多壁碳納米管的表面修飾及其生物分布研究.pdf

1、碳納米管獨特的結構決定了其特殊的性質和用途。由于具有優(yōu)良的力學、電學、光學、熱學等性能，碳納米管已成為當今最受關注的納米材料之一，在電子器件、復合材料、化學和生物傳感器等方面顯示出良好的應用前景。但由于碳納米管在有機溶劑和水溶液中難以分散，對其化學性質的研究難以深入進行，因此國內(nèi)外科學家對碳納米管的可溶性問題進行了大量的探索。
　　 作為一種新型的納米材料，碳納米管在生物應用方面表現(xiàn)出了良好的潛能，在藥物、基因、蛋白載體方面已經(jīng)

2、獲得廣泛的研究。由于碳納米管能夠攜帶藥物分子進入細胞，甚至進入深層組織，因此有可能成為抗腫瘤藥物的理想載體，并通過靶向分子的引導而降低常規(guī)的毒副作用。同時，碳納米管難以被腫瘤細胞大量地排出，從而降低了其腫瘤細胞的抗藥性，有可能成為一種新型的腫瘤治療劑型。但是，在碳納米管應用于臨床之前，我們必須研究清楚它在體內(nèi)的生物分布、藥代動力學、毒副作用以及如何安全有效的使用等問題。
　　 關于碳納米管的體內(nèi)代謝問題，已有研究提出，可以使用放

3、射素標記的方法來達到碳納米管體內(nèi)示蹤的目的。但是放射素會對機體造成不可避免的損傷，同時也難以進行體內(nèi)、外的可視示蹤。因而有必要尋找一種更為安全有效的方式來對碳納米管進行標記，最好達到體內(nèi)、外都可以準確觀察的效果。熒光分子標記方法是可選擇的方案之一。目前大量研究和使用的量子點具有很好的熒光特性，但由于其主要化學成分具有細胞毒性，其體內(nèi)安全性問題引起擔憂，此外其自身的尺寸是納米級別，有可能影響碳納米管的固有特性。另外一類熒光分子是化學熒光團

4、，碳納米管獨特的共軛電子體系使其容易和化學熒光團發(fā)生電子轉移而產(chǎn)生熒光猝滅作用。研究發(fā)現(xiàn)通過聚乙二醇長鏈作為橋梁來隔斷碳納米管和生物分子的直接連接可以改善這種熒光猝滅作用，顯著增強連接后的熒光強度，但是中間的聚乙二醇長鏈也可能改變碳納米管自身的重要生物學特性，例如使碳納米管不易被巨噬細胞吞噬。因此，構建既能夠保持熒光分子的特性，同時無需橋接基團連接的熒光標記碳納米管是十分必要的。
　　 本研究在兩個方面對碳納米管生物學應用進行了

5、探索，包括：
　　 （1）在實驗室以往建立的碳納米管表面處理技術的基礎上，進一步完善和優(yōu)化處理條件，得到表面羧基含量更高的碳納米管。以此為平臺，對碳納米管做進一步的功能修飾，得到了表面氨基化、熒光標記、以及偶聯(lián)蛋白的碳納米管。利用掃描電鏡（SEM）、拉曼光譜（Raman）、X射線光電子能譜（XPS）、傅里葉紅外光譜（FT-IR）等方法對修飾后的碳納米管進行了理化性質的分析和表征，從不同方面來證明目標修飾物的形成。
　　

6、（2）通過共價連接的方式將單氨基卟啉連接到碳納米管表面，保持了其熒光特性，實現(xiàn)了在體外和體內(nèi)器官組織勻漿的熒光示蹤用。在健康小鼠模型上對卟啉修飾的碳納米管經(jīng)皮下注射后在體內(nèi)代謝情況進行了研究。
　　 研究結果表明：
　　 （1）碳納米管表面羧基含量隨著氧化處理強度的增加而增加，其在水中的分散性和穩(wěn)定性得到了很大改善。在1540 g離心力的作用下只有少量碳納米管沉降下來，上清液放置一周后仍然保持穩(wěn)定。
　　 （2）

7、碳納米管對FITC的熒光有強猝滅作用，直接連接到碳納米管表面的FITC的綠色熒光幾乎全部猝滅。單氨基卟啉被連接到碳納米管表面之后，其熒光特性得到保持，熒光強度能達到檢測的要求，表明單氨基卟啉可以作為碳納米管的示蹤劑。
　　 （3）小鼠皮下注射碳納米管-卟啉復合物之后，可以利用活體成像系統(tǒng)進行皮下無創(chuàng)示蹤，這對以后開發(fā)皮下診斷試劑有可能會有啟示作用。
　　 （4）皮下注射的碳納米管主要存留于注射部位，部分可進入肝、脾、肺等