多壁碳納米管與牛血清白蛋白和α糜蛋白酶的作用研究.pdf

1、隨著碳納米管的廣泛使用，各種形式、尺寸的碳納米管已經(jīng)開始以不同途徑應(yīng)用于生產(chǎn)和生活。與此同時(shí)，碳納米管的安全性問題也引起了各國政府、研究機(jī)構(gòu)和公眾的廣泛關(guān)注。由于小尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)和巨大比表面積等，碳納米管具有特殊的理化性質(zhì)。進(jìn)入人體后，它們與人體之間的相互作用與化學(xué)成分相同的常規(guī)物質(zhì)有很大不同，甚至可能包含人類尚未充分了解的全新生物效應(yīng)作用機(jī)制。
　　 碳納米管可以通過呼吸道吸入、食物鏈經(jīng)消化道攝入和皮膚接觸等渠道進(jìn)入生命體

2、內(nèi)，造成生命體組織器官的損傷。在進(jìn)入生命體，通過組織液、血液到達(dá)組織器官之前，碳納米管首先會與組織液、血液中的蛋白接觸并發(fā)生作用，到靶器官后又與靶器官中的蛋白質(zhì)發(fā)生作用，并呈現(xiàn)出一定的生物學(xué)效應(yīng)。因此研究碳納米管與功能性生物大分子的作用機(jī)理是非常必要的。關(guān)于碳納米管毒性研究，目前的研究方法多以生物毒性實(shí)驗(yàn)為主，但該方法很難從分子水平上解釋碳納米管生物體的毒性作用機(jī)理。
　　 蛋白質(zhì)是生命體的物質(zhì)基礎(chǔ)，是生命體各種功能的直接執(zhí)行者

3、，其結(jié)構(gòu)變化將導(dǎo)致生命體功能的紊亂，導(dǎo)致很多疾病的產(chǎn)生。環(huán)境中的很多的小分子污染物進(jìn)入機(jī)體后都能夠?qū)C(jī)體內(nèi)的蛋白質(zhì)產(chǎn)生毒性作用從而使其變性和功能的喪失。因此，研究環(huán)境污染物對蛋白質(zhì)的毒性作用一直是環(huán)境污染與健康領(lǐng)域的熱門課題。
　　 本論文選擇牛血清白蛋白(BSA)和α-糜蛋白酶(α-CT)為靶分子在功能蛋白質(zhì)分子水平上利用熒光光譜、紫外-可見吸收光譜、圓二色性光譜、透射電鏡等技術(shù)或手段從不同角度研究了碳納米管與蛋白質(zhì)的作用機(jī)理

4、，建立了一種全面評價(jià)納米材料與生物大分子作用的新方法。
　　 本論文共分五章內(nèi)容，具體如下：
　　 介紹了主要的污染物毒性的評價(jià)方法、蛋白質(zhì)分子的概況；分哺乳動物體內(nèi)試驗(yàn)、體外實(shí)驗(yàn)，生物大分子實(shí)驗(yàn)，植物實(shí)驗(yàn)，水生生物實(shí)驗(yàn)、微生物實(shí)驗(yàn)幾個方面對最近幾年碳納米管毒理研究的進(jìn)展做了綜述并對今后的研究方向做了前瞻性討論。
　　 通過熱重分析、紅外光譜、熒光光譜、紫外可見光譜、時(shí)間-分辨熒光光譜、圓二色譜、透射電鏡等技術(shù)研

5、究了羧基化碳納米管對BSA結(jié)構(gòu)的劑量-效應(yīng)關(guān)系；發(fā)現(xiàn)BSA分子可以非特異性地通過靜電力與羧基化碳納米管結(jié)合，使BSA分子結(jié)構(gòu)變得疏松，通過去除熒光內(nèi)濾效應(yīng)發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)原本處于一個相對疏水的環(huán)境中的三個發(fā)光基團(tuán)也因此處于一個相對親水的環(huán)境；通過分析紫外可見光譜，我們發(fā)現(xiàn)并解釋了BSA骨架結(jié)構(gòu)由不同量的碳納米管而引起的微環(huán)境的改變。碳納米管與BSA結(jié)合也會因兩者比率不同而不同。通過分析熒光壽命可知兩者結(jié)合屬于靜態(tài)猝滅過程。此外，蛋白質(zhì)的二級

6、結(jié)構(gòu)也發(fā)生變化，α螺旋含量降低，β折疊含量上升。
　　 通過紅外光譜、熒光光譜、紫外可見光譜、圓二色譜、透射電鏡等技術(shù)在分子水平上研究了不同直徑的碳納米管對BSA結(jié)構(gòu)變化的影響，并做了機(jī)理上的解釋。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)碳納米管可以使BSA熒光強(qiáng)度降低，且同等量的小直徑碳納米管比大直徑碳納米管對BSA的熒光猝滅更加明顯。隨后通過吸收光譜、透射電鏡等方法表明碳納米管在小直徑碳納米管上結(jié)合更緊密；圓二色譜研究對碳納米管直徑對BSA二級結(jié)構(gòu)的影響做

7、出了直觀的反映。
　　 運(yùn)用紅外光譜、ζ電位測量、熒光光譜、紫外可見光譜、圓二色譜、透射電鏡等方法研究了碳納米管表面羧基密度對α-CT結(jié)構(gòu)的影響：碳納米管使α-CT分子二級結(jié)構(gòu)中α-螺旋比例下降，骨架結(jié)構(gòu)變得松散，同時(shí)使得α-CT內(nèi)部疏水區(qū)的Trp等芳香環(huán)氨基酸的暴露增強(qiáng)，α-CT自身的特征熒光明顯猝滅，且羧基密度越大，上述影響越明顯。
　　 最后對本論文的研究部分進(jìn)行了總結(jié)，并對這種新的評價(jià)方法今后的發(fā)展方向做了展望。