微纳结构与纳米材料在肿瘤检测及心肌分化中的应用研究

发布时间：2017-07-02 08:13

  本文关键词：微纳结构与纳米材料在肿瘤检测及心肌分化中的应用研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：一直以来,肿瘤疾病及心肌梗死都是死亡率较高的两大恶疾,而肿瘤的转移和复发是导致大多数肿瘤患者死亡的最主要原因。循环肿瘤细胞(Circulating tumor cells,CTCs)是从实体瘤脱离并进入血液循环系统中的肿瘤细胞,是肿瘤发生远端转移的必要前提,然而外周血中CTCs的数量相当少,因此,开发高灵敏的CTCs检测方法便逐渐成为了很多研究者关注的热点。心肌细胞是终末分化得到的细胞,心肌梗塞或其它原因导致心肌细胞凋亡以后,心脏很难恢复其正常功能,而心肌组织工程则给心脏相关疾病的治疗提供了一种全新的方法,目前,利用具有多能性的干细胞进行心肌分化,从而得到功能性的心肌组织这一课题受到了越来越多科研者的关注。近年来,得益于微纳结构及纳米材料制备技术的快速发展,将它们与由生物、化学、物理、医学等多学科相互渗透成长起来的高新技术——生物传感器技术相结合,不仅可以将生物传感器的性能提升到一个新的水平,还能进一步拓宽生物传感器的应用领域,为肿瘤疾病的相关治疗研究开辟了一条新的途径。此外,将具有生物可降解性的纳米结构作为支架应用于心肌组织工程领域是一项非常有意义的研究,既可以进行心肌修复,也不会对身体造成毒害。基于此,本论文主要开展的工作及得到的结论如下:1.利用微纳结构制造技术成功地制备了两种具有线性微柱结构的微芯片,并将它们分别与功能化的纳米材料及与细胞表面组件尺寸相似的纳米级静电纺丝结构相结合以构建用于CTCs检测的细胞生物传感器。扫描电镜表征制备的微芯片形貌,结果显示:微芯片基底规整地排列有线性微柱结构;倒置荧光显微镜测试结果表明:与其它基底相比,具有微柱结构的三维微芯片基底具有较高的CTCs捕获效率,且由于氧化石墨烯(GO)、功能化纳米探针及静电纺丝的协同相互作用,不仅在一定程度上增加了CTCs与基底之间的相互作用,也显著地提高了电化学检测的灵敏度,这种以微纳结构及功能化纳米材料为基础的细胞生物传感器在肿瘤疾病的诊断及临床分析中具有巨大的潜在应用价值;2.采用生物可降解性材料PLGA制备了纳米级静电纺丝并将其作为支架进行人源诱导多能干细胞(hi PSC)定向分化而来的心肌细胞的接种及其相关鉴定,扫描电镜测试结果表明:PLGA纳米纺丝的直径及密度分布较均匀,质量较好;免疫荧光染色及凝胶电泳结果表明:在培养的过程中,hi PSC始终表达其特异性标志物蛋白,说明其未出现分化现象,保持了多能性;心肌细胞鉴定的结果表明:其表达与心肌功能相关的特异性标志物蛋白及基因,且电生理性质鉴定结果显示:分化获得的心肌细胞的跳动频率与正常人心脏跳动的频率接近,说明我们成功地由hi PSC定向分化获得了心肌细胞并在三维纳米纺丝基底成功地接种得到“心肌贴片”,且这种在生物可降解性支架基底获得的功能性心肌组织为心肌相关疾病治疗的临床应用开拓了一条新途径,使其可安全用于生物医药领域。
【关键词】：微纳结构 纳米材料 生物传感器 循环肿瘤细胞 心肌组织
【学位授予单位】：江汉大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R730.4;R54
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-31
• 1.1 微纳结构及纳米材料概述11
• 1.2 微流控芯片技术11-17
• 1.2.1 微流控芯片技术的起源与发展11-14
• 1.2.2 微流控芯片技术在生物医学领域中的应用14-17
• 1.3 纳米科技与生物传感器17-24
• 1.3.1 碳纳米材料19
• 1.3.2 量子点纳米材料19-20
• 1.3.3 功能化纳米复合物20-21
• 1.3.4 生物传感器21
• 1.3.5 纳米材料在生物传感器中的应用21-24
• 1.4 静电纺丝简介24-29
• 1.4.1 静电纺丝技术原理及影响形貌的因素24-25
• 1.4.2 静电纺丝在生物医学领域的应用25-29
• 1.5 论文的选题背景及创新点29-31
• 第二章 石墨烯微芯片生物传感器的构建及其在肿瘤细胞检测中的应用31-47
• 2.1 前言31-33
• 2.2 材料与方法33-39
• 2.2.1 实验试剂和耗材33-34
• 2.2.2 实验仪器34-35
• 2.2.3 掩膜板的制作35
• 2.2.4 微芯片的制备35-36
• 2.2.5 微芯片的表面修饰36-37
• 2.2.6 金纳米粒子包裹的硅纳米复合物的合成37
• 2.2.7 抗体复合物（HRP-Si/Au NPs-Ab2）的制备37-38
• 2.2.8 细胞培养38
• 2.2.9 超级三明治式细胞传感器的构建38-39
• 2.3 结果与讨论39-46
• 2.3.1 微芯片结构表征39
• 2.3.2 金包裹的硅球纳米粒子的表征39-40
• 2.3.3 偶联抗体的纳米复合物表征40-41
• 2.3.4 微芯片捕获循环肿瘤细胞性能表征41-43
• 2.3.5 超级三明治细胞传感器的表征43
• 2.3.6 实验条件的优化43-45
• 2.3.7 循环肿瘤细胞的电化学检测45-46
• 2.4 本章小结46-47
• 第三章 基于微纳结构与纳米探针的肿瘤细胞检测47-60
• 3.1 前言47-49
• 3.2.材料与方法49-54
• 3.2.1 实验试剂和耗材49-50
• 3.2.2 实验仪器50-51
• 3.2.3 铬掩膜板的制作51
• 3.2.4 ITO玻璃上微槽的制备51-52
• 3.2.5 ITO上镍柱的制备52
• 3.2.6 纳米静电纺丝的制备52-53
• 3.2.7 细胞培养53
• 3.2.8 细胞捕获基底的优化筛选53-54
• 3.2.9 量子点纳米探针的制备54
• 3.2.10 细胞生物传感器的构建及电化学检测54
• 3.3 结果与讨论54-59
• 3.3.1 ITO玻璃上镍柱结构的表征54-55
• 3.3.2 纳米静电纺丝表征55-56
• 3.3.3 纺丝密度对细胞捕获性能的影响56
• 3.3.4 细胞捕获基底的优化56-57
• 3.3.5 捕获的循环肿瘤细胞形貌表征57-58
• 3.3.6 循环肿瘤细胞的电化学检测58-59
• 3.4 本章小结59-60
• 第四章 人源诱导多能干细胞定向心肌分化及心肌组织贴片初探研究60-77
• 4.1 前言60-62
• 4.2.材料与方法62-69
• 4.2.1 实验试剂和耗材62-63
• 4.2.2 实验仪器63-64
• 4.2.3 人源诱导多能干细胞的传代培养64
• 4.2.4 hiPSC多能性的鉴定64-65
• 4.2.5 hiPSC向心肌细胞的定向分化65-66
• 4.2.6 PLGA纳米纺丝的制备66-67
• 4.2.7 CM标志物的免疫染色鉴定67
• 4.2.8 CM电生理性质的鉴定67-68
• 4.2.9 hiPSC与CM中总RNA的提取68
• 4.2.10 CM中特异性基因表达量的鉴定68-69
• 4.3 结果与讨论69-75
• 4.3.1 hiPSC的传代培养情况69
• 4.3.2 hiPSC多能性的鉴定表征69-70
• 4.3.3 纳米静电纺丝的表征70-72
• 4.3.4 hiPSC向心肌细胞定向分化的过程表征72-73
• 4.3.5 CM标志物的免疫染色结果表征73
• 4.3.6 CM电生理性质鉴定的结果表征73-74
• 4.3.7 CM中特异性基因表达量结果及分析74-75
• 4.4 本章小结75-77
• 结论77-78
• 致谢78-80
• 参考文献80-91
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果91

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