納米碳管、納米金的光致效應(yīng)及其用于癌癥靶向治療的基礎(chǔ)研究.pdf

1、納米碳管與納米金是當(dāng)前廣泛研究且可能大規(guī)模應(yīng)用的典型一維與零維納米材料，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。利用其新穎的光學(xué)、電學(xué)以及其他物理化學(xué)特性，可以設(shè)計(jì)新的癌癥診斷和治療機(jī)制、開(kāi)發(fā)新的藥物輸送系統(tǒng)、研發(fā)新的醫(yī)學(xué)成像手段。本文圍繞納米碳管與納米金在癌癥治療應(yīng)用中的基礎(chǔ)問(wèn)題，主要開(kāi)展了兩方面的研究：重點(diǎn)研究了納米碳管和納米金的光致效應(yīng)以及在癌癥靶向治療中的可能應(yīng)用；同時(shí)研究了納米碳管和納米金與活細(xì)胞的相互作用以及對(duì)細(xì)胞功能的影響。主要

2、研究?jī)?nèi)容與成果總結(jié)如下：
　　 (1)研究了水溶液體系中納米碳管的光聲效應(yīng)，以及由巨光聲效應(yīng)導(dǎo)致的微爆炸現(xiàn)象。分析了脈沖激光作用下光聲沖擊波的產(chǎn)生過(guò)程，以及激光作用前后納米碳管的結(jié)構(gòu)改變。結(jié)合理論模型對(duì)光聲沖擊波的產(chǎn)生機(jī)理與波壓強(qiáng)度進(jìn)行了分析，并對(duì)納米碳管光聲效應(yīng)在癌癥診斷與治療中的潛在應(yīng)用做出預(yù)測(cè)。
　　 (2)基于納米碳管的光聲效應(yīng)，發(fā)展了癌癥光聲治療方法，并完成了納米碳管光聲效應(yīng)物理方法治療癌癥的細(xì)胞驗(yàn)證。制備了對(duì)

3、癌細(xì)胞具有選擇性靶向的生物功能化納米碳管，分析了生物功能化納米碳管對(duì)癌細(xì)胞的靶向效率。在激光的激發(fā)下，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)癌細(xì)胞的靶向損傷，并分析了納米碳管的最佳工作濃度。與光熱治療機(jī)制相比，光聲方法降低了激發(fā)激光的能量，減小了對(duì)正常細(xì)胞的損傷。
　　 (3)發(fā)展了納米碳管共價(jià)-非共價(jià)生物功能化方法，制備了具有良好水溶性和生物相容性的納米碳管，研究了生物功能化碳管的細(xì)胞代謝以及細(xì)胞毒性。分析了不同濃度條件下納米碳管導(dǎo)致的細(xì)胞死亡以及凋亡

4、，從亞細(xì)胞層面解析了納米碳管的生物毒性規(guī)律，提出了納米碳管毒性的有閾性。
　　 (4)研究了不同管徑、不同長(zhǎng)度的納米碳管進(jìn)入細(xì)胞的詳細(xì)途徑，以及在細(xì)胞內(nèi)部的分布情況，確立了納米碳管細(xì)胞代謝機(jī)制與其物理尺寸的相關(guān)性。細(xì)胞具有不同的特定代謝途徑來(lái)攝入不同長(zhǎng)度的納米碳管，納米碳管在細(xì)胞內(nèi)部的分布與其物理尺寸密切相關(guān)。攝入的納米碳管主要分布在細(xì)胞胞漿，在碳管長(zhǎng)度小于一定尺寸時(shí)，納米碳管可以進(jìn)入細(xì)胞核。
　　 (5)利用納米碳管的

5、特征拉曼光譜，結(jié)合熒光顯微分析方法，研究了納米碳管在小鼠體內(nèi)的代謝行為。分析了納米碳管在小鼠體內(nèi)的循環(huán)、沉積和清除的短期規(guī)律，討論了器官中沉積的納米碳管可能導(dǎo)致的組織損傷。
　　 (6)利用納米金粒子的表面等離子激元效應(yīng)，搭建了納米金散射活細(xì)胞顯微觀測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)觀測(cè)了細(xì)胞分裂的不同階段核內(nèi)染色質(zhì)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。作為一種新的技術(shù)手段，納米金散射顯微技術(shù)相比熒光染料優(yōu)勢(shì)明顯，沒(méi)有光漂白，沒(méi)有光毒性，適合細(xì)胞的長(zhǎng)期實(shí)時(shí)觀測(cè)。
　　

6、 (7)研究了細(xì)胞核靶向的納米金粒子對(duì)癌細(xì)胞周期和分裂的干擾和調(diào)控，成功實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞核靶向的納米金誘導(dǎo)的癌細(xì)胞胞質(zhì)分裂阻滯并促使細(xì)胞凋亡。理論分析了細(xì)胞分裂過(guò)程的熱動(dòng)力學(xué)以及納米材料的影響，提出了納米技術(shù)調(diào)控癌細(xì)胞分裂的策略。表明納米金粒子可能作為一種新的抗癌藥物，為將來(lái)發(fā)展基于納米技術(shù)的癌癥治療新方法提供了新的視野。
　　 (8)研究了納米金光熱治療中的兩個(gè)基本問(wèn)題。分析了納米金粒子在細(xì)胞的不同位置，以及使用不同種類(lèi)激光的條件下

7、，導(dǎo)致癌細(xì)胞死亡的激光能量閾值以及細(xì)胞的死亡機(jī)制；分析了使用連續(xù)波激光和脈沖激光條件下，納米金粒子與光的作用方式以及對(duì)細(xì)胞的損傷途徑。討論了利用單脈沖納秒激光實(shí)現(xiàn)癌癥光熱治療的可能性。
　　 基于以上研究成果，以第一作者共在JACS，Small，Carbon，Nanotechnology等發(fā)表論文14篇。論文被Nature Nanotechnology，PNAS，Angew.Chem.Int.Ed等國(guó)際著名期刊他引80余次，申請(qǐng)