多功能碳纳米管和氧化石墨烯的制备及其在生物成像和药物传输中的应用

发布时间：2017-03-25 14:07

  本文关键词：多功能碳纳米管和氧化石墨烯的制备及其在生物成像和药物传输中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：碳纳米管（CNT)和氧化石墨烯（GO)做为新兴的纳米材料，因为它们独特的性质，在生物医学和电化学等方面有着良好的应用。其中的一个重要应用就是作为载体将抗癌药物、基因以及蛋白质等运输到肿瘤部位。盐酸阿霉素（DOX)是一种常见的抗癌药物，可以通过TMt堆积作用附着在多壁碳纳米管和氧化石墨烯表面。近十年来前列腺癌的发病率呈明显上升趋势，但目前缺少有效的治疗手段。前列腺千细胞抗原(PSCA)是前列腺癌细胞膜表面糖基磷脂酰肌醇锚定的细胞表面的抗原，具有很高的前列腺特异性，是前列腺癌靶向诊断和治疗的一个很有前景的靶点。本论文主要研宄功能化的多壁碳纳米管和氧化石墨烯表面进一步共价偶联前列腺干细胞抗原单克隆抗体和非共价负载DOX，并评价了所制得的纳米复合材料的生物相容性及二者对前列腺肿瘤的治疗效果。同时，制备的纳米复合材料都具有靶向性和多功能，碳纳米管复合材料还可以用于超声和荧光双模式成像，氧化石墨烯纳米复合材料还可以用于磁共振成像。全文共分成为四章。 第一章综述了碳纳米管和氧化石墨烯的结构、性质、表面修饰和生物应用。最后提出了本论文的研究设想。 第二章我们制备和表征了CNT-PEI(FITC)-mAbPSCA多功能纳米材料，并考察了其对抗癌药物阿霉素（DOX)的负载能力和药物释放、体内和体外治疗效果以及荧光/超声双模式靶向成像功能。合成的MWCNT-COOH具有良好的形貌，尺寸较小，而且制备的CNT-PEI(FITC)-mAbPSCA溶解性非常好，可以稳定分散在生理溶液中-。体外实验表明，CNTPEI(FITC)-mAbpscA纳米材料具有低的细胞毒性和低的溶血性。由于材料上的FITC在入=488nm的光源激发下可以发出绿光，我们采用流式细胞仪和激光扫描共聚焦显微镜检测材料，发现CNT-PEI(FITC)-mAbpscA可以靶向到PSCA高表达的PC-3细胞。同时CNT-PEI(FITC)-mAbpscA具有高的回声性质，在体外和体内都可以观察到明显的超声对比增强信号，可以作为靶向超声造影剂实时监测肿瘤部位。CNT-PEI(FITC)-mAbpscA对抗癌药物DOX具有高的装载率，CNT-PEI(FITC)-mAbpscA/DOX纳米材料具有在正常的生理条件下低的药物泄漏量和在酸性环境中快的药物释放能力，并对PSCA高表达的PC-3细胞表现出明显的细胞毒性。而且CNT-PEI(FITC)-mAbPSCA/DOX具有良好的体内治疗效果和较低的毒副作用，使得CNT-PEI(FITC)-mAbPSCA可以作为一个高效的靶向药物运输载体。 第三章我们制备和表征了GO-PAMAM(DTPA-Gd)-mAbPSCA多功能纳米材料，在体外和体内评价其生物安全性，同时在体外和体内探宄了该材料的磁共振成像功能，然后负载阿霉素研宄体内治疗效果。制备的氧化石墨烯为单层结构，具有良好的形貌和较小的尺寸，在水中可以均匀地分散。用二抗和丙烯酰胺凝胶电泳法证明mAbPSCA成功偶联到GO-PAMAM(DTPA-Gd)纳米材料上。体外和体内生物安全性实验表明，GO-PAMAM(DTPA-Gd)-mAbpscA对癌症细胞毒性很低，有可以忽略的溶血性，不会引起小鼠体内组织病变。而且该材料在体外和体内的磁共振成像效果都很好，，可以作为乃磁共振造影剂。同时我们用激光扫描共聚焦显微镜观察到GO-PAMAM(DTPA-Gd)-mAbPSCA可以将DOX靶向运输到PSCA高表达的PC-3细胞，在细胞质中释放出DOX,游离的DOX最后进入细胞核。最后我们发现，GO-PAMAM(DTPA-Gd)-mAbpscA/DOX纳米材料具有良好的治疗前列腺癌作用，同时不影响小鼠的体重,有望成为新型靶向多功能纳米载药材料。 第四章对本文实验所得的数据及结果进行了总结，同时探究了所合成的多功能纳米复合材料在生物医学领域的应用，最后对未来进一步的应用做了展望。
【关键词】：碳纳米管 氧化石墨烯 药物传输 超声成像 磁共振成像
【学位授予单位】：上海师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：O613.71;TQ460.1
【目录】：

• 中文摘要6-8
• Abstract8-11
• 目录11-15
• 第一章 前言15-33
• 1.1 碳纳米管的简介15-19
• 1.1.1 碳纳米管的结构15
• 1.1.2 碳纳米管的性能15-16
• 1.1.3 碳纳米管的修饰16-17
• 1.1.3.1 在碳纳米管上共价连接分子16
• 1.1.3.2 在碳纳米管上非共价连接分子16-17
• 1.1.3.3 碳纳米管空腔内包覆分子17
• 1.1.4 碳纳米管的生物应用17-19
• 1.1.4.1 碳纳米管用于药物传输17-18
• 1.1.4.2 碳纳米管用于基因传递18
• 1.1.4.3 碳纳米管用于光热治疗18
• 1.1.4.4 碳纳米管用于生物成像18-19
• 1.2 氧化石墨烯的简介19-24
• 1.2.1 氧化石墨烯的结构和性能19-20
• 1.2.2 氧化石墨烯的修饰20-21
• 1.2.2.1 共价修饰氧化石墨烯20
• 1.2.2.2 非共价修饰氧化石墨烯20-21
• 1.2.2.3 纳米粒子修饰氧化石墨烯21
• 1.2.3 氧化石墨烯的生物应用21-24
• 1.2.3.1 氧化石墨烯用于药物传输21-22
• 1.2.3.2 氧化石墨烯用于基因传递22-23
• 1.2.3.3 氧化石墨烯用于生物成像23
• 1.2.3.4 氧化石墨烯用于光热治疗和光动力治疗23-24
• 1.3 本论文的研究设想24-26
• 参考文献26-33
• 第二章 CNT-PEI(FITC)-mAb_(PSCA)复合材料的制备及其在靶向超声成像和药物传输中的应用33-60
• 引言33-34
• 2.1 实验部分34-40
• 2.1.1 试剂与仪器34-35
• 2.1.2 CNT-PEI(FITC)-mAb_(PSCA)复合材料的制备35-36
• 2.1.2.1 MWCNT-COOH 的制备35
• 2.1.2.2 CNT-PEI 纳米复合材料的制备35
• 2.1.2.3 CNT-PEI(FITC)纳米复合材料的制备35-36
• 2.1.2.4 CNT-PEI(FITC)-mAb_(PSCA)纳米复合材料的制备36
• 2.1.3 二抗检测一抗实验36
• 2.1.4 凝胶电泳检测抗体实验36
• 2.1.5 溶液超声成像实验36-37
• 2.1.6 细胞培养37
• 2.1.7 细胞毒性实验（WST-1）37
• 2.1.8 材料的溶血实验37-38
• 2.1.9 流式细胞仪检测材料被细胞吞噬情况38
• 2.1.10 荧光成像检测材料被细胞吞噬情况38
• 2.1.11 载药和药物释放38
• 2.1.12 荧光成像检测 CNT-PEI(FITC)-mAb_(PSCA)/DOX 被细胞吞噬情况38-39
• 2.1.13 体外治疗实验（WST-1）39
• 2.1.14 小鼠体内组织病理学分析和血液生化指标检测39-40
• 2.1.15 肿瘤鼠模型的建立40
• 2.1.16 体内超声成像实验40
• 2.1.17 体内治疗实验40
• 2.2 结果与讨论40-55
• 2.2.1 MWCNT-COOH 的表征40-41
• 2.2.2 MWCNT-COOH 多功能修饰后的表征41-42
• 2.2.3 检测抗体实验结果42-43
• 2.2.4 溶液超声成像实验结果43-44
• 2.2.5 细胞毒性（WST-1）实验结果44-45
• 2.2.6 材料的溶血实验结果45-46
• 2.2.7 流式细胞仪检测材料被细胞吞噬情况46-47
• 2.2.8 荧光成像检测材料被细胞吞噬情况47-48
• 2.2.9 载药和药物释放48
• 2.2.10 荧光成像检测 CNT-PEI(FITC)-mAb_(PSCA)/DOX 被细胞吞噬情况48-50
• 2.2.11 体外治疗结果50-51
• 2.2.12 组织病理学分析和血液生化指标检测结果51-52
• 2.2.13 体内超声实验结果52-53
• 2.2.14 体内治疗实验结果53-55
• 2.3 本章小结55-56
• 参考文献56-60
• 第三章 GO-PAMAM(DTPA-Gd)-mAb_(PSCA)复合材料的制备及其在靶向磁共振成像和药物传输中的应用60-83
• 引言60-61
• 3.1 实验部分61-66
• 3.1.1 试剂与仪器61
• 3.1.2 GO-PAMAM(DTPA-Gd)-mAb_(PSCA)复合材料的制备61-63
• 3.1.2.1 三代树枝状化合物的制备61-62
• 3.1.2.2 小尺寸氧化石墨烯的制备62
• 3.1.2.3 GO-PAMAM 纳米复合材料的制备62
• 3.1.2.4 GO-PAMAM-DTPA 纳米复合材料的制备62
• 3.1.2.5 GO-PAMAM(DTPA-Gd)纳米复合材料的制备62-63
• 3.1.2.6 GO-PAMAM(DTPA-Gd)-mAb_(PSCA)纳米复合材料的制备63
• 3.1.3 二抗检测一抗实验63
• 3.1.4 凝胶电泳检测抗体实验63
• 3.1.5 溶液磁共振成像实验（MRI）63-64
• 3.1.6 细胞培养64
• 3.1.7 细胞毒性实验（WST-1）64
• 3.1.8 材料的溶血实验64
• 3.1.9 药物装载实验64-65
• 3.1.10 荧光成像检测 GO-PAMAM(DTPA-Gd)-mAb_(PSCA)/DOX 被细胞吞噬情况65
• 3.1.11 小鼠体内组织病理学分析和血液生化指标检测65
• 3.1.12 肿瘤鼠模型的建立65
• 3.1.13 体内磁共振成像实验（MRI）65-66
• 3.1.14 体内治疗实验66
• 3.2 结果与讨论66-77
• 3.2.1 小尺寸氧化石墨烯（GO）的表征66-68
• 3.2.2 GO 多功能修饰后的表征68-70
• 3.2.3 检测抗体实验结果70-71
• 3.2.4 溶液磁共振成像实验结果71
• 3.2.5 细胞毒性（WST-1）实验结果71-72
• 3.2.6 材料的溶血实验结果72-73
• 3.2.7 荧光成像检测 GO-PAMAM(DTPA-Gd)-mAb_(PSCA)/DOX 被细胞吞噬情况73-74
• 3.2.8 组织病理学分析和血液生化指标检测结果74-75
• 3.2.9 体内磁共振成像实验结果75-76
• 3.2.10 体内治疗实验结果76-77
• 3.3 本章小结77-79
• 参考文献79-83
• 第四章 总结和展望83-85
• 攻读学位期间取得的研究成果85-87
• 致谢87

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