新型生物纳米杂化材料的构建及在疾病诊疗中的应用

发布时间：2020-08-15 15:43

【摘要】：生物技术和纳米技术的融合促进了生物纳米杂化材料的发展,它既包含了生物材料的生物兼容性、特异性识别和高效催化的性质,也包含了纳米材料独特的电子、光学、磁学和催化性质。基于这些多样化的优异性质,生物纳米杂化材料被广泛研究并用于生物领域,包括生物传感和小分子检测、致病菌的检测和治疗、癌症的诊断和治疗、以及生物催化反应等。本论文主要通过利用几种生物分子的特殊性能与多功能纳米材料相结合,构建针对不同疾病的诊疗体系。主要内容如下:1.通过非共价的静电吸引作用,将带正电的季胺化的磁纳米粒子与单链DNA结合,构建了基于DNA放大检测试验的简单灵敏的致病菌检测体系。在存在带有大量负电荷的致病细菌时,DNA可以被竞争性地从纳米粒子表面置换到溶液中,经过简单的磁分离之后,将释放的DNA转移至试管中,进行下一步的Exo Ⅲ辅助的DNA放大分析试验,由此将致病菌的检测转化成DNA的高灵敏度的检测。2.通过共价修饰的方式,将壳聚糖修饰到金属有机框架的纳米粒子表面,再结合纤维素纸,构建了耐性可见的创可贴用于检测和选择性治疗细菌感染。创可贴的颜色指示细菌感染(黄色)和耐药性(红色)。PCN-224的多孔结构和优异的光动力性质有利于药物装载和杀伤耐药菌,而壳聚糖用于引诱带负电的细菌并实现酸响应性的药物释放。基于颜色,我们分别对敏感型菌株和耐性菌株进行基于化学治疗或光动力治疗。3.通过疏水相互作用,将透明质酸包裹到中空氮化碳球上,构建了群体感应抑制和光动力疗法联合的体内抗被膜策略。中空球提供了药物传递的能力,确保了群落感应抑制剂和抗生素能够依次释放;氮化碳球的光动力学性质有利于破除被膜成分、杀伤细菌,并与化学疗法协同抗菌;而透明质酸赋予该杂化材料靶向细菌的能力,保证了生物安全性和治疗的靶向性,有助于将该生物-纳米杂化体系应用到活体的抗被膜治疗中。4.通过共价修饰的方式,将与端粒DNA互补的C-DNA、靶向细胞核受体的配体分子和具有类核酶活性的Ce复合物修饰到上转换纳米粒子表面,构建了一个端粒G-悬端特异性的DNA纳米水解酶。它不仅可以在近红外光照射下被实时追踪,而且可以精确的水解端粒DNA,引起细胞的衰老和凋亡。5.通过共价修饰的方式,将不同性质的手性氨基酸分别修饰到纳米氧化铈(CeNPs)表面,构建手性纳米酶。本章中,我们选择了 3,4-二羟苯丙氨酸(DOPA)对映体作为手性催化的底物。通过详细的动力学研究,发现苯丙氨酸修饰的CeNPs对于DOPA的氧化反应表现最佳,并且对其对映体具有优异的立体选择性。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R318.08;TB383.1
【图文】：

细胞选择,生命体

．１．１．１生物分子的独特性质逡逑众所周知，糖类、蛋白质、核酸和脂质是四大类生物大分子，它们各自具有逡逑独特的结构和性质，相互组装、协作构成奇妙的生命体，完成复杂而精妙的生命逡逑活动。总的来说，由生物分子构成的生物材料具有难以逾越的优势，包括优异的逡逑生物兼容性、生物可降解性、特异性识别和高效催化等。逡逑糖类是生命体维持生命活动所需能量的主要来源，是生物体的重要组成部逡逑分，也在细胞识别方面发挥重要作用。一方面，天然多糖本身具备优良的性质，逡逑如壳聚糖，它含有大量氨基和羟基等官能团，可以引进多种功能基团，强配位能逡逑力和正电荷也赋予了壳聚糖良好的抗菌性能［１＿２］；透明质酸是细胞间质的组成成逡逑分，具有多种官能团便于化学修饰Ｗ，且某些肿瘤细胞的表面过表达透明质酸受逡逑体，促使这类多糖用作靶向的生物材料［４］。另一方面，非天然的单糖衍生物能通逡逑过生命体自身代谢的方式嵌入细胞表面的糖苷，使得细胞表面呈现所需官能团，逡逑进而用于标记等［５］。逡逑Ａ

示意图,双链,金属离子,示意图

逡逑性组装和三维空间结构，展现出高度特异性的识别（图１．１）［８］，比如抗原－抗体、逡逑激素－受体相互作用等。更重要的是，大多数的天然酶是具有高效的催化性能的逡逑蛋白质，它们在温和条件下，高效和特异性地催化生物体内的化学反应，完成生逡逑物体的重要生命过程，包括代谢、信号传导等［９＿１（）］。逡逑ＤＮＡ作为一种最基本的生物大分子，具有许多特殊的性质，被认为是多功逡逑能的生物材料［１１］。首先，ＤＮＡ符合碱基互补配对原则，严格保证了邋ＤＮＡ的高逡逑特异性的互补识别能力。另外，它具有单链、双链、三链和四链（ｉ－ｍｏｔｉｆ、Ｇ－逡逑四链）等多种构象（图１．２），不同构象之间在特定条件下可以相互转换［ｍ５］。例逡逑如

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