纳米碳管、纳米金光致效应及其用于癌症靶向治疗基础的研究

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1、中图分类号：059，Q68学科分类号：080503论文编号：102870610—0023博士学位论文纳米碳管、纳米金的光致效应及其用于癌症靶向治疗的基础研究研究生姓名学科、专业研究方向指导教师联合导师康斌材料加工工程纳米生物材料陈达院士MAE1一Sayed院士(美)南京航空航天大学研究生院材料科学与技术学院二O—O年九月厂71●NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSch001CollegeofMaterialScienceandTechnologyPhoto．．inducedEffectsofCarbonN

2、anotubesandGoldNanoparticles，andtheFundamentalResearchoftheirApplicationsinCancerTargetedTherapyAThesisinMaterialProcessingEngineeringbyBinKangAdvisedbyProf．DaChenCo—advisedbyPro￡MAE1-Sayed(US)SubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophySeptember,2010●承诺书本人声明所

3、呈交的博士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：．芝垫丛日期：互丛阻Ck一支、LⅣ，y屯N如陆≯●南京航空航天大学博士学位论文摘要纳米碳管与纳米金是当前广泛研究且可能大规模应用的典型一维与零维纳米材料，在生物医学领域具有广阔的应用前景

4、。利用其新颖的光学、电学以及其他物理化学特性，可以设计新的癌症诊断和治疗机制、开发新的药物输送系统、研发新的医学成像手段。本文围绕纳米碳管与纳米金在癌症治疗应用中的基础问题，主要开展了两方面的研究：重点研究了纳米碳管和纳米金的光致效应以及在癌症靶向治疗中的可能应用；同时研究了纳米碳管和纳米金与活细胞的相互作用以及对细胞功能的影响。主要研究内容与成果总结如下：(1)研究了水溶液体系中纳米碳管的光声效应，以及由巨光声效应导致的微爆炸现象。分析了脉冲激光作用下光声冲击波的产生过程，以及激光作用前后纳米碳管的结构改变。结合理论模型对光声冲击波的产生机理与波压强度进行了分析，并对纳米碳管光声

5、效应在癌症诊断与治疗中的潜在应用做出预测。(2)基于纳米碳管的光声效应，发展了癌症光声治疗方法，并完成了纳米碳管光声效应物理方法治疗癌症的细胞验证。制备了对癌细胞具有选择性靶向的生物功能化纳米碳管，分析了生物功能化纳米碳管对癌细胞的靶向效率。在激光的激发下，成功实现了对癌细胞的靶向损伤，并分析了纳米碳管的最佳工作浓度。与光热治疗机制相比，光声方法降低了激发激光的能量，减小了对正常细胞的损伤。(3)发展了纳米碳管共价．非共价生物功能化方法，制备了具有良好水溶性和生物相容性的纳米碳管，研究了生物功能化碳管的细胞代谢以及细胞毒性。分析了不同浓度条件下纳米碳管导致的细胞死亡以及凋亡，从亚细

6、胞层面解析了纳米碳管的生物毒性规律，提出了纳米碳管毒性的有阈性。(4)研究了不同管径、不同长度的纳米碳管进入细胞的详细途径，以及在细胞内部的分布情况，确立了纳米碳管细胞代谢机制与其物理尺寸的相关性。细胞具有不同的特定代谢途径来摄入不同长度的纳米碳管，纳米碳管在细胞内部的分布与其物理尺寸密切相关。摄入的纳米碳管主要分布在细胞胞浆，在碳管长度小于一定尺寸时，纳米碳管可以进入细胞核。(5)利用纳米碳管的特征拉曼光谱，结合荧光显微分析方法，研究了纳米碳管在小鼠体内的代谢行为。分析了纳米碳管在小鼠体内的循环、沉积和清除的短期规律，讨论了器官中沉积的纳米碳管可能导致的组织损伤。(6)利用纳米金

7、粒子的表面等离子激元效应，搭建了纳米金散射活细胞显微观测系统，实时观测了细胞分裂的不同阶段核内染色质的运动规律。作为一种新的技术手段，纳米金散射显微技术相比荧光染料优势明显，没有光漂白，没有光毒性，适合细胞的长期实时观测。纳米碳管、纳米金的光致效应及其用于癌症靶向治疗的基础研究(7)研究了细胞核靶向的纳米金粒子对癌细胞周期和分裂的干扰和调控，成功实现了细胞核靶向的纳米金诱导的癌细胞胞质分裂阻滞并促使细胞凋亡。理论分析了细胞分裂过程的热动力学以及纳米材料的影响，提出了纳