基于氨基化SiO2纳米颗粒的新型基因载体

采用正硅酸乙酯与N-（β-氨乙基）-γ-氨丙基三乙氧基硅烷在油包水形成的微胶囊中同步水解的方法，制备了大小均匀的氨基化二氧化硅纳米颗粒，由于表面氨基化使纳米颗粒在一定的pH环境下的ζ(zeta)电位为正值，与带负电荷的质粒DNA通过静电结合能快速形成纳米颗粒-质粒DNA复合物，并对结合的DNA有明显的保护作用，结合纳米技术，生物技术与基因工程技术，构建了基于氨基化SiO2纳米颗粒的新型非病毒型基因载体，应用这一新型基因载体成功地将绿色荧光蛋白（green fluorescence protein,GFP)表达载体pIRGFP导入COS-7细胞，并在细胞内产生高水平的绿色荧光蛋白表达。     

基于氨基化SiO2纳米颗粒的新型基因载体

采用正硅酸乙酯与N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷在油包水形成的微胶囊中同步水解的方法, 制备了大小均匀的氨基化二氧化硅纳米颗粒. 由于表面氨基化使纳米颗粒在一定的pH环境下的x (zeta)电位为正值, 与带负电荷的质粒DNA通过静电结合能快速形成纳米颗粒-质粒DNA复合物, 并对结合的DNA有明显的保护作用. 结合纳米技术、生物技术与基因工程技术, 构建了基于氨基化SiO₂纳米颗粒的新型非病毒型基因载体, 应用这一新型基因载体成功地将绿色荧光蛋白(green fluorescence protein, GFP)表达载体pIRGFP导入COS-7细胞, 并在细胞内产生高水平的绿色荧光蛋白表达.     

利用纳米金颗粒增强DNA探针在传感器上的固定程度和识别能力

近年来，纳米颗粒已广泛应用于生物体系的研究，利用双硫醇分子作为连接剂，将纳米金颗粒固定于金片上，利用石英晶体微天平（QCM）技术研究了DNA探针在金片上的固定，并对DNA的识别能力进行了初步的探讨。在实验条件下，经过纳米颗粒修饰的金片对HS－DNA探针的吸附量比未经修饰的金片可提高3－5倍，并将传感器的灵敏度提高约3倍至0．35μg/mL。     

纳米金颗粒在石英晶体微天平检测DNA中的表面修饰作用

采用石英晶体微天平(QCM)技术, 用不同粒径的纳米金颗粒来进行QCM的表面修饰, 提高对单链靶标DNA的检测灵敏度. 在相同的实验条件下, 通过研究5~60 nm范围内不同粒径纳米金颗粒对QCM表面的修饰作用发现: 金颗粒粒径的大小对DNA探针在石英晶体微天平表面的固定量和DNA的杂交率均有影响. 20 nm粒径的金颗粒对QCM表面修饰作用为最佳, 能最好地提高DNA检测灵敏度.     

纳米技术在癌症诊疗一体化中的应用

癌症的早期诊断与高效无毒的药物治疗是目前癌症诊疗的最大挑战,纳米技术的快速发展为癌症诊疗带来了新的希望.通过优化材料构建稳定、高效和安全的纳米载体,利用纳米载体结合抗癌药物和高准确度的癌症诊断探针,整合药物靶向运输、活体示踪、药物治疗和预后监测等功能于一体的多功能纳米体系将是未来的研究趋势,这将为有效地提高药物呈递效率和减轻药物毒副作用提供强有力的支持.本文总结了人类癌症治疗所面临的巨大挑战,综述了量子点、纳米金/银、碳纳米管/石墨烯、磁性纳米颗粒、脂类/聚合物类纳米颗粒以及介孔纳米材料等纳米颗粒的最新研究进展及其在癌症诊疗一体化领域的研究成果,并对纳米技术在癌症诊疗一体化的发展趋势进行了展望.纳米诊疗体系正在不断走向完善,而且未来会有更多的纳米体系用于癌症的诊断与治疗,但将安全可靠和高效低毒纳米体系应用于临床诊断和治疗,还应对纳米体系对人体细胞、组织、脏器的影响,量化和标准化生产等基础问题进行深入探究.     

一个新的元件(NIRS)参与白介素2受体α 基因的调控

为研究白细胞介素2受体α亚基（IL－2Rα）基因中与负调控元件NRE（－391／－381bp）呈反向重复的序列NIRS（－153／－143bp）在该基因表达中的作用，通过检测Jurkat细胞及HeLa细胞中荧光素酶报告基因活性，发现NIRS与NRE不仅共同阻遏IL－2Rα基因的组成性表达，还共同参与介导RHA对该基因启动子的诱导活性。EMSA检测显示，激活前后的Jurkat细胞及HeLa细胞中均含有双链NIRS和双链NRE的结合蛋白；HeLa细胞中还含有与这两个序列结合的单链结合蛋白；但是，激活前后的Jurkat细胞抽提物分别加入HeLa细胞抽提物与单链DNA的结合体系中均能产生超迁移现象，其中活化细胞抽提物呈现较强的迁移结合带，紫外交联实验检测发现，在激活前后的Jurkat细胞和HeLa细胞中均存在双链DNA结合蛋白p83。结果显示，不同细胞中，反式作用因子能通过NRE和／或NIRS元件以及单、双链DNA的选择性对IL－2Rα基因启动子活性起关键调控作用。     

硅纳米孔柱阵列及其表面铜沉积

采用水热腐蚀技术制备了硅纳米孔柱阵列(silicon nanoporous pillar array, Si-NPA), 并以此为衬底通过浸渍沉积制备出一种具有规则表面结构的铜/Si-NPA纳米复合薄膜(Cu/Si-NPA). 形貌和结构分析表明, Si-NPA是一个典型的硅微米/纳米结构复合体系, 它具有三个分明的结构层次, 即微米尺度的硅柱所组成的规则阵列、硅柱表面密集分布的纳米孔洞以及组成孔壁的硅纳米单晶颗粒. 研究发现, Cu/Si-NPA在形貌上保持了Si-NPA的柱状阵列特征, 薄膜中铜纳米颗粒的致密度随样品表面微区几何特征在柱顶区域和柱间低谷区域的不同而交替变化, 并形成一种准周期性结构. 上述实验现象被认为来源于铜原子的沉积速度对Si-NPA表面微区几何特征的选择性. Si-NPA可以成为合成具有某些特殊图案、结构和功能的金属/硅纳米复合体系的理想模板.     

不同功能化基团修饰的硅纳米颗粒与人皮肤角质形成细胞系(HaCaT)的生物效应

系统地研究了纯硅纳米颗粒(SiNP)、磷酸化硅纳米颗粒(PO4NP)和氨基化硅纳米颗粒(NH2NP)与人皮肤角质形成细胞系(HaCaT)的生物效应. 考查了3种不同功能化基团修饰的硅纳米颗粒对HaCaT细胞的细胞黏附效率、细胞增殖及细胞周期的影响, 以及HaCaT细胞对SiNP, PO₄NP和NH₂NP的吞噬情况. 结果表明: SiNP, PO₄NP以及NH₂NP 3种颗粒对HaCaT细胞的影响均存在浓度依赖关系, 当3种不同功能化基团修饰的硅纳米颗粒在细胞培养液中的终浓度低于0.2 μg/μL时, 与HaCaT细胞具有良好的生物相容性, 但是随着纳米颗粒在细胞培养液中终浓度的增大, PO₄NP, SiNP和NH₂NP对HaCaT细胞的影响也逐渐增大, 其中PO₄NP所产生的影响随浓度增大的趋势最慢, SiNP次之, NH₂NP最快; 同时, HaCaT细胞对纳米颗粒的吞噬量和吞噬速度也因其表面修饰的不同而存在差异, 在同样的作用浓度和作用时间下, NH₂NP进入到细胞的量最多、速度最快, SiNP次之, PO₄NP则最少、最慢. 这些研究结果的获得为指导硅纳米颗粒在生物医学研究中的安全应用以及硅纳米颗粒的后续修饰提供了理论依据, 有利于进一步拓展硅纳米颗粒在生物医学领域中的应用.     

双醛淀粉纳米颗粒制备及作为药物载体的应用

利用反相微乳液法和交联法, 用高碘酸钠(NaIO4)氧化可溶性淀粉(St)成功制备了双醛淀粉纳米颗粒(DASNP). 红外光谱仪检测显示所得颗粒含有醛基, 并用“碱消耗法”测定醛基的含量为(50±5)%. 扫描电子显微镜(SEM)检测结果显示该颗粒的平均粒径约为100 nm. 热分析(TGA-DTA)表明DASNP的热稳定性比淀粉纳米颗粒(StNP)、双醛淀粉(DAS)有明显提高. 紫外分光光度法检测纳米颗粒结合多柔比星(DOX)的最适宜质量比为15:1, 并对药物有明显的缓释效果, 细胞实验证明该颗粒的低毒性. 载药颗粒(DOX-DASNP)与人乳腺癌MCF-7细胞共培养, 发现DOX-DASNP能长时间释放药物作用肿瘤细胞, 增强了药效. 结果显示, 所制备的DASNP热稳定性好, 颗粒小, 生物毒性低, 对药物具有缓释作用并提高药效, 是一种很有潜力的抗肿瘤药物载体.     

新型C60-Ag纳米体系及其光限幅性质

合成了一种新型的Th－对称的富勒烯六加成衍生物HDTC60。该化合物具有12条长链，内部是亲水的三甘醇基团，外部是正癸基链，是一种反相类胶束分子。利用该种六加成衍生物为模板以及微反应器制备了HDTC60－Ag复合纳米体系，并用紫外－可见吸收光谱、透射电子显微镜等手段进行了表征。结果表明，HDTC60－Ag复合纳米体系具有典型的银纳米粒子的表面等离子体共振吸收峰，此纳米体系中的银纳米颗粒粒度均匀，大小约为4.7nm，光限幅实验研究表明，HDTC60－Ag复合纳米体系的形成可极大改善富勒烯衍生物本身的光限幅性质。     

肿瘤靶向性药物载体叶酸-淀粉纳米颗粒的研制与应用

用反相微乳液法和交联法制备了带负电的交联淀粉纳米颗粒(StNP), 经过叶酸活性物质(FA-PEG-NH₂)修饰, 成功制备了叶酸-淀粉纳米颗粒(FA-PEG/StNP). 原子力显微镜和Zeta-Sizer粒度仪检测表明所得颗粒的平均直径约为130 nm. FA-PEG/StNP与抗癌药物多柔比星(DOX)经渗透结合, 获得了载药叶酸-淀粉纳米颗粒, 用紫外分光光度法检测发现纳米颗粒结合DOX的饱和量为28 μg/mg, 并对药物DOX具有明显的缓释效果. 经过与肝癌细胞BEL7404共培养实验发现: 载药FA-PEG/StNP和载药StNP的半致死浓度LC₅₀比DOX的半致死浓度明显提高, 表明FA-PEG/StNP和StNP都能显著降低DOX的细胞毒性. 而含相同量药物DOX的载药FA-PEG/StNP和载药StNP与肝癌细胞BEL7404共培养发现: 前者的细胞致死率是后者的3倍, 结果证实了修饰在颗粒上的FA能显著提高颗粒对肝癌细胞的靶向作用, 使更多药物作用于肿瘤细胞, 提高了作用效果. 所制备的叶酸-淀粉纳米颗粒具有药物缓释、靶向识别、降低毒副作用的特点, 可以作为肿瘤靶向性药物载体.     

静电相互作用对微乳液法制备核壳纳米颗粒的影响

在油包水(W/O)形成的反相微乳液中加入水溶性或亲水性材料形成内核, 并通过硅烷化试剂在微乳液中水解后形成三维网状结构的硅壳包被内核材料, 是制备核壳纳米颗粒的常规方法. 我们发现核壳二者的静电相互作用对制备具有稳定核壳结构的纳米颗粒有重要影响, 而内核材料的分子量大小以及包壳壳层厚度等传统意义上的重要因素与此并没有明显的关系. 当用传统方法难于形成稳定核壳结构纳米颗粒时, 可以通过改变实验条件, 调节相关材料的电荷极性来改善其稳定性, 从而为拓展核壳纳米颗粒的制备提供了实验与理论依据.     

基于Poly(A)/二氧化硅纳米颗粒的pH可控释放抗肿瘤药物载体

利用异喹啉类生物碱小分子化合物与腺嘌呤(A碱基)在酸性条件结合力下降的特点,以具有良好生物相容性、DNA酶切保护性以及易于生物修饰的二氧化硅纳米颗粒为载体,发展了一种基于聚A链(Poly(A))/二氧化硅纳米颗粒(Poly(A)/SiNPs)的pH可控释放抗肿瘤药物体系.在该体系中,选择了甲氧檗因(coralyne)作为药物模式分子,通过共价修饰方法在二氧化硅纳米颗粒表面修饰Poly(A),获得Poly(A)/SiNPs颗粒,通过A碱基-甲氧檗因-A碱基结合方式构建了甲氧檗因载药体系.采用琼脂糖凝胶电泳、透射电子显微镜以及荧光光谱等方法对载药体系进行了表征,考察了载药体系的稳定性和在不同pH缓冲液中的释放情况,并采用激光共聚焦成像技术和MTT方法分别考察了该体系在Hela细胞内的定位以及杀伤效果.结果表明:Poly(A)被成功修饰在二氧化硅纳米颗粒上后能很好地与甲氧檗因结合,构建甲氧檗因载药体系,该体系在中性条件具有较好的稳定性,而在酸性条件下(pH6),由于甲氧檗因与A碱基的结合力减弱而被释放出来,实现pH的控制释放.细胞成像结果显示,该载药体系能被细胞内吞并聚集于溶酶体内,通过利用溶酶体的酸性环境释放药物,实现了对肿瘤细胞的杀伤.该体系较好地实现了甲氧檗因抗肿瘤药物的装载和释放,为发展这一类抗肿瘤药物的载体提供了新方法.     

柴油机排气稀释过程中挥发性纳米颗粒形成和变化特性

建立了描述柴油机排气稀释过程中挥发性纳米颗粒形成和变化的H2SO4-H2O二元均相成核和气溶胶动力学耦合模型.利用该模型模拟计算H2SO4-H2O二元均相成核作用下分子团簇的生成率和团簇粒径等参数,以及分子团簇向挥发性纳米颗粒转化过程的气溶胶动力学作用;并考察了燃料硫含量和实验室内稀释采样条件变化对柴油机排气中挥发性纳米颗粒数浓度粒径分布的影响.研究表明:H2SO4-H2O二元均相成核作用产生大量分子团簇,燃料硫、温度、湿度对分子团簇的生成率和团簇粒径产生显著影响.凝并作用使成核作用产生的分子团簇由单分散系向多分散系转化,形成挥发性纳米颗粒;凝结作用进一步促进颗粒向大粒子方向迁移,排气中碳烟粒子会抑制挥发性纳米颗粒的形成;燃料硫含量和稀释参数(初级通道内混合气稀释比、温/湿度和停留时间)等均显著影响挥发性纳米颗粒的数浓度粒径分布.     

光化学原位制备PDEA-磁性纳米凝胶用于DNA 固定及缓释研究

应用光化学原位聚合法合成了聚(甲基丙烯酸二乙氨基乙酯)包覆的磁性纳米凝胶 (PDEA-磁性纳米凝胶). 应用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、热重分析仪(TGA)、振动样品磁强计 (VSM)、光子相关光谱(PCS)等对PDEA-磁性纳米凝胶的结构、形貌、磁学性质、粒径及表面 ζ-电位等进行了表征. 结果表明, PDEA-磁性纳米凝胶形状较规则, 为“核-壳”结构, 表面PDEA高分子层约为26%, 平均水合粒径为43 nm, 具有超顺磁性. 该磁性纳米凝胶具有明显的pH敏感性, 在室温、 pH 5.0时可结合DNA分子, 最大结合量为51 μg/mg, 在pH 7.4条件下能够将DNA高效释放出来, 且呈现出明显的缓释效应, 加之良好的磁响应性能, 使其可作为一种新型磁靶向转基因载体应用于生物医学研究.     

基于DNA纳米结构的siRNA输送体系的研究进展

随着多个功能性核酸药物获得FDA的批准,基因治疗近年来取得了长足的进步,迸发了新的青春.小干扰核糖核酸(siRNA)是基因治疗的核心成员,siRNA的高效递送则是其临床转化的关键.不同于传统阳离子脂质体、聚合物等通过静电相互作用实现siRNA的负载压缩形成纳米递送体系,DNA纳米结构通过核酸亲和杂化作用负载功能性核酸,实现siRNA的递送和相应的基因治疗.本文简要回顾了siRNA在基因沉默过程中的功能和机制,介绍了DNA纳米结构作为载体用于功能性核酸递送的基本原理和优缺点,进而详述了几类具有特色的DNA纳米结构用于siRNA递送系统,最后探讨了现有技术存在的挑战,并对本领域的发展做了进一步展望.     

纳米InP镶嵌复合薄膜的制备和光学性质

用射频磁控共溅方法制备了ＩｎＰ－ＳｉＯ２纳米颗粒镶嵌复合薄膜，分析了它的结构和形成规律Ｘ射线衍射和Ｒａｍａｎ谱结果表明，ＩｎＰ纳米颗粒呈多晶结构，颗粒平均尺寸为３－１０ｎｍ，观察到了ＩｎＰ纳米颗粒Ｒａｍａｎ峰的红移和宽化现象，可用声子限域模型给予解释，光学透射谱表明，该复合膜的光学吸收边在整个可见光范围可调制，用量子限域效应解释了光学吸收带边的显著蓝移现象对于该体系，由有效质量近似模型得到的理论值     

生物结构自组装

生物大分子、复合物分子机器、细胞器、完整细胞乃至生命个体的形成, 自组装贯穿其中, 并有极其复杂的调控机制. 本文归纳分析了生物结构自组装的特点及其物理、化学和几何学原理, 并以新生肽链折叠和染色体折叠浓缩为例描述自组装的生物调控原理. 采用自组装策略, 已经开发了许多生物纳米功能结构, 如DNA平面和立体结构、DNA马达、蛋白纳米线、荧光双分子互补系统等. 研究复杂生物体系的自组装极具挑战, 可使我们更接近生命的本质, 还将为纳米科学技术和仿生学提供许多启示.     

硅壳包被的核壳型量子点荧光纳米颗粒的制备及其在细胞识别中的应用

利用反向微乳液技术, 以CdTe量子点为核, SiO₂为壳, 一步制备了表面带有氨基和磷酸基团的核壳型量子点荧光纳米颗粒. 该颗粒水溶性好, 大小均匀, 有效改善了CdTe量子点的不稳定性, 抗光漂白性能大大增强. 结合纳米技术、生物技术与荧光标记技术, 基于硅壳包被的核壳型量子点荧光纳米颗粒, 成功实现了对肝实质细胞的识别.     

纳米硅粉末的制备及红外吸收光谱研究

纳米硅和多孔硅发光的发现,引起了人们对纳米级半导体材料研究的重视.对这种现象的解释主要归结为以下两点:一是因颗粒尺寸小而引起能带结构的变化,导致跃迁选择定则改变引起发光,即所谓量子尺寸效应;二是在硅小颗粒表面的氢、氧等杂质与硅化合形成缺陷,悬键所引起发光。目前对这两种解释尚无定论。对于后者,弄清楚纳米硅中氢、氧的存在方式与结构的关系对研究纳米硅的发光机理有很重要的意义。红外吸收光谱作为探测硅中的氢、氧等的手段已进行了很多的研究。本文利用激光诱导化学气相沉积法(LICVD)用SiH_4为原料制备了平均粒度为10～12nm的晶态纳米硅粉。并通过红外吸收光谱对纳米硅粉末中的氢和表面氧化所引起的氧的存在情况进行了分析。发现纳米硅粉末由于表面原子活性大,有氧化现象,在其中存在(H_2-Si)。原于团和HSiO两种类型的硅氢结构。前者是一种不稳定结构,退火温度达到600℃时分解,在红外谱上的吸收峰消失;后者是一种稳定结构,随退火温度的升高,氧含量的增多,向高波数方向移动。这主要是由于氧的电负性对H-Si的影响形成的。