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纳米技术的发展,实现了抗癌药物更加有效的靶向输送,使药物定向富集于病变组织、器官、细胞,从而更有效地杀伤肿瘤,并将对正常组织的毒性降到最小。功能化碳纳米管(Functionalized Carbon Nanotubes, f-CNTs)由于其独特的功能和特性,在生物医学领域具有很好的应用前景,特别是功能化碳纳米管可作为基因或药物递送的有效载体。但是,作为基因或药物载体应用,碳纳米管在水溶液中分散性较差,并且容易发生聚集,在一定程度上限制了碳纳米管在生物医学领域的应用,因此其分散性及聚集现象的改善具有重要的研究意义。同时,在碳纳米管递送的过程中,高的细胞摄入率和良好的生物安全性至关重要。本论文通过壳聚糖和TAT多肽对多壁碳纳米管进行修饰,研究新型功能化碳纳米管载体。壳聚糖较好的水溶性、生物相容性及可降解性,可以通过表面吸附作用修饰于碳纳米管,在大大提高碳纳米管分散性的同时,既不会损伤碳纳米管独特的物理特性如光热性能,又可以进一步交联特异性靶向分子,如单克隆抗体、多肽及糖类等。本研究通过共价修饰的方法将TAT多肽交联于低分子量壳聚糖上(TAT-CS,TC),并以其做为多壁碳纳米管的分散剂,利用TAT多肽的强穿膜效应来进一步提高碳纳米管的的分散性、生物相容性及细胞摄入,降低碳纳米管的细胞毒性。同时,研究还将通过体内外实验探讨该功能化的多壁碳纳米管作为siRNA递送载体的可行性,以进一步拓展碳纳米管在生物领域的应用。具体研究分为以下三部分内容：1、TAT-CS (TC)修饰MWCNTs的制备及表征通过双官能偶联剂SPDP将TAT多肽交联到低分子量壳聚糖分子上,通过核磁共振氢谱分析TAT-CS共聚物,结果显示TAT在壳聚糖分子上的取代度约为4.1%。通过物理吸附作用实现TAT-CS (TC)对多壁碳纳米管的分散,显示当碳纳米管与TC或者CS的质量比≥10：1时,碳纳米管可以充分的均匀分散于TC溶液或是CS溶液中。透射电镜观察修饰后的MWCNTs分散性更好,而形貌上无显著性改变。通过红外光谱及拉曼光谱检测确认TC对MWCNTs的修饰,TGA分析CS和TC在MWCNTs-CS和MWCNTs-TC产物质量中分别占有58.54 wt.% and 59.79 wt.%。 Zeta电位分析MWCNTs-TC和MWCNTs-CS的平均zeta电位为47.7±1.96和46.1±1.83,远远高于未修饰MWCNTs (13±1.32),说明壳聚糖所带的正电荷大大提高了碳纳米管的zeta电位值,这不仅使得碳纳米管溶液可以更加稳定,而且增强的正电荷也更利于细胞对碳纳米管的摄入。2、MWCNTs-TC作为siRNA递送载体的体外细胞学研究MWCNTs-TC和MWCNTs-CS与不同的细胞相互作用后,通过激光共聚焦显微镜观察到两者都能够进入细胞,且主要分布于胞浆内。进一步通过流式细胞仪分析,细胞对MWCNTs-TC的摄入要远远高于MWCNTs-CS,平均荧光强度约为MWCNTs-CS的25倍,说明TAT的修饰使细胞对碳纳米管的摄入大大提高。同时,我们的研究证实MWCNTs-TC可以更加有效的的携带siRNA进入细胞内部。细胞毒性实验证实,MWCNTs-TC细胞毒性要小于MWCNTs-CS和MWCNTs.另外,我们还就MWCNTs的免疫毒性进行了初步探讨,通过MWCNTs与巨噬细胞的相互作用发现,碳纳米管本身对巨噬细胞的毒性呈剂量依赖性,但并没有引起其分泌IL-1β, IL-10, IL-12和TNF-a四种细胞因子量的改变。通过巨噬细胞吞噬率及吞噬指数的分析,发现多壁碳纳米管引起巨噬细胞吞噬活性的增强。而细胞内活性氧检测显示,碳纳米管浓度较大时,细胞内ROS水平显著增加,说明多壁碳纳米管可诱导巨噬细胞发生氧化应激反应。3、MWCNTs-TC的体内分布将荧光标记的MWCNTs-TC通过尾静脉给药注入小鼠体内,观察在注射后24、48及72h其在各组织器官及肿瘤的聚集情况。活体成像结果显示,尾静脉注射后24h, MWCNTs-TC组裸鼠在肾脏和肿瘤组织中观察到强烈的荧光信号,虽然随着时间的延长,组织内荧光强度在不断减弱,但在注射后48和72h,仍能在肾脏和肿瘤组织内看见荧光。MWCNTs-CS组,只有24和48h后,在肾组织内观察到荧光。器官及肿瘤成像结果显示,注射24和48h,MWCNTs-TC组的肝、肺及肿瘤组织中荧光强度较MWCNTs-CS组要强,而在心脏和脾脏中并没有观察到荧光。两组中肾脏内荧光强度都很强,提示碳纳米管也是主要通过泌尿系统排出体外。72h,MWCNTs-TC和MWCNTs-TC组中都是只有肾脏有较强的荧光信号,两组肝脏和肿瘤组织内荧光强度没有显著差别。研究分析,通过TAT的穿膜作用,使碳纳米管通过被动靶向效应大量聚集于肿瘤组织。但以MWCNTs-TC负载siRNA进行体内实验,观察到碳纳米管对荧光标记的siRNA荧光淬灭作用很强,所以并没有在体内看到任何荧光信号。综上所述,利用具有强穿膜效应的TAT多肽对低分子量壳聚糖进行修饰后,将其作为多壁碳纳米管的分散剂,可以显著提高碳纳米管的分散性及细胞摄入率,降低碳纳米管的细胞毒性。体内实验证实该功能化的碳纳米管主要聚集于肿瘤部位及肝脏,并最终通过泌尿系统排出体外,这些发现对于将碳纳米管作为基因载体的研究具有重要意义。