碲化镉量子点对氧化应激、细胞活力和相关效应及机理的研究

发布时间：2018-03-31 10:27

本文选题：碲化镉量子点　切入点：氧化应激酶　出处：《山东大学》2015年硕士论文

【摘要】：量子点(Quantum dots, QDs)是一类人工合成的粒径范围从2nm到100 nm的半导体纳米晶体,主要构成元素为ⅡB-ⅥA族元素(如CdSe, CdTe等)或ⅢA-VA族元素(如InP, GaAs等)。由于其优异的光物理性质(发射光谱窄而对称、发射波长可调、激发光谱宽、抗光漂白性强)和良好的化学加工性能,量子点作为成像媒介和生物标记物被广泛应用于医药、生物、化学等领域。但是随着量子点产业的不断发展和应用,其毒性不断被报道出来,例如与生物大分子相结合、产生活性氧、释放重金属离子、细胞凋亡和基因表达的改变等,引起了人们的广泛关注。研究表明纳米材料可以通过肺部和消化系统进入体内,所以量子点对体内蛋白、靶器官等受体的毒性效应值得深入探究。首先我们研究了CdTe量子点对氧化应激酶(过氧化氢酶CAT和超氧化物歧化酶Cu/ZnSOD)的结构和功能的影响,这可能决定着其进入体内后对细胞或者组织器官的毒性效应。然后研究了CdTe量子点对小鼠原代肝细胞和肾细胞的毒性作用,因为大量研究表明肝脏以及肾脏是含镉量子点的主要毒性靶器官。最后研究了CdTe量子点与血液蛋白(牛血清蛋白BSA和牛血红蛋白BHb)的相互作用,量子点对血液蛋白的影响能够改变其在机体内的归趋。本文从分子水平和细胞水平上探讨了CdTe量子点的毒性效应。主要研究内容和结论包括以下五个方面：第一部分：我们利用“一锅法”合成了N-乙酰-L-半胱氨酸(NAC)包被的CdTe量子点,获得了荧光发射峰位于612 nm处的NAC-CdTe量子点(QDs-612),并对合成的CdTe量子点进行了纯化和表征。第二部分：利用荧光光谱、荧光寿命、同步荧光光谱、紫外可见光谱、圆二色谱、酶活测定等实验方法,探究了QDs-612对CAT的毒性作用。研究表明QDs-612引起了CAT荧光的静态猝灭,同时改变了蛋白的骨架和二级结构,使CAT中的色氨酸残基暴露于亲水性的环境当中。通过疏水作用力,CAT与QDs-612发生了自发的结合,降低了蛋白的活性,在298 K时结合常数为7.21×105 L mol-1。第三部分：利用等温滴定量热、荧光光谱、荧光寿命、同步荧光光谱、紫外可见光谱、圆二色谱、酶活测定等实验方法,探究了QDs-612对Cu/ZnSOD结构和功能的影响。研究表明QDs-612引起了Cu/ZnSOD荧光的静态猝灭,同时改变了蛋白的骨架和二级结构,使Cu/ZnSOD中的酪氨酸残基暴露到一个亲水性的环境当中。通过疏水作用力,Cu/ZnSOD与QDs-612发生了自发的结合,降低了蛋白的活性,在298 K时结合常数为3.28×105 L mol-1。第四部分：利用CCK-8法初步分析了QDs-612的细胞毒性,从整体上评价了QDs-612对小鼠原代肝细胞和肾细胞活力的影响。研究表明QDs-612引起了小鼠原代肝、肾细胞活力的明显下降。通过实验组中加维生素C和不加维生素C的比较,可以看出细胞活力的下降与QDs-612产生的氧化损伤有关。同时测定了小鼠原代肝细胞和肾细胞内CAT和SOD的活性变化。结果表明量子点明显降低了这两种细胞中CAT和SOD的活性,进一步验证了QDs-612对细胞产生的氧化损伤。此外,QDs-612对小鼠原代肾细胞产生的细胞毒性要大于小鼠原代肝细胞。第五部分：利用等温滴定量热、荧光光谱、荧光寿命、同步荧光光谱、紫外可见光谱、圆二色谱等实验手段,研究了QDs-612对BSA和BHb的作用机理。研究表明QDs-612通过疏水作用力与BSA和BHb发生了自发的结合,在298 K下结合常数分别为1.19×105 L mol-1 (BSA-QDs)、2.19×105 L mol-1 (BHb-QDs)。结合使BSA和BHb的荧光发生了静态猝灭,并且改变了这两种蛋白的骨架和二级结构。同时,BHb中的色氨酸残基暴露在了一个亲水性的环境当中。总体上看,QDs-612对BHb的毒性作用要大于BSA。基于光谱学和等温滴定量热等实验技术,本文从分子和细胞水平对水相合成的NAC-CdTe量子点对氧化应激、细胞活力和相关效应产生的影响进行了探讨,对于全面评价该类量子点的毒性提供了有价值的参考,研究结果有助于设计及合成生物相容性及稳定性更佳的量子点,并为合理利用并最大限度地降低量子点的毒性效应提供了理论参考。
[Abstract]:Quantum dots ( QDs ) are a class of semiconductor nanocrystals with a particle size ranging from 2 nm to 100 nm . The main constituent elements are Group II B - VI A elements ( such as cdse , CdTe , etc . ) or Group III A - VA elements ( e.g . InP , GaAs , etc . ) . The effects of CdTe quantum dots on the structure and function of mouse primary hepatocytes and renal cells have been studied . The effects of CdTe quantum dots on the structure and function of oxidative stress enzymes ( such as bovine serum albumin BSA and bovine hemoglobin BHb ) have been studied . The effects of QDs - 612 on oxidative stress , cell viability and oxidative damage in primary liver and kidney cells of mice were investigated . The results showed that QDs - 612 could significantly reduce the cytotoxicity of QDs - 612 in primary liver and kidney cells .

【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X503

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