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磷化铟量子点在细胞成像中的应用及其生物效应研究

磷化铟量子点在细胞成像中的应用及其生物效应研究

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作者：陈婷深圳大学

学位级别：硕士

由于具备优良的光学特性,量子点作为一种荧光生物探针在生物医学成像研究中有广泛的应用。早期的量子点荧光探针以含镉量子点为主,如碲化镉,硒化镉等。由于这些量子点材料本身含有镉元素,应用于生物样品时存在镉离子暴露的毒性风险,于... 详细信息

由于具备优良的光学特性,量子点作为一种荧光生物探针在生物医学成像研究中有广泛的应用。早期的量子点荧光探针以含镉量子点为主,如碲化镉,硒化镉等。由于这些量子点材料本身含有镉元素,应用于生物样品时存在镉离子暴露的毒性风险,于是近年来人们开发了很多无镉量子点。磷化铟(Indium Phosphide,InP)量子点是目前应用最广泛的非镉量子点之一,与传统的含镉量子点相比,具有更稳定的共价键和更好的生物相容性,被认为具有更大的生物医学应用潜能。量子点的表面功能化,是影响其应用性能和生物效应的重要因素之一,为探索InP量子点的生物应用可行性,我们选用了分别用羧基(COOH)、氨基(NH)、羟基(OH)修饰的InP量子点,从细胞成像应用和生物效应两方面对其进行了系统的研究。1、InP量子点用于细胞标记选择肺癌细胞HCC-15和肺泡Ⅱ型上皮细胞RLE-6TN与InP量子点共孵育4小时后,采用共聚焦成像和流式细胞术检测量子点对细胞的标记情况。共聚焦成像结果表明:InP-COOH,InP-NH,InP-OH三种量子点均可以标记于HCC-15和RLE-6TN细胞,量子点被细胞摄取后会聚积在细胞质中;流式细胞术结果表明:细胞对量子点的摄取与浓度相关,使用浓度为2μg/mL时,细胞对InP-OH的摄取率均比InP-COOH和InP-NH低,存在显著性差异;而浓度20μg/mL为时,细胞对三种量子点的摄取率相当,均高于90%。2、InP量子点用于基因药物示踪载体经过聚乙烯亚胺(Polyethylenimine,PEI)修饰的InP量子点可以作为基因药物示踪的纳米载体。将选择稳定性最佳的InP-COOH量子点,用PEI修饰后与小干扰RNA(Small interference RNA,siRNA)进行偶联形成纳米复合物,利用共聚焦成像技术和流式细胞术检测siRNA的转染效果。共聚焦成像结果表明:InP量子点可以成功运载siRNA进入HCC-15细胞;流式细胞术结果表明:InP量子点对细胞的转染率达31%,可以作为siRNA的有效示踪载体。3、InP量子点的体外生物效应研究将HCC-15和RLE-6TN细胞与InP量子点共孵育24或48小时后,利用MTT和凋亡试剂盒检测量子点的细胞毒性,利用ROS试剂盒检测量子点对细胞的损伤机制。实验结果表明:InP量子点对HCC-15和RLE-6TN细胞活性的影响,量子点处理细胞24小时内,细胞正常增殖,处理时间为48小时后,当量子点浓度高于20μg/mL时,表现出明显的细胞毒性;InP量子点处理细胞48小时后会诱导细胞发生凋亡;量子点诱发的氧化应激损伤可能是导致细胞毒性效应的原因之一。4、InP量子点的体内生物效应InP量子点(剂量25 mg/kg)经气管吸入进入BALB/c小鼠,分别在1、2、4、8、12、24 h取小鼠血液,在2、24 h取主要脏器,采用组织冰冻切片荧光成像和ICP-MS检测量子点在小鼠体内的分布,采用H&E染色检测量子点对脏器的损伤效应。小鼠组织荧光成像结果表明InP量子点经气管吸入24小时后在肺中有大量蓄积,且可以保持量子点的发荧光能力。ICP-MS结果表明InP量子点可以透过血气屏障分布于小鼠各主要脏器中,在肾脏中的蓄积量最多,在肝脏中的蓄积最不易被清除。H&E实验结果表明量子点在小鼠肺脏中的蓄积并未引发其组织形态的改变。综上所述,InP量子点作为细胞荧光标记探针和示踪载体应用于活细胞成像;量子点浓度高于20μg/mL时,可通过诱导氧化应激损伤造成细胞活性降低甚至发生凋亡;剂量为25 mg/kg的InP量子点经气管吸入后,可在小鼠肝、肾、肺蓄积,但不会对小鼠脏器产生明显损伤。研究成果对于推进InP量子点在生物医学领域的安全应用提供了参考佐证。

关键词： InP量子点细胞标记示踪载体体外生物效应体内生物效应

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超小CuS@BSA纳米粒子的光热效应及其生物相容性研究

超小CuS@BSA纳米粒子的光热效应及其生物相容性研究

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作者：万小芳深圳大学

学位级别：硕士

随着纳米材料的发展,更多具备优质理化特性的纳米材料被开发出来,其中局部表面等离子体共振(Local surface plasmon resonance,LSPR)的纳米材料具有优良的光学特性,因而广泛应用于生物医学成像与治疗研究。硫化铜纳米材料就是其中的一种... 详细信息

随着纳米材料的发展,更多具备优质理化特性的纳米材料被开发出来,其中局部表面等离子体共振(Local surface plasmon resonance,LSPR)的纳米材料具有优良的光学特性,因而广泛应用于生物医学成像与治疗研究。硫化铜纳米材料就是其中的一种,因为其LSPR峰值落在近红外(Near infrared,NIR)区域,适合深部生物成像和光热治疗。尽管已有许多生物医学应用,但硫化铜的光热效应、生物相容性和毒性尚未得到系统研究。本论文我们合成了包裹在牛血清蛋白(Bovine serum albumin,BSA),CuS@BSA超小型生物相容性硫化铜纳米粒子。对CuS@BSA的物理特征进行了表征,良好的光热转换效率,还有体内外毒性研究等方面做了系统的研究。主要内容如下:1、硫化铜纳米粒子的合成及其表征本文运用水相法合成CuS@BSA纳米粒子,并对其吸收光谱和形貌大小尺寸及其稳定性进行表征,结果表明CuS@BSA纳米粒子的吸收光谱在1060 nm,大小约8 nm,且在72小时的生物稳定性良好,其吸收光谱属于近红外区域,可用于近红外光热治疗,因此我们对CuS@BSA纳米粒子进行光热效应的研究。2、硫化铜纳米粒子的光热效应将合成好的CuS@BSA纳米粒子分别用超纯水稀释成22.5μg/mL、45μg/mL、90μg/mL、180μg/mL,超纯水作为空白对照,用1064 nm激光器照射180秒,红外成像仪观察,结果表明CuS@BSA纳米粒子的光热转换效应非常好,在22.5μg/mL的浓度时照射180秒温度已经能达到46℃,这就已经达到了杀死癌细胞的温度,在浓度为180μg/mL照射180秒时,温度能高达65℃。CuS@BSA纳米粒子光热转换效率高达69.37%,其摩尔消光系数为7.06×10 M cm。3、硫化铜纳米粒子的体外生物效应将HeLa细胞与CuS@BSA纳米粒子共孵育24或48小时后,利用MTT和凋亡试剂盒检测CuS@BSA纳米粒子的细胞毒性,实验结果表明:CuS@BSA纳米粒子对HeLa细胞活性的影响,CuS@BSA纳米粒子处理细胞24小时内,浓度从0-45μg/mL,细胞正常增殖,处理时间为48小时后,当CuS@BSA纳米粒子浓度高于45μg/mL时,表现出明显的细胞毒性;此浓度下,CuS@BSA纳米粒子处理细胞48小时后会诱导细胞发生凋亡。4、硫化铜纳米粒子的体内生物效应将5.5 mg/kg的CuS@BSA纳米粒子通过尾静脉方式注射到小鼠体内,PBS溶液作为空白对照组,分别在2小时、6小时、12小时、24小时、30天后对体重趋势,脏器系数,血液指标,脏器光热、ICP-MS等指标探索CuS@BSA纳米粒子进入小鼠体内的分布及其产生的毒性效应。研究发现在2小时、6小时、12小时、24小时、等时间段注射CuS@BSA纳米粒子浓度为5.5 mg/kg时,CuS@BSA纳米粒子纳米粒子主要分布在肝脾肾等脏器中,而30天以后脏器系数、血液指标、ICP-MS等指标与对照组无差异。本文中我们主要合成了一种尺寸约8 nm的CuS@BSA纳米粒子,其具备优良的光热效应,未来在生物医学光热治疗方面具有极大的应用潜力,研究成果对于推进CuS@BSA纳米粒子在生物医学领域的安全应用提供了参考佐证。

关键词： CuS@BSA纳米粒子体外生物效应光热效应体内生物效应

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