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碳纳米管(Carbon nanotubes,CNTs)是一种人造的、具有类似一维管状结构的碳纳米材料。由于具有优良的物理和化学性能,CNTs一经问世就激起了人们极大的兴趣,迅速成为最热门的纳米材料,在生物医学等诸多领域都有巨大的潜在应用前景。一方面,随着人们对CNTs材料的逐步开发和研究,研究者和生产者与CNTs的接触日益增多,关于CNTs使用的安全性问题已经引起各方面的关注和争论;另一方面,人们也在不断的探索如何通过改性来提高CNTs的生物相容性并应用于生产生活中,因此CNTs的研究已成为纳米生物技术的一个前沿领域和研究热点。其中,CNTs基人工生物支架和CNTs基靶向药物载体的研制开发很有可能是未来的重点发展方向。本论文立足于将CNTs作为生物支架和胞内靶向给药载体两大主要应用,对细胞与CNTs之间的相互作用机理给予初步探索,并借用多糖这一自然界广泛存在的天然大分子,对单壁碳纳米管进行非共价修饰以构建生物相容性良好的生物支架材料和胞内靶向纳米载药体系。具体为:1)对商品化的单壁碳纳米管(raw Single-wall carbon nanotubes,raw SWCNTs)和多壁碳纳米管(raw Multi-wall carbon nanotubes,raw MWCNTs)进行了氧化或纯化处理,通过真空抽滤方法制备出多种SWCNTs和MWCNTs支架材料,并系统的研究了这些由CNTs构建的生物支架材料的细胞相容性,利用扫描电镜(SEM)和免疫荧光化学等手段探讨了CNTs的直径、亲疏水性、表面电性和金属催化剂等因素对细胞在CNTs支架表面的粘附状态、细胞的粘附斑(激酶)分布和细胞存活率的影响规律。2)利用自然界广泛存在的直链淀粉(Amylose,AMY)、海藻酸钠(Alginate sodium,ALG)和壳聚糖(Chitosan,CHI)等天然多糖对经过纯化处理后的SWCNT(spurified SWCNTs)进行非共价包覆修饰,制备了多种细胞相容性的多糖-SWCNTs纳米纤维结构生物支架,这些支架的细胞相容性好坏顺序依次为:AMY-SWCNTs > CHI-SWCNTs > CHI/ALG- SWCNTs > ALG-SWCNTs > purified SWCNTs。与未经多糖修饰的SWCNTs支架相比,多糖修饰后的SWCNTs支架的细胞相容性明显提高,并进一步探讨了支架表面的官能团种类、表面电性、亲疏水性等因素对细胞的粘附状态、细胞的粘附斑(激酶)分布和细胞存活率的影响规律。3)研究了SWCNTs的长度、浓度、与细胞作用时间以及残留的金属催化剂等因素对SWCNTs和细胞相互作用的规律。发现在悬浮状态下,SWCNTs中的金属催化剂也具有明显的细胞毒性;长度较长的raw SWCNTs和purified SWCNTs进入细胞能力较弱,而长度较短(length < 500 nm)的经过氧化截短和纯化处理的cut SWCNTs很容易进入细胞内部,细胞毒性的大小依次为cut SWCNTs > raw SWCNTs > purified SWCNTs。cut SWCNTs毒性具有一定的浓度和时间依赖性,在浓度较大和作用细胞时间较长的情况下,会造成胞内活性氧水平升高,生成内部空泡,导致细胞凋亡/坏死。但在缩短cut SWCNTs作用细胞的时间后,cut SWCNTs仍然可以进入细胞内部,毒性效果却不明显,并不影响细胞的增殖分裂。由此确定SWCNTs基送药体系的优化实验条件是:SWCNTs需要截短、纯化,浓度选择(0~100μg/mL),与细胞的作用时间选择为1 h左右。4)创新性的利用一种低毒性荧光染料吖啶橙(Acridine orange,AO)对cut SWCNTs进行非共价修饰,制备出具有pH-荧光响应特性的SWCNTs。用AO-SWCNTs研究了SWCNTs进入细胞的机理以及在细胞中的分布和代谢情况,发现AO-SWCNTs可以通过网格蛋白介导的内吞方式进入具有酸性环境的细胞器溶酶体内,并在其中长期存在(>7d),但几乎不影响细胞的生长和增殖,随着细胞数目增多,单个细胞内部的碳管数量会逐渐减少。5)利用壳聚糖(CHI)和海藻酸钠(ALG)对cut SWCNTs共同进行非共价修饰,并引入靶向分子叶酸(Folic acid,FA)和蒽环类抗癌药物阿霉素(Doxorubicin,DOX),制备出一种兼具靶向和缓释效果的胞内给药载体体系(DOX-FA-CHI/ALG-SWCNTs)。通过调节SWCNTs表面修饰的多糖,可以实现对载体载药率和缓释速度的调控。FA-CHI/ALG- SWCNTs可以通过叶酸介导的内吞方式高效的将DOX送入到HeLa细胞的溶酶体内,在酸性pH的环境下,DOX逐渐释放并与细胞核内DNA结合从而抑制细胞增殖。因此,DOX-FA-CHI/ALG-SWCNTs具有载药率高、靶向性好、并具有pH响应的缓释性能等优点,有望用作新型的抗肿瘤给药体系。