不同功能化基团修饰的硅纳米颗粒体内生物效应研究

论文摘要

生物纳米技术的迅速发展为纳米材料在生物医学中的应用开辟了一个广阔而崭新的研究领域。然而,在研究与开发生物纳米材料、生物纳米器件的同时,生物纳米材料的生物安全性也逐渐成为众多科学研究工作者所共同关心的问题。硅纳米颗粒作为众多生物纳米材料中的一个重要成员,由于它易制备,容易生物修饰等优点已经在生物医学领域中受到重视。但是,有关硅纳米颗粒在活体内的生物效应研究还缺乏深入系统地研究。本论文瞄准硅纳米颗粒在活体内的生物效应这一前沿研究方向,在制备分散性好的不同功能化基团修饰的硅纳米颗粒基础上,开展了不同功能化基团修饰的硅纳米颗粒体内生物效应研究。主要内容包括以下三个方面:1、不同功能化基团修饰的硅纳米颗粒制备及分散性研究采用反相微乳液体系中功能化基团同步修饰(油相修饰)以及反相微乳液制备纳米颗粒后功能化基团后续修饰(水相修饰)的方法分别制备了纯硅壳纳米颗粒(SiNP)、氨基化硅壳纳米颗粒(NSiNP)、羧基化硅壳纳米颗粒(CSiNP)和聚乙二醇硅壳纳米颗粒(PSiNP)。通过沉降速度和离心速度的考察以及采用激光粒度仪、透射电子显微镜检测方法,比较了两种修饰方法制备的不同功能化硅壳纳米颗粒在水中的分散及稳定性。研究结果表明:采用同一修饰方法制备的SiNP、NSiNP、CSiNP和PSiNP在水中的分散及稳定性顺序是CSiNP≥PSiNP>SiNP>NSiNP;同时,对于CSiNP和PSiNP而言,油相修饰制备的纳米颗粒的分散性要优于水相修饰制备的纳米颗粒。在此基础上,考察了油相修饰制备的不同功能化硅壳纳米颗粒与Hela细胞的非特异性吸附。结果表明:PSiNP和CSiNP在Hela细胞表面的非特异性吸附非常小,而NSiNP却显示了强烈的细胞非特异性吸附。2、基于活体荧光成像方法的不同功能化基团修饰的硅纳米颗粒体内分布研究采用活体荧光成像方法,实时、原位地考察了通过油相修饰方法制备的大小均在45 nm左右的纯硅壳纳米颗粒(SiNP)、羧基化硅壳纳米颗粒(CSiNP)和聚乙二醇硅壳纳米颗粒(PSiNP)的体内分布情况。研究结果表明:这三种不同功能化基团修饰的硅荧光纳米颗粒经裸鼠尾静脉注射后,经血液循环分布全身,随着注射后时间的延长,纳米颗粒逐渐从外周血中清除并分布于肝脏、泌尿系统相关器官如膀胱、肾脏等器官。但是清除时间以及各器官分布的量与颗粒表面的功能化基团修饰有着密切的关系,与SiNP以及CSiNP相比,PSiNP可以显著延长体内循环时间并且降低在肝脏器官的分布;通过活体成像数据分析得出SiNP、CSiNP、PSiNP的半衰期分别为80±30min、35±10min以及180±40min。此外,在此基础上,我们采用离体研究方法即注射纳米颗粒后的裸鼠解剖及分离器官成像对活体实验结果进行了进一步证实。3、硅纳米颗粒的肾脏排泄以及排泄机理的初步探讨基于第三章中发现经尾静脉注射的大小在45 nm左右的纯硅壳纳米颗粒(SiNP)、羧基化硅壳纳米颗粒(CSiNP)和聚乙二醇硅壳纳米颗粒(PSiNP)在泌尿系统相关器官如膀胱、肾脏等均有明显纳米颗粒荧光信号的现象,推测这三种注射的硅纳米颗粒均有部分可能通过肾脏排出体外。为了证实这种推测,采用活体荧光成像方法通过对分别注射了SiNP、CSiNP以及PSiNP的裸鼠的膀胱部位进行实时荧光成像和从注射了SiNP、CSiNP以及PSiNP的裸鼠收集尿液样品的荧光成像、高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)与X射线能谱(EDS)分析以及肾脏组织切片和TEM成像。结果表明了经裸鼠尾静脉注射的大小约45 nm左右的SiNP、CSiNP以及PSiNP均有部分纳米颗粒能通过泌尿系统排出。在此基础上通过大白鼠动脉弓直接注射法,比较了单独的联吡啶钌络合物染料分子以及包埋了联吡啶钌络合物染料分子的PSiNP肾脏排出行为,从而对硅纳米颗粒的排泄机理进行了一些初步探讨。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 第2章 不同功能化基团修饰的硅纳米颗粒制备及分散性研究
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 不同功能化基团修饰的硅纳米颗粒ξ电位变化分析
• 2.3.2 不同功能化基团修饰的硅纳米颗粒离心结果分析
• 2.3.3 不同功能化基团修饰的硅纳米颗粒沉降速率分析
• 2.3.4 不同功能化基团修饰的硅纳米颗粒水力半径（Size）变化分析
• 2.3.5 不同功能化基团修饰的硅纳米颗粒TEM 分析
• 2.3.6 不同功能化修饰的硅纳米颗粒与细胞非特异性吸附分析
• 2.4 小结
• 第3章 基于活体荧光成像方法的不同功能化基团修饰的硅纳米颗粒体内分布研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂和仪器
• 3.2.2 实验方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 不同功能化基团修饰的硅纳米颗粒表征
• 3.3.2 基于活体荧光成像方法的不同功能化基团修饰的硅纳米颗粒体内分布情况
• 3.3.3 基于离体研究方法的不同功能化基团修饰的硅纳米颗粒的体内分布
• 3.4 小结
• 第4章 硅纳米颗粒的肾脏排泄以及排泄机理的初步探讨
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试剂和仪器
• 4.2.2 实验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文