荧光碳纳米粒子的制备、表征及其在细胞标记中的应用

论文摘要

随着纳米科技的不断进步,纳米材料以其新颖的结构、独特的理化性质和纳米效应,在现代生活中展示出广阔而美好的应用前景,被认为是21世纪最有发展前途的材料。碳纳米粒子（CNPs）作为一种新型的纳米材料,也因其独特的性能而备受科学家关注。虽然先前也有相关碳纳米粒子的报道,但与金刚石、石墨烯、碳纳米管和传统量子点相比,荧光碳纳米粒子因其制备方法和分离技术的匮乏,至今尚无充分的研究,与之相关的报道也很少。在生物医学领域,对细胞和生物分子进行染色或修饰标记是进行细胞和分子鉴别与测量的一项重要技术,常用传统的有机染料作为标记试剂。然而,传统的有机试剂有其自身无法克服的缺点,如荧光寿命短；生物相容性差；易光分解,分解产物往往有毒有害；难以进行多色同时标记等。新型荧光标记试剂（如金属纳米粒子、量子点、复合型纳米粒子）克服了传统有机标记试剂的缺点,在生物医学领域获得了广泛的应用。碳纳米粒子作为一种新的量子点,与传统有机荧光染料相比,具有明显的优越性：毒性小；水溶性好；荧光强度高且稳定,可多次激发而不发生荧光淬灭；激发光谱宽；发射谱峰窄且对称,不出现交叠；生物相容性好。预计它将会和量子点一样,成为很好的新型荧光标记试剂。本文主要包含以下研究内容：1.将商品蜡烛焖烧,获得烟炱。后者在氧化性酸30% H2O2/AcOH （V:V=2:1）混合溶液中回流一昼夜,得到荧光碳纳米粒子,再用乙醚多次萃取提纯,得到固体产物。用荧光光谱、红外光谱、元素分析和扫描电镜等手段,对制备得到的荧光碳纳米粒子进行结构和性能的测试表征。CNPs最强荧光发射峰在445nm处,最佳激发波长为325nm。荧光发射峰峰形对称,且在pH7.0附近CNPs溶液的荧光强度最高。红外光谱图分析可知,酸回流后的荧光碳纳米粒子表面引入了-OH、-COOH或其它氧化基团,且亲水性明显增强,同时产生了明显的荧光活性。2.采用MTT法确定细胞的最佳接种密度,同时检测荧光碳纳米粒子对Hela细胞和HepG-2细胞的毒性作用。结果表明,荧光碳纳米粒子能够进入Hela细胞,可促进Hela细胞增殖,不诱导细胞凋亡和损伤。但对于HepG-2细胞,CNPs表现出抑制细胞增殖的作用。3.将CNPs作为荧光标记物,对Hela细胞和HepG-2细胞进行荧光标记,用激光共聚焦荧光显微镜观察标记情况。经CNPs标记的Hela细胞能够发出明亮的荧光,并且呈现出较强的荧光特性。但荧光碳纳米粒子不能对HepG-2细胞成功标记。由于荧光碳纳米粒子具有独特的无毒、化学惰性和优越的生物相容性等优点,我们相信,荧光碳纳米粒子在不远的将来会成为细胞荧光标记方面的一颗绚丽新星,在生物医药领域大显身手,创建伟业。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 综述
• 1.1 纳米材料与纳米科技
• 1.1.1 纳米材料
• 1.1.2 纳米科技
• 1.1.3 纳米材料的纳米效应
• 1.1.4 纳米材料的理化性能
• 1.2 新型碳纳米材料及其应用
• 1.2.1 富勒烯
• 1.2.2 碳纳米管
• 1.2.3 石墨烯
• 1.2.4 纳米金刚石
• 1.3 碳纳米材料的制备和表征
• 1.3.1 碳纳米材料制备方法
• 1.3.2 表征方法和仪器设备
• 1.4 碳纳米材料在生物医学中的应用
• 1.4.1 碳纳米管的生物学效应
• 1.4.2 富勒烯的生物学效应
• 1.4.3 纳米金刚石的生物学效应
• 1.4.4 碳纳米粒子的生物学效应
• 1.5 论文选题依据和意义
• 1.5.1 选题依据
• 1.5.2 研究内容
• 第二章 荧光碳纳米粒子的制备和结构表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 仪器与试剂
• 2.2.2 蜡烛烟炱的制备
• 2.2.3 碳纳米粒子的制备
• 2.2.4 光学性能和结构表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 制备条件的选择
• 2.3.2 发光性质分析
• 2.3.3 pH的影响
• 2.3.4 扫描电子显微镜图像
• 2.3.5 红外光谱分析
• 2.4 小结
• 第三章 荧光碳纳米粒子的生物学效应
• 3.1 引言
• 3.1.1 细胞培养
• 3.1.2 Hela细胞
• 3.1.3 HepG-2细胞
• 3.1.4 细胞增殖及其常用检测方法
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 仪器与试剂
• 3.2.2 细胞培养
• 3.2.3 Hela细胞最佳接种密度选择实验
• 3.2.4 不同浓度CNPs对Hela细胞活性影响
• 3.2.5 HepG-2细胞最佳接种密度的选择
• 3.2.6 不同浓度CNPs对HepG-2细胞活性影响
• 3.2.7 统计学处理
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 Hela细胞最佳细胞密度及加药时间
• 3.3.2 不同浓度CNPs对Hela细胞活性的影响
• 3.3.3 HepG-2细胞最佳接种密度选择实验
• 3.3.4 不同浓度CNPs对HepG-2细胞活性影响
• 3.4 小结
• 第四章 荧光碳纳米粒子在细胞标记中的应用
• 4.1 引言
• 4.1.1 传统有机荧光染料
• 4.1.2 量子点
• 4.1.3 碳纳米粒子
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 仪器与试剂
• 4.2.2 细胞培养
• 4.2.3 用荧光CNPs标记Hela细胞
• 4.2.4 用荧光CNPs标记HepG-2细胞
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 Hela细胞形态学观察
• 4.3.2 荧光CNPs标记Hela细胞成像图像分析
• 4.3.3 HepG-2细胞形态学观察
• 4.3.4 荧光CNPs标记HepG-2细胞成像图像分析
• 4.4 小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 进一步深入研究及有待解决的问题
• 5.3 展望
• 参考文献
• 附录
• 个人简况及联系方式
• 致谢