碳納米管基化學(xué)生物傳感研究及細胞傳感界面的構(gòu)建.pdf

1、碳納米管自1991年被發(fā)現(xiàn)以來，由于其獨特的納米一維管狀結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的力學(xué)、電學(xué)及電化學(xué)等性質(zhì)，在物理、化學(xué)和材料科學(xué)等許多領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景。另外，細胞體外分析對細胞生理行為的研究及藥物的體外篩選都具有重要意義，細胞相容性界面的構(gòu)建對促進細胞傳感器的研制、組織工程的發(fā)展和組織工程材料的臨床應(yīng)用都起著十分關(guān)鍵的作用。本論文在碳納米管基化學(xué)生物傳感和細胞傳感界面構(gòu)建兩個方面開展了一系列研究，取得了一些很有價值的成果。本論文的主要研究

2、工作如下： 1．基于DNA堿基上的氨基和羧基化碳納米管表面的羧基之間的共價結(jié)合作用，將小牛胸腺DNA固定在多壁碳納米管表面。用循環(huán)伏安和電化學(xué)阻抗技術(shù)表征了DNA的固定過程。固定化雙鏈DNA能夠與小分子溴化乙錠發(fā)生相互作用，表明在碳納米管表面固定化的DNA仍保留其生物活性。 2．基于靜電相互作用，以陽離子聚電解質(zhì)為中介，將小牛胸腺DNA靜電組裝在羧基化多壁碳納米管表面。用壓電石英晶體阻抗技術(shù)實時監(jiān)測了DNA在碳納米管表面

3、的靜電組裝過程，并用電化學(xué)阻抗技術(shù)對DNA分子的層層組裝進行了研究。探討了固定化DNA與藥物小分子鹽酸氯丙嗪之間的相互作用，計算了結(jié)合常數(shù)和結(jié)合位點數(shù)。 3．基于層層組裝技術(shù)，將膽固醇氧化酶組裝在羧基化多壁碳納米管修飾金電極表面，制備了膽固醇安培型生物傳感器。結(jié)果表明，用碳納米管對電極表面進行修飾顯著地增大了過氧化氫在電極上的安培響應(yīng)；在酶電極外層電聚合聚鄰苯二胺不導(dǎo)電膜有利于提高酶電極的抗干擾能力。此外，研究了被測溶液pH值對

4、膽固醇安培響應(yīng)的影響，在最優(yōu)條件下得到了測定膽固醇的校正曲線，并計算了表觀米氏常數(shù)。 4．基于恒電流電聚合技術(shù)，制備了聚苯胺/碳納米管復(fù)合物修飾電極，并首次對該復(fù)合物的電催化性能進行了研究。用掃描電子顯微鏡對復(fù)合膜的表面形貌進行了表征。電化學(xué)研究結(jié)果表明該復(fù)合膜對亞硝酸鹽的還原具有優(yōu)良的電催化性能。此外，考察了影響修飾電極對亞硝酸鹽安培響應(yīng)的因素，優(yōu)化了測試條件，在最優(yōu)條件下得到了測定亞硝酸鹽的校正曲線，并提出了可能的電催化機理

5、。與聚苯胺修飾電極相比，該復(fù)合膜修飾電極對亞硝酸鹽的測定具有較高的靈敏度、較低的檢測限和較寬的線性范圍。且具有令人滿意的存儲穩(wěn)定性。 5．采用電化學(xué)阻抗技術(shù)，以Fe(CN)<,6><'3-/4->為氧化還原探針，監(jiān)測了人肝癌細胞BEL7404的生長過程，評價了抗癌藥物吉西他賓和環(huán)境污染物Hg<'2+>的細胞毒性作用。本文選用氧化銦錫導(dǎo)電玻璃為工作電極及細胞培養(yǎng)基底，其透明性便于細胞生長過程中的形態(tài)觀察；采用自制檢測池進行電化學(xué)阻

6、抗測試，簡化了電極處理步驟。電化學(xué)阻抗實驗結(jié)果與顯微鏡觀察結(jié)果之間具有較好的一致性。該技術(shù)為體外研究細胞的生長過程及藥物篩選提供了一種簡便、廉價、有效的方法。 6．首次將電聚合卟啉膜用于哺乳動物細胞體外培養(yǎng)的基底，研究了人乳腺癌細胞MCF-7在電聚合卟啉膜上的粘附、鋪展和增殖。本文以氧化銦錫導(dǎo)電玻璃為電聚合成膜的基底，用掃描電子顯微鏡技術(shù)和接觸角測試法對電聚合膜進行了表征。細胞形態(tài)觀察、細胞計數(shù)和MTT比色法研究結(jié)果表明，電聚合

7、卟啉膜可顯著地促進MCF-7細胞的粘附、鋪展和增殖。熒光染色觀察法證實，細胞在電聚合膜上的健康情況較好，未發(fā)生凋亡。因此，該聚合物膜可用作細胞體外培養(yǎng)的基底，且可作細胞傳感器中細胞的固定基底。 7．基于電聚合卟啉膜優(yōu)良的細胞相容性，將其應(yīng)用于細胞壓電傳感研究。通過電聚合方法在壓電石英晶體金電極表面制備電聚合卟啉膜，用壓電石英晶體諧振技術(shù)實時監(jiān)測了MCF-7細胞的生長過程，研究了化學(xué)藥品的細胞毒性。通過熒光染色法觀察了石英晶體金電

8、極表面電聚合膜上細胞的增殖和健康情況，發(fā)現(xiàn)顯微鏡觀察結(jié)果與壓電石英晶體諧振實驗結(jié)果之間具有較好的一致性。此外，壓電石英晶體金電極表面的電聚合卟啉膜易于去除，極大地提高了石英晶體金電極的重復(fù)使用性。 8．本文提出了一種簡便、快速、廉價但有效的方法，對殼聚糖膜進行改性以促進其細胞相容性。將金屬納米粒子(鉑和金)自組裝在殼聚糖膜上，研究了幾種類型哺乳動物細胞在復(fù)合膜上的培養(yǎng)。結(jié)果表明，將鉑和金納米粒子自組裝在殼聚糖膜上顯著地促進了人臍