多壁碳纳米管表面功能化及其在纳米生物学中的应用

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1、第一章上海师范大学硕士学位论文义寡核苷酸(或siRNA)与之特异性互补结合，抑制靶向基因的表达而导致肿瘤细胞凋亡【3。5J。成功的基因治疗主要取决于如何将有特异性治疗效果的治疗基因有效地导入靶细胞。但裸反义寡聚核苷酸等治疗基因存在进入细胞转染效率很低，易被核酸酶降解等问题【6】。因此，发展高效、安全、无毒的基因载体和选择合适的导入细胞方式在基因治疗中具有重要作用。目前常用的基因载体中，病毒载体可以将治疗基因高水平地导入靶细胞，但会发生严重的免疫反应；非病毒载体脂质体和阳离子聚合物，如聚乙烯亚胺(PEI)，壳聚糖(CS)，聚酰胺．胺型树枝状聚合物(

2、PAMAM)等【7’8】，细胞毒性相对较小，但基因转导效率相对较低等。纳米材料具有表面反应活性高、表面活性中心多、吸附能力强等特点，它的出现为基因治疗技术的发展提供了新机遇，纳米材料作为一类新型非病毒型载体，可较好地解决基因治疗的免疫问题，且纳米材料载体输送核苷酸能防止酶降解和易于通过细胞膜，有助于提高核苷酸转染细胞的效率，同时增加了其在细胞内的稳定性等等[9,101。如采用金纳米粒子．寡核苷酸复合体转运体系，可以使DNA转导量得到较大提高【11,12】。1．1．3碳纳米管及其在肿瘤治疗中的应用自从90年代初Iijima[13，14】发现具有纳米

3、尺寸的碳纳米管以来，碳纳米管的合成、纯化和生成机理及其应用等研究受到众多国内外学者的广泛关注，碳纳米管独特的一维管状分子结构开辟了纳米材料的新领域[1引。碳纳米管，又称巴基管，是由碳六元环构成的类石墨平面卷曲而成的无缝中空的纳米级同轴圆柱体，圆柱体两端各有一个由半个富勒烯球体分子形成的“帽子”(图1．1a)。(砌(b)图1．1(a)单壁碳纳米管；(b)多壁碳纳米管。Figure1．1(a)Single-walledcarbonnanotube；(b)Multi—walledcarbonnanotube．根据碳纳米管中碳原子层数的不同，碳纳米管大致

4、可分为两类：单壁碳纳米管(SWNTs)(图1．1a)和多壁碳纳米管(MWNTs)(图1．1b)。SWNTs是由单层碳原子绕合而成的，结构具有较好的对称性与单一性。MWNTs是由许多柱状碳管同轴套构而成，层数在2，．--．50层之间，层与层之间的间距为O．34nm，与石墨中碳原'上海师范大学硕士学位论文第一章子层与层之间的距离为同一数量级。碳纳米管的管壁是一种类似于石墨片的碳六边形网状结构，每个碳原子与周围的3个碳原子相邻，C—C键之间通过sp2杂化键结合。纳米碳管直径一般在1—3011111之间，而长度可达微米级，长径比在100．1000之间，因

5、此可以将它看成一维的量子线。碳纳米管的合成方法主要有电弧法、激光蒸发法和有机物气相催化热解法。碳纳米管由于具有尺寸小，比表面积大，吸附性能强，电导率高，机械强度高等优异的物理化学性能，因此在工程材料、催化、吸附．分离、储能器件、燃料电池等方面已经得到了广泛的应用【15,16]。碳纳米管(carbonnanotube，CNT)作为一种重要而有代表性的纳米材料，在纳米医学领域也有广泛的应用研究。首先，CNT是一种备受关注的药物输送(drugdelivery)纳米载体，由于其表面易于功能化，并且能够顺利穿透细胞膜将负载分子输送至细胞内部，所以一些学者、

6、研究团体对功能化CNT向细胞内输送药物分子及生物分子(蛋白质、核酸)等作了广泛、深入的研究【17乏01。其次，CNT具有独特的物理光学性质，例如吸收红外光而升温，可以用于深组织热疗【171，发射红外光荧光，可以用于体内的成像诊断【211。然而，虽然CNT显示了良好的药物输送性能，具有独特性质在体内诊断、治疗方面都很有应用潜力，但是CNT的潜在毒性也引发了人们对其生产、使用，特别是体内应用的担忧。因为CNT在纳米医学中的重要应用，如作为药物输送载体或诊断试剂，是人为摄入或注射进体内。所以对CNT生物体系内潜在毒性的全面研究是CNT最终得以临床应用的

7、前提。大量关于CNT的细胞水平研究，证实表面功能化水溶性CNT能将药物分子导入目标肿瘤细胞，而对正常细胞的生长没有明显影响[17-201。因此，作为新型荧光标识物、生物分子和药物的载体，功能化碳纳米管比其它纳米材料更显优势，正日益成为当前国际纳米科技与生物医学交叉学科中一个重要的前沿研究领域。碳纳米管的独特性能使其在生物医学领域具有广阔的应用前景。1．1．4具有生物相容性功能化碳纳米管的制备碳纳米管(CNT)通常是一种互相缠绕、找不到终端的线团结构，并且它不溶于水或有机溶剂，这样就很大程度上限制了对其在生物医学领域的研究。因此，如何对其进行剪切和

8、修饰就成为CNT走向实用的一个关键性的问题。CNT的端头处、弯折处、管壁上的缺陷位点易被氧化断裂，并转化为羧基，从而可与其第一章上海师范