硫化铜纳米材料的合成以及在抗菌和癌细胞检测中的应用

作     者：李双 

作者单位：东北林业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵敏

授予年度：2023年

学科分类：1001[医学-基础医学(可授医学、理学学位)] 07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 10[医学] 0702[理学-物理学] 

主      题：硫化铜 光热和光动力效应 抗菌 类酶活性 癌细胞检测 

摘      要：硫化铜纳米材料具有优异的近红外吸收能力、良好的生物相容性以及类酶活性,因此在生物医学领域具有广阔的应用前景。本文通过简单的化学沉淀法合成了硫化铜纳米颗粒（CuS NPs）,并通过聚多巴胺（Polydopamine,PDA）对CuS NPs进行表面改性得到CuS-PDA纳米颗粒,利用PDA表面的儿茶酚基团与叶酸（Folic acid,FA）上的氨基发生迈克尔加成/席夫碱反应,将FA偶联至CuS-PDA表面,得到CuS-PDA-FA纳米颗粒。透射电子显微镜（TEM）图像显示CuS-PDA为形貌均一的纳米颗粒,通过X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）证明合成的纳米颗粒确实是CuS-PDA;傅里叶变换红外光谱（FT-IR）结果出现了FA的特征峰证明CuS-PDA-FA的成功合成,并且FA的存在没有影响CuS-PDA的形貌和性质。紫外可见近红外吸收光谱（UV-vis-NIR）显示,与CuS NPs相比,CuS-PDA的对近红外光的吸收能力更强。CuS-PDA具有光热和光动力学特性,在808 nm的近红外光照射下,对E.coli和S.aureus的抗菌率分别达到99.06%和98.85%。扫描电子显微镜（SEM）图像显示细菌细胞膜出现了明显的凹陷和破损,而且相对ROS水平以及MDA含量显著升高,也证明细胞膜的完整性遭到破坏。其抗菌机制可能是光热和光动力产生协同作用,破坏细菌结构,导致细菌死亡。CuS-PDA-FA具有良好的类过氧化物酶活性,最适p H为4.0,最适温度为30℃,CuS-PDA-FA的催化动力学曲线表明其符合典型的米氏方程,且CuS-PDA-FA对底物TMB的K值为0.33,小于辣根过氧化物酶（Horseradish Peroxidase,HRP）,说明CuS-PDA-FA对TMB的亲和性强于HRP。MTT法的结果表明CuS-PDA-FA具有良好的生物相容性,CuS-PDA-FA能与He La细胞表面的FA受体特异性结合使其锚定在细胞上,加入显色底物HO与TMB后,产生蓝色产物ox TMB,可将催化过程转化为颜色信号,最小检测量为2500个细胞。基于硫化铜的近红外吸收特性和类酶活性,选择以水作为溶剂的合成路线,避免有毒的有机表面活性剂带来的潜在毒性,并应用于抗菌及癌细胞的检测,为开发有效的抗菌策略以及癌症的早期诊断方法提供了新思路。