基于近红外激光介导的二维纳米片及其在细胞玻璃化保存中的应用

发布时间：2020-04-20 14:19

【摘要】：二维(2D)氧化石墨烯(GO)和二硫化钼(MoS2)纳米片作为良好的光热剂而作为抗肿瘤药物的潜在载体,已被广泛地研究和应用。这两种纳米材料的发展大大促进了诊断治疗、能源转换和水清洁等方面研究的发展。对于它们的空间热效应,已经在生理温度和热疗温度范围内(37-46℃)展开了较为深入的探索。调控这些纳米片的空间热分布,对低温下(-196至37 ℃)的生物材料的微结构控制则有更深远的应用,这些应用包括仿生的冷冻微铸造、食品和药品的冻干和生物材料的低温保存等。然而,GO和MoS2纳米片的热效应在低温下的应用还未被充分探索过。在本研究中,我们利用GO和MoS2纳米片的近红外激光诱导光热效应,来研究其对生物样品在复温过程中抑制冰核形成和冰晶生长的影响。采用此方法,快速的降温到-196 ℃深低温的细胞被成功的回收,有着高存活率和完整的生物学功能。这些纳米片的光热效应从来没有被应用到低温保存中从而获得足够快的升温速度来减少复温过程中的再结晶。为了解决低温保存中的再结晶问题,我们利用了纳米片的光热效应。在研究过程中,我们采用化学合成和水热法分别合成了 GO和MoS2纳米片,利用他们的光热效应成功的实现了人脐静脉内皮细胞(HUVECs)的复温。针对所采用的808 nm近红外激光,我们自主搭建了一套激光辐射装置来更好地实现激光能量脉冲对实验样品的作用。同时,为了提供对样品冷冻和复温过程的更全面的评估,我们使用有限元方法来研究在水浴复温和激光照射下塑料麦管内细胞样品的传热。实验和模拟结果都表明,细胞悬液中的GO和MoS2纳米片可以显著提高冷冻速率并有效地降低复温过程中的反玻璃化和再结晶。此外,我们还研究了两种纳米片在不同浓度和不同激光辐射能量下对细胞悬液样品保存效果的影响。结果表明,808 nm激光分别作用在0.03%(w/v)的GO和0.06%(w/v)的MoS2浓度下,对细胞玻璃化冷冻保存具有最佳的效果。GO和MoS2纳米片作为光热剂来实现空间上均匀加热是一个有前景的方法来提高很多细胞系的低温保存效果。因此,我们提供了一种基于纳米片光热效应的有效方法来控制玻璃化生物样品在复温过程中的结晶行为,这可能在材料科学和生物工程中具有广泛的应用。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R318.08;R73-3

【参考文献】