細胞表面納米生物雜化界面的構(gòu)建及功能化研究.pdf

1、細胞表面非基因功能化(本論文中簡稱細胞表面功能化)，既能避免基因修飾所需要的復雜過程，也能增強細胞的穩(wěn)定性，賦予細胞本身不具備的新功能。因此，這項技術(shù)已經(jīng)在納米生物、材料、能源、環(huán)境、化學和醫(yī)療領(lǐng)域受到廣泛的關(guān)注。近年來，大量的納米功能材料已經(jīng)被用于細胞表面功能化，不僅能夠提高細胞的穩(wěn)定性，增強細胞的可操縱性，同時還能賦予細胞新的納米功能。然而，在非生命材料和生命細胞復合中，如何在兩者之間構(gòu)筑生物適應(yīng)性界面就成為了最大的挑戰(zhàn)。
　

2、　天然生物小分子和納米金粒子都具有良好的生物適應(yīng)性，并且能夠相互作用，形成具有精細結(jié)構(gòu)的納米生物雜化材料。這類生物適應(yīng)性很好的材料可以自組裝到活細胞表面形成我們希望得到的生物適應(yīng)性界面。我們利用了這種自組裝材料實現(xiàn)了在細胞表面構(gòu)建生物適應(yīng)的生物活性界面。這種界面不僅具有納米孔結(jié)構(gòu)，而且還能進一步誘導其它納米無機殼層的形成，實現(xiàn)細胞表面雙層納米殼的構(gòu)建。該雙層納米殼可以賦予細胞的新功能，如防強光輻射、抗酸堿變化、防生物侵害、抗紫外輻射和磁

3、性等。進一步地我們還詳細研究了納米殼化細胞的穩(wěn)定性和多功能，以及界面的形成和納米誘導機制。最后，我們還發(fā)現(xiàn)該界面一個新穎的自修復性能。具體的內(nèi)容如下：
　　首先，我們選擇具有光合作用的藍藻細胞，制備單細胞光合作用反應(yīng)器。我們將納米金@L-半胱氨酸納米生物雜化前驅(qū)體自組裝到藍藻細胞表面形成生物雜化界面；接著在該界面基礎(chǔ)上誘導二氧化硅層的形成，實現(xiàn)了藍藻細胞表面構(gòu)建生物雜化層@二氧化硅層雙層納米殼。雙層納米殼包覆的單細胞光合作用反應(yīng)器

4、展示了很好活性、高穩(wěn)定性和可循環(huán)性。
　　然后，我們選擇脫硫細胞，制備了多功能的單細胞脫硫反應(yīng)器。我們將納米金@L-賴氨酸納米雜化物自組裝在脫硫細胞表面形成納米雜化層。該生物雜化層保持了脫硫細胞的脫硫活性。并且，我們通過在生物雜化層表面引入無機功能殼層，賦予了脫硫細胞更多的新功能。例如，我們在脫硫細胞表面引入二氧化鈦層，能夠使脫硫細胞的脫硫效率提高24％，引入 Fe3O4/SiO2層能夠在5秒內(nèi)實現(xiàn)脫硫細胞的快速磁性分離。

5、　　接著，我們以酵母細胞為例，仔細研究了生物雜化界面和雙層納米殼的形成機理及保護機制。并且我們深入地探討了雙層納米殼在復雜環(huán)境中對細胞的保護機制。研究結(jié)果證實了這種雙層納米殼構(gòu)建的細胞展示了很高的穩(wěn)定性，如10次循環(huán)后仍然能夠保持初始活性的79%(±2%)。
　　最后，我們分別以酵母細胞和藍藻細胞為真核細胞和原核細胞模型，深入研究了生物雜化界面的自修復功能。通過研究我們發(fā)現(xiàn)納米金@L-半胱氨酸生物雜化粒子能夠隨著細胞的分裂，不斷自

6、組裝到裸露的細胞表面，實現(xiàn)破裂殼層的自修復。不僅如此，該自修復殼層還能夠提高細胞在分裂過程中的的活性和穩(wěn)定性。例如，在酵母細胞分裂過程中，生物雜化殼構(gòu)建的細胞在紫外輻射5小時后仍然能夠保持初始活性的98%(±6%)。
　　通過我們的研究證明，在細胞表面引入的生物雜化界面具有生物適應(yīng)性，其納米孔結(jié)構(gòu)有利于物質(zhì)交換，同時還能誘導無機功能殼層的形成，賦予細胞更多新功能，在細胞應(yīng)用領(lǐng)域具有很好的潛能和研究價值。
　　本論文分為六章。