多壁碳納米管與牛血清白蛋白和α糜蛋白酶的作用研究.pdf

1、隨著碳納米管的廣泛使用，各種形式、尺寸的碳納米管已經開始以不同途徑應用于生產和生活。與此同時，碳納米管的安全性問題也引起了各國政府、研究機構和公眾的廣泛關注。由于小尺寸效應、量子效應和巨大比表面積等，碳納米管具有特殊的理化性質。進入人體后，它們與人體之間的相互作用與化學成分相同的常規(guī)物質有很大不同，甚至可能包含人類尚未充分了解的全新生物效應作用機制。
　　 碳納米管可以通過呼吸道吸入、食物鏈經消化道攝入和皮膚接觸等渠道進入生命體

2、內，造成生命體組織器官的損傷。在進入生命體，通過組織液、血液到達組織器官之前，碳納米管首先會與組織液、血液中的蛋白接觸并發(fā)生作用，到靶器官后又與靶器官中的蛋白質發(fā)生作用，并呈現出一定的生物學效應。因此研究碳納米管與功能性生物大分子的作用機理是非常必要的。關于碳納米管毒性研究，目前的研究方法多以生物毒性實驗為主，但該方法很難從分子水平上解釋碳納米管生物體的毒性作用機理。
　　 蛋白質是生命體的物質基礎，是生命體各種功能的直接執(zhí)行者

3、，其結構變化將導致生命體功能的紊亂，導致很多疾病的產生。環(huán)境中的很多的小分子污染物進入機體后都能夠對機體內的蛋白質產生毒性作用從而使其變性和功能的喪失。因此，研究環(huán)境污染物對蛋白質的毒性作用一直是環(huán)境污染與健康領域的熱門課題。
　　 本論文選擇牛血清白蛋白(BSA)和α-糜蛋白酶(α-CT)為靶分子在功能蛋白質分子水平上利用熒光光譜、紫外-可見吸收光譜、圓二色性光譜、透射電鏡等技術或手段從不同角度研究了碳納米管與蛋白質的作用機理

4、，建立了一種全面評價納米材料與生物大分子作用的新方法。
　　 本論文共分五章內容，具體如下：
　　 介紹了主要的污染物毒性的評價方法、蛋白質分子的概況；分哺乳動物體內試驗、體外實驗，生物大分子實驗，植物實驗，水生生物實驗、微生物實驗幾個方面對最近幾年碳納米管毒理研究的進展做了綜述并對今后的研究方向做了前瞻性討論。
　　 通過熱重分析、紅外光譜、熒光光譜、紫外可見光譜、時間-分辨熒光光譜、圓二色譜、透射電鏡等技術研

5、究了羧基化碳納米管對BSA結構的劑量-效應關系；發(fā)現BSA分子可以非特異性地通過靜電力與羧基化碳納米管結合，使BSA分子結構變得疏松，通過去除熒光內濾效應發(fā)現，蛋白質原本處于一個相對疏水的環(huán)境中的三個發(fā)光基團也因此處于一個相對親水的環(huán)境；通過分析紫外可見光譜，我們發(fā)現并解釋了BSA骨架結構由不同量的碳納米管而引起的微環(huán)境的改變。碳納米管與BSA結合也會因兩者比率不同而不同。通過分析熒光壽命可知兩者結合屬于靜態(tài)猝滅過程。此外，蛋白質的二級

6、結構也發(fā)生變化，α螺旋含量降低，β折疊含量上升。
　　 通過紅外光譜、熒光光譜、紫外可見光譜、圓二色譜、透射電鏡等技術在分子水平上研究了不同直徑的碳納米管對BSA結構變化的影響，并做了機理上的解釋。實驗發(fā)現碳納米管可以使BSA熒光強度降低，且同等量的小直徑碳納米管比大直徑碳納米管對BSA的熒光猝滅更加明顯。隨后通過吸收光譜、透射電鏡等方法表明碳納米管在小直徑碳納米管上結合更緊密；圓二色譜研究對碳納米管直徑對BSA二級結構的影響做

7、出了直觀的反映。
　　 運用紅外光譜、ζ電位測量、熒光光譜、紫外可見光譜、圓二色譜、透射電鏡等方法研究了碳納米管表面羧基密度對α-CT結構的影響：碳納米管使α-CT分子二級結構中α-螺旋比例下降，骨架結構變得松散，同時使得α-CT內部疏水區(qū)的Trp等芳香環(huán)氨基酸的暴露增強，α-CT自身的特征熒光明顯猝滅，且羧基密度越大，上述影響越明顯。
　　 最后對本論文的研究部分進行了總結，并對這種新的評價方法今后的發(fā)展方向做了展望。