過程的無菌操作,特別是細胞培養(yǎng)過程。MCF-7細胞貼附在傳感器表面生長,可引起傳感器共振振輻減小,并且共振振幅的減少與細胞的初始接種濃度成線性關(guān)系,線性范圍為5×104～1×106 cells mL-1,檢出限為1.2×104 cells mL-1。本工作中通過增大激發(fā)共振振輻來評價細胞貼壁的生長能力,并用磁傳感器評價了5.氟尿嘧啶和順鉑這兩種抗癌藥物對MCF-7細胞生長的抑制作用。當MCF-7細胞生長到20 h時,5-氟尿嘧啶

5、和順鉑的半數(shù)致死濃度(LC50)分別為19.9和13.1μM。
　　 2.Escherichia coli O157:H7(E coli O157:H7)無線磁彈性傳感器制備及應用。以預聚合了聚氨酯膜的磁性膜片為敏感元件,制備了無線磁彈性微生物傳感器;研究了微生物生長導致培養(yǎng)基性質(zhì)(如黏度、密度等)改變對傳感器共振頻率的影響,考察了細菌在傳感器表面吸附對傳感器響應的貢獻;研究了慶大霉素注射液對E.coli O157:H7生長的抑

6、制作用,依據(jù)慶大霉素注射液對細菌的抑制作用可以進行抗生素的藥效評測。E. Coli O157:H7的生長和繁殖導致溶液黏度減小,從而引起磁彈性傳感器共振頻率增大;細菌生長過程中在傳感器表面有一定吸附,從而引起傳感器共振頻率減小,溶液性質(zhì)變化和細菌吸附程度共同影響共振頻率的變化。該傳感器可測定的E.coli O157:H7濃度為2×102～3×106cellsmL-1,檢測限為102cells mL-1?；诖?建立了可用于細菌早期診斷和

7、快速分析的無線磁彈性傳感檢測新方法。
　　 3.支原體無線磁彈性傳感器制備及應用。支原體是最小、最簡單、能夠自我復制的無細胞壁致病微生物。本文應用無線磁彈性傳感器實時監(jiān)測了生殖支原體的正常生長及抗生素抑制生長過程,評價了四環(huán)素和左氧氟沙星對生殖支原體的抑制效果。無線傳感器是由28μm厚的帶狀非晶態(tài)鐵磁合金2826MB(Fe40Ni38Mo4B18)切割而成的矩形磁振片,表面涂一層聚氨基甲酸酯膜保護磁振片不被氧化腐蝕,為生殖支原體

8、提供了一個生長附著面。傳感器在一定頻率范圍內(nèi)的激發(fā)磁場中縱向振動,振動產(chǎn)生的磁通量可以通過感應線圈遠距離遙感檢測,而傳感器與檢測系統(tǒng)無需任何物理連接,這一特性有利于實現(xiàn)生殖支原體培養(yǎng)過程的無菌操作。生殖支原體黏附在傳感器表面生長使傳感器共振頻率下降,共振頻率下降值與生殖支原體的接種濃度存在線性關(guān)系,通過細菌生長抑制實驗評價了兩種抗生素的抑制效果。由實驗得到,當細菌生長時間為120 h時,四環(huán)素的平均抑制濃度(MIC50)為1.5μg m

9、L-1,左氧氟沙星的MIC50為0.5μg mL-1。
　　 4.大腸桿菌碳納米管方波伏安傳感器制備及應用。采用循環(huán)伏安和方波伏安技術(shù)研究了多壁碳納米管(MWCNTS)修飾玻碳電極上大腸桿菌細胞的電化學行為。與裸玻碳電極相比,修飾電極對細胞懸浮液中電化學活性物質(zhì)的氧化有催化作用。在細胞生長過程中,各個時期的細胞活性與方波伏安分析信號趨勢一致。利用該技術(shù)評估了抗生素慶大霉素對大腸桿菌細胞的活性抑制作用,同時用形態(tài)學技術(shù)進行了驗證。

10、
　　 5.TiO2納米管(TiO2NTs)陣列的細胞相容性及應用。在本工作中,應用純Ti片陽極氧化技術(shù)制得管徑大約為100 nm,且易于被酒精分散或從Ti片基底上分離的良好的TiO2 NTs。為了探索此種納米結(jié)構(gòu)的細胞相容性及組織工程應用的可能,通過使用熒光顯微鏡,研究和比較了不同的癌細胞以及正常細胞在此種材料表面生長的情況。實驗結(jié)果表明此種新的生物材料能夠維持細胞的生長,并且不需要被覆細胞外基質(zhì)(Extracellular

11、matrix,ECM)。相繼研究了納米管中順鉑藥物的釋放動力學及對成骨肉瘤細胞(human osteosarcoma,MG-63)貼壁生長的影響。表面積為0.75cm×1cm的二氧化鈦基底上實驗載藥量分別為75μg、150μg和225μg順鉑。實驗結(jié)果表明,此種TiO2 NTs易于載抗癌藥物,并且載藥TiO2 NTs能夠有效地減少MG-63細胞在納米管表面的貼附。這些研究發(fā)現(xiàn)表明,TiO2 NTs是一種良好的潛在載藥材料,并且有希望在移