二氧化硅纳米粒子的合成及其在生物分析中的应用

论文摘要

本论文共分为四章,包括绪论、四氨基酞菁锌负载二氧化硅纳米粒子的合成及其对细胞毒性和癌症的光动力治疗研究、纯羧基二氧化硅纳米粒子的合成及其对DNA的检测。第一章为绪论,介绍了不断发展的纳米科技和纳米材料,着重阐述了二氧化硅纳米粒子的性质、合成与应用。在此基础上提出了本论文的立题依据。第二章,四氨基酞菁锌负载的二氧化硅纳米粒子的合成及其对细胞毒性的研究。通过在无极核微乳液中水解乙烯基三乙氧基硅烷（TEVS）和3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）,制备了疏水性光敏剂-2,9,16,23-四氨基酞菁锌负载的表面带有正电荷的二氧化硅纳米粒子（SiO2 @ZnPc（NH2 ）4）。通过透射电镜（TEM）、Zetasizer Nano-ZS粒度仪（DLS）、紫外-可见分光光度计（UV/Vis）研究和表征了该纳米粒子的表面形貌、表面电荷、水溶性和稳定性。所合成的纳米粒子粒径约20 nm,颗粒为规则的球形,粒径较均一、具有很好的分散性,平均ζ电位值为28.8±2.79 mV,在714 nm处有强吸收峰。此外,负载在纳米粒子中的ZnPc（NH 2 ）4不易泄漏,增强了ZnPc（NH2 ）4的抗光漂白能力。通过测量纳米粒子与活细胞（HeLa、U251、PC-12）孵育后的细胞活度来检测对细胞的毒性,结果显示,纳米粒子浓度≤300 mg/L时,未掺杂ZnPc（NH 2 ）4的二氧化硅纳米粒子（SiO2 -NH2）对细胞没有毒性,当其负载ZnPc（NH2 ）4后,对细胞没有显著毒性。这一方法为合成光动力治疗（PDT）药物提供了一个新途径。第三章,利用合成的四氨基酞菁锌（ZnPc（NH2 ）4）负载的二氧化硅纳米粒子（SiO2 @ZnPc（NH2 ）4）作为光动力治疗（PDT）药物,并且对癌症进行PDT治疗。将ZnPc（NH 2 ）4负载到二氧化硅纳米粒子中后水溶性显著提高。以1,3-二苯基异苯并呋喃（DPBF）为探针分子,检测出SiO2 @ZnPc（NH2 ）4可以有效产生单线态氧。利用SiO2 @ZnPc（NH2 ） 4纳米粒子和ZnPc（NH2 ）4对HeLa细胞进行PDT治疗,结果显示当浓度为2μM时,ZnPc（NH2 ）4负载到二氧化硅纳米粒子中,使细胞死亡率提高了26%。说明SiO2 @ZnPc（NH2 ）4纳米粒子在癌症的PDT治疗领域有潜在应用价值。第四章,在上述工作的基础上,我们制备了羧基修饰的纯二氧化硅纳米粒子,并且通过动态光散射（DLS）技术检测DNA。通过在可逆微乳液体系（W/O）中水解正硅酸乙酯（TEOS）和3-三羟基硅基丙酸钠（CTES）,制备了羧基修饰的纯二氧化硅纳米粒子。所合成的纳米粒子粒径约45 nm,粒子呈现为规则的球形、粒径较均一、单一分散、具有良好的水溶性和生物相容性。通过共价键和法,将氨基DNA修饰到二氧化硅纳米粒子上。以纯羧基二氧化硅纳米粒子修饰的DNA分子为探针分子,利用DLS技术通过夹心“三明治”反应机制对目标DNA进行检测。检测线性范围为1 pM 10 nM,检测限为1 pM。这为DNA的检测提供了一个新的策略。这种方法能在没有任何信号放大的情况下实现,与光谱法和芯片法相比,该法更加简单、快捷、灵敏且成本低。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 纳米技术简介
• 1.1.1 纳米技术、纳米材料的基本概念
• 1.2 纳米材料的性质
• 1.2.1 表面效应
• 1.2.2 量子尺寸效应
• 1.2.3 小尺寸效应
• 1.2.4 宏观量子隧道效应
• 1.3 二氧化硅纳米粒子
• 1.3.1 二氧化硅纳米粒子的性质
• 1.3.2 二氧化硅荧光纳米粒子的性质
• 1.3.3 纳米粒子包裹荧光染料的方式
• 1.4 二氧化硅纳米粒子的制备
• 1.4.1 stober方法
• 1.4.2 微乳液反应法
• 1.5 二氧化硅纳米粒子的应用
• 1.5.1 在细胞标记和生物成像中的应用
• 1.5.2 在药物和基因载体中的应用
• 1.5.3 在DNA的超灵敏检测中的应用
• 1.5.4 其他方面的应用
• 1.6 立题依据
• 参考文献
• 第二章 四氨基酞菁锌负载二氧化硅纳米粒子的合成及其对细胞毒性的研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂
• 2.2.2 仪器与设备
• 2 @ ZnPc（NH₂）₄ 纳米粒子的制备'>2.2.3 SiO₂ @ ZnPc（NH₂）₄纳米粒子的制备
• 2.2.4 纳米粒子染料泄露实验
• 2.2.5 纳米粒子的光稳定性实验
• 2.2.6 细胞培养与毒性检测
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 纳米粒子的表征
• 2.3.1.1 纳米粒子的尺寸和形状表征
• 2.3.1.2 纳米粒子表面电荷测量
• 2.3.1.3 纳米粒子的光谱表征
• 2.3.2 纳米粒子的稳定性表征
• 2.3.2.1 纳米粒子染料泄露实验
• 2.3.2.2 纳米粒子的光稳定性实验
• 2.3.3 细胞培养与毒性检测
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 四氨基酞菁锌负载的二氧化硅纳米粒子对癌症的光动力治疗
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂
• 3.2.2 仪器与设备
• 2@ Zn（NH₂）₄ 纳米粒子的制备和表征'>3.2.3 SiO₂@ Zn（NH₂）₄纳米粒子的制备和表征
• 3.2.4 通过化学方法检测单线态氧的产生
• 3.2.5 细胞培养与光毒性检测
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 纳米粒子的表征
• 3.3.1.1 纳米粒子的尺寸、形状和表面电荷的表征
• 3.3.1.2 纳米粒子的光谱表征
• 2@ ZnPc（NH₂）₄ 纳米粒子产生单线态氧能力表征'>3.3.2 SiO₂@ ZnPc（NH₂）₄纳米粒子产生单线态氧能力表征
• 3.3.3 细胞培养与光毒性检测
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 基于二氧化硅纳米粒子标记的动态光散射 DNA 传感器
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试剂
• 4.2.2 仪器与设备
• 2纳米粒子的制备'>4.2.3 COOH-SiO₂纳米粒子的制备
• 4.2.4 合成DNA修饰的COOH-SiO 2纳米粒子
• 4.2.5 DNA-SiO 2与目标DNA杂交
• 4.3 结果与讨论
• 2纳米粒子功能化和DLS表征'>4.3.1 COOH-SiO₂纳米粒子功能化和DLS表征
• 4.3.2 TEM表征DNA-SiO 2与目标DNA杂交过程
• 2与目标DNA杂交'>4.3.3 DNA-SiO₂与目标DNA杂交
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 结论
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的学术论文