一维磁性金属纳米线的细胞毒性研究

【摘要】随着纳米技术的快速发展,纳米材料已经开始应用于各个领域。各种新型纳米材料应运而生,被广泛应用于材料、机械、化工、计算机、光学、纺织、医药卫生等领域。人们接触到纳米材料的机会越来越多,而纳米材料作为一种新型材料,其生物效应还不完全被人们所知。其安全性近年来受到人们的关注。纳米材料的毒性需要全面的评估。纳米材料在生物医学领域也展现出良好的应用优势,例如纳米药物载体,纳米标记,纳米治疗等。纳米材料应用于生物医学领域,对于各种纳米材料来说,毒性也是一个评价其应用潜力的关键因素。我们需要了解各种纳米材料的性质和毒性。近年来,一维纳米材料因具有较大的长径比,磁各向异性,巨大的比表面积等特性受到了人们的关注,其应用于电池,储存等领域,与人们接触的机会增多。另一方面,一维纳米材料因在细胞操作,微流体和为微观力学方面表现优异,在生物医学方面也展现出应用优势。然而对于一维纳米材料在生物学效应和安全性评估方面研究相对较少。深入系统的研究一维纳米材料与生物体的相互作用,为其提供毒性评估和相互作用的理论依据,可以大大促进一维纳米材料在生物医学上应用,更好的为人类服务。本论文主要围绕一维磁性纳米材料开展,包括一维金属纳米线的制备和毒性评估。利用氧化铝模板电化学沉积法制备了铁,镍纳米线。采用扫面电镜(SEM),透射电镜(TEM),电子能谱(EDS),X射线衍射(XRD)对其进行了特性表征。选用人宫颈癌细胞(HeLa)为模型,通过观察细胞生长情况,检测线粒体活性,细胞内活性氧水平,检测细胞周期和细胞凋亡等细胞重要的生理过程变化来研究纳米线的细胞毒性,阐明可能的毒性机制。主要研究包括以下两个方面：1.通过一步氧化法制备氧化铝模板,用电化学沉积法在模板中制备出铁,镍两种纳米线,透射电子显微镜和扫描电子显微镜观察显示制备的这两种纳米线结构为线形,表面光滑,直径均一,约为40nm,纳米线长度分布在0.5μm-2μm之间,平均长度约为1μm。电子衍射表明两种纳米线结晶性较好,为多晶结构。选用HeLa细胞初步对两种纳米线的细胞毒性进行比较,通过细胞生长状况观察和四甲基偶氮哇盐(MTT)法检测表明虽然两种纳米线直径长度相当,但细胞毒性却明显不一样,相同浓度和时间下,镍纳米线的细胞毒性比铁纳米线的毒性大。通过检测细胞活性氧水平,发现镍纳米线使细胞产生了过量的活性氧,而铁纳米线则没有使细胞产生明显的活性氧。x射线衍射表明铁纳米线有部分被氧化,而镍纳米线元素分析表明镍纳米线几乎没有被氧化。这表明由于铁纳米线表面被氧化使纳米线表面活性降低,进入细胞后不能引起明显活性氧,从而细胞毒性较小,而镍纳米线则在细胞内由于表面活性高产生氧化还原反应导致细胞内活性氧含量增加产生明显细胞毒性。2.详细研究镍纳米线的细胞毒性。镍纳米线具有明显细胞毒性,我们通过荧光显微镜和AnnexinV/PI双染检测细胞凋亡情况发现凋亡是镍纳米线引起细胞死亡的主要方式。利用流式细胞仪对细胞周期进行分析表明镍纳米线是细胞周期停滞在S期,对细胞线粒体膜电位进行检测发现细胞线粒体膜电位去极化,综合这些结果表明,镍纳米线使细胞产生过量活性氧,活性氧通过损伤线粒体和使细胞周期停滞导致了线粒体膜电位去极化,最终启动了细胞凋亡。
【作者】马昌国；
【导师】张敏；
【作者基本信息】安徽大学，生物化学与分子生物学，2014，硕士
【关键词】镍纳米线；铁纳米线；细胞毒性；细胞凋亡；线粒体膜电位；

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