納米碳管、納米金的光致效應及其用于癌癥靶向治療的基礎研究.pdf

1、納米碳管與納米金是當前廣泛研究且可能大規(guī)模應用的典型一維與零維納米材料，在生物醫(yī)學領域具有廣闊的應用前景。利用其新穎的光學、電學以及其他物理化學特性，可以設計新的癌癥診斷和治療機制、開發(fā)新的藥物輸送系統(tǒng)、研發(fā)新的醫(yī)學成像手段。本文圍繞納米碳管與納米金在癌癥治療應用中的基礎問題，主要開展了兩方面的研究：重點研究了納米碳管和納米金的光致效應以及在癌癥靶向治療中的可能應用；同時研究了納米碳管和納米金與活細胞的相互作用以及對細胞功能的影響。主要

2、研究內(nèi)容與成果總結如下：
　　 (1)研究了水溶液體系中納米碳管的光聲效應，以及由巨光聲效應導致的微爆炸現(xiàn)象。分析了脈沖激光作用下光聲沖擊波的產(chǎn)生過程，以及激光作用前后納米碳管的結構改變。結合理論模型對光聲沖擊波的產(chǎn)生機理與波壓強度進行了分析，并對納米碳管光聲效應在癌癥診斷與治療中的潛在應用做出預測。
　　 (2)基于納米碳管的光聲效應，發(fā)展了癌癥光聲治療方法，并完成了納米碳管光聲效應物理方法治療癌癥的細胞驗證。制備了對

3、癌細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癌細胞的靶向效率。在激光的激發(fā)下，成功實現(xiàn)了對癌細胞的靶向損傷，并分析了納米碳管的最佳工作濃度。與光熱治療機制相比，光聲方法降低了激發(fā)激光的能量，減小了對正常細胞的損傷。
　　 (3)發(fā)展了納米碳管共價-非共價生物功能化方法，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胞代謝以及細胞毒性。分析了不同濃度條件下納米碳管導致的細胞死亡以及凋亡

4、，從亞細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、不同長度的納米碳管進入細胞的詳細途徑，以及在細胞內(nèi)部的分布情況，確立了納米碳管細胞代謝機制與其物理尺寸的相關性。細胞具有不同的特定代謝途徑來攝入不同長度的納米碳管，納米碳管在細胞內(nèi)部的分布與其物理尺寸密切相關。攝入的納米碳管主要分布在細胞胞漿，在碳管長度小于一定尺寸時，納米碳管可以進入細胞核。
　　 (5)利用納米碳管的

5、特征拉曼光譜，結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致的組織損傷。
　　 (6)利用納米金粒子的表面等離子激元效應，搭建了納米金散射活細胞顯微觀測系統(tǒng)，實時觀測了細胞分裂的不同階段核內(nèi)染色質的運動規(guī)律。作為一種新的技術手段，納米金散射顯微技術相比熒光染料優(yōu)勢明顯，沒有光漂白，沒有光毒性，適合細胞的長期實時觀測。
　　

6、 (7)研究了細胞核靶向的納米金粒子對癌細胞周期和分裂的干擾和調控，成功實現(xiàn)了細胞核靶向的納米金誘導的癌細胞胞質分裂阻滯并促使細胞凋亡。理論分析了細胞分裂過程的熱動力學以及納米材料的影響，提出了納米技術調控癌細胞分裂的策略。表明納米金粒子可能作為一種新的抗癌藥物，為將來發(fā)展基于納米技術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基本問題。分析了納米金粒子在細胞的不同位置，以及使用不同種類激光的條件下

7、，導致癌細胞死亡的激光能量閾值以及細胞的死亡機制；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細胞的損傷途徑。討論了利用單脈沖納秒激光實現(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等國際著名期刊他引80余次，申請