碳納米管基化學(xué)生物傳感研究及細(xì)胞傳感界面的構(gòu)建.pdf

1、碳納米管自1991年被發(fā)現(xiàn)以來，由于其獨特的納米一維管狀結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的力學(xué)、電學(xué)及電化學(xué)等性質(zhì)，在物理、化學(xué)和材料科學(xué)等許多領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景。另外，細(xì)胞體外分析對細(xì)胞生理行為的研究及藥物的體外篩選都具有重要意義，細(xì)胞相容性界面的構(gòu)建對促進(jìn)細(xì)胞傳感器的研制、組織工程的發(fā)展和組織工程材料的臨床應(yīng)用都起著十分關(guān)鍵的作用。本論文在碳納米管基化學(xué)生物傳感和細(xì)胞傳感界面構(gòu)建兩個方面開展了一系列研究，取得了一些很有價值的成果。本論文的主要研究

2、工作如下： 1．基于DNA堿基上的氨基和羧基化碳納米管表面的羧基之間的共價結(jié)合作用，將小牛胸腺DNA固定在多壁碳納米管表面。用循環(huán)伏安和電化學(xué)阻抗技術(shù)表征了DNA的固定過程。固定化雙鏈DNA能夠與小分子溴化乙錠發(fā)生相互作用，表明在碳納米管表面固定化的DNA仍保留其生物活性。 2．基于靜電相互作用，以陽離子聚電解質(zhì)為中介，將小牛胸腺DNA靜電組裝在羧基化多壁碳納米管表面。用壓電石英晶體阻抗技術(shù)實時監(jiān)測了DNA在碳納米管表面

3、的靜電組裝過程，并用電化學(xué)阻抗技術(shù)對DNA分子的層層組裝進(jìn)行了研究。探討了固定化DNA與藥物小分子鹽酸氯丙嗪之間的相互作用，計算了結(jié)合常數(shù)和結(jié)合位點數(shù)。 3．基于層層組裝技術(shù)，將膽固醇氧化酶組裝在羧基化多壁碳納米管修飾金電極表面，制備了膽固醇安培型生物傳感器。結(jié)果表明，用碳納米管對電極表面進(jìn)行修飾顯著地增大了過氧化氫在電極上的安培響應(yīng)；在酶電極外層電聚合聚鄰苯二胺不導(dǎo)電膜有利于提高酶電極的抗干擾能力。此外，研究了被測溶液pH值對

4、膽固醇安培響應(yīng)的影響，在最優(yōu)條件下得到了測定膽固醇的校正曲線，并計算了表觀米氏常數(shù)。 4．基于恒電流電聚合技術(shù)，制備了聚苯胺/碳納米管復(fù)合物修飾電極，并首次對該復(fù)合物的電催化性能進(jìn)行了研究。用掃描電子顯微鏡對復(fù)合膜的表面形貌進(jìn)行了表征。電化學(xué)研究結(jié)果表明該復(fù)合膜對亞硝酸鹽的還原具有優(yōu)良的電催化性能。此外，考察了影響修飾電極對亞硝酸鹽安培響應(yīng)的因素，優(yōu)化了測試條件，在最優(yōu)條件下得到了測定亞硝酸鹽的校正曲線，并提出了可能的電催化機理

5、。與聚苯胺修飾電極相比，該復(fù)合膜修飾電極對亞硝酸鹽的測定具有較高的靈敏度、較低的檢測限和較寬的線性范圍。且具有令人滿意的存儲穩(wěn)定性。 5．采用電化學(xué)阻抗技術(shù)，以Fe(CN)<,6><'3-/4->為氧化還原探針，監(jiān)測了人肝癌細(xì)胞BEL7404的生長過程，評價了抗癌藥物吉西他賓和環(huán)境污染物Hg<'2+>的細(xì)胞毒性作用。本文選用氧化銦錫導(dǎo)電玻璃為工作電極及細(xì)胞培養(yǎng)基底，其透明性便于細(xì)胞生長過程中的形態(tài)觀察；采用自制檢測池進(jìn)行電化學(xué)阻

6、抗測試，簡化了電極處理步驟。電化學(xué)阻抗實驗結(jié)果與顯微鏡觀察結(jié)果之間具有較好的一致性。該技術(shù)為體外研究細(xì)胞的生長過程及藥物篩選提供了一種簡便、廉價、有效的方法。 6．首次將電聚合卟啉膜用于哺乳動物細(xì)胞體外培養(yǎng)的基底，研究了人乳腺癌細(xì)胞MCF-7在電聚合卟啉膜上的粘附、鋪展和增殖。本文以氧化銦錫導(dǎo)電玻璃為電聚合成膜的基底，用掃描電子顯微鏡技術(shù)和接觸角測試法對電聚合膜進(jìn)行了表征。細(xì)胞形態(tài)觀察、細(xì)胞計數(shù)和MTT比色法研究結(jié)果表明，電聚合

7、卟啉膜可顯著地促進(jìn)MCF-7細(xì)胞的粘附、鋪展和增殖。熒光染色觀察法證實，細(xì)胞在電聚合膜上的健康情況較好，未發(fā)生凋亡。因此，該聚合物膜可用作細(xì)胞體外培養(yǎng)的基底，且可作細(xì)胞傳感器中細(xì)胞的固定基底。 7．基于電聚合卟啉膜優(yōu)良的細(xì)胞相容性，將其應(yīng)用于細(xì)胞壓電傳感研究。通過電聚合方法在壓電石英晶體金電極表面制備電聚合卟啉膜，用壓電石英晶體諧振技術(shù)實時監(jiān)測了MCF-7細(xì)胞的生長過程，研究了化學(xué)藥品的細(xì)胞毒性。通過熒光染色法觀察了石英晶體金電

8、極表面電聚合膜上細(xì)胞的增殖和健康情況，發(fā)現(xiàn)顯微鏡觀察結(jié)果與壓電石英晶體諧振實驗結(jié)果之間具有較好的一致性。此外，壓電石英晶體金電極表面的電聚合卟啉膜易于去除，極大地提高了石英晶體金電極的重復(fù)使用性。 8．本文提出了一種簡便、快速、廉價但有效的方法，對殼聚糖膜進(jìn)行改性以促進(jìn)其細(xì)胞相容性。將金屬納米粒子(鉑和金)自組裝在殼聚糖膜上，研究了幾種類型哺乳動物細(xì)胞在復(fù)合膜上的培養(yǎng)。結(jié)果表明，將鉑和金納米粒子自組裝在殼聚糖膜上顯著地促進(jìn)了人臍