富勒烯独特的分子结构,使其具有许多优异的物理性质,在光、电、磁、药物化学等方面有着广阔的应用前景。富勒烯研究几乎涉及物理学、化学以及材料科学的各个领域,同时对生物学、医学等也产生了巨大冲击,这使富勒烯家族成为当前科学界研究的热点。本文采用分子设计原理,利用亲核加成或氮卡宾等方法,合成了八种生物相容性的C60衍生物,除C60-β-丙氨酸衍生物外,其余C60衍生物均为首次合成,未见文献报道。首次将以上合成的多种C60衍生物对神经细胞进行离体细胞实验,用MTT、流式细胞术、荧光探针、荧光显微镜等方法测定及观察神经细胞的形态结构变化,较深入地研究C60衍生物的微观结构、几何尺寸、功能基团的种类与神经细胞老化凋亡之间的关系及规律,初步探索其抑制神经细胞凋亡的机理,为全新高效抑制神经细胞凋亡的药物的设计提供新的思路与方法,该研究在化学及生命、材料科学的交叉领域中有重大的理论意义及明确的应用前景。其主要内容包括:　　1. C60与氨基酸类物质在甲苯/乙醇混和溶剂中的亲核加成反应得到水溶性C60氨基酸衍生物(1a,1b,1c,1d,1e),元素分析及LC-MS确定它们的加成度分别为:n=5(1a),7(1b),2(1c),6(1d)和8(1e)。在此反应中,相转移催化剂四丁基氢氧化胺TBAH能显著提高反应的速率及产率。以 C60胱氨酸衍生物的合成为例,通过加入 TBAH,C60的转化率由14.64％提升至50.31%;反应的速率也提高了近3倍。由于亲水疏水相互作用及氢键力,C60氨基酸衍生物在水中自组装形成了10-800nm的球状聚集体。　　2.利用氮卡宾与C60的加成反应制备了溶解于DMSO的C60氧化型谷胱甘肽衍生物(2a);利用N-羟甲基乙酰胺为巯基保护基团,利用亲核加成反应制备了水溶性的C60还原型谷胱甘肽衍生物(2b);利用C60与叶酸在甲苯/乙醇/水混和溶剂中的亲核加成反应制备了水溶性的C60叶酸衍生物(2c)。元素分析及LC-MS确定它们的加成度分别为:n=1-2(2a),2(2b),1(2c)。由于亲水疏水相互作用,C60基神经细胞保护剂在其溶液中形成了100-500nm的球状聚集体。　　3.采用邻苯三酚自氧化化学发光体系产生了O2,并检测了生物相容性C60衍生物清除O2的活性。生物相容性C60衍生物能明显清除化学发光体系中产生的O2活性氧自由基。清除活性2a>2b>1a>1d>1b>2c>1c>1e。采用邻菲罗啉化学发光体系产生了OH,并检测了生物相容性C60衍生物清除-OH的活性。清除活性2a>2b>1a>1d>1b>1c>1e>2c。研究显示:C60衍生物清除自由基的活性与母体C60上剩余π键数目、加成基团位阻效应、加成基团电子效应、加成基团与ROS反应活性及生物相容性C60衍生物溶液中的聚集状态息息相关。　　4.利用RF光谱检测了1a,1b,1e三种C60氨基酸衍生物在细胞内外含量;利用DCF-DA为荧光探针,流式细胞计为测试手段检测了1a,1b,1e对于细胞内活性氧自由基的清除效率;利用MTT、PI染色流式细胞技术、Hoechst33342/PI染色荧光照相等方法,检测了1a,1b,1e对于H2O2诱导的PC12细胞凋亡的抑制作用。结果显示,1a,1b,1e生物相容性良好,且能有效的保护由活性氧聚集引起的PC12细胞的损伤,保护活性1b>1a>1e。在本研究中,较深入的研究了C60衍生物的聚集状态对其抑制神经细胞凋亡活性的影响。C60氨基酸衍生物的神经细胞保护活性与其清除活性氧自由基效率及聚集状态息息相关。　　利用Tietze还原酶法检测了C60氧化型谷胱甘肽衍生物2a对细胞GSH水平的影响;检测2a对神经细胞凋亡抑制作用实验类同于C60氨基酸衍生物的检测方法。结果显示,2a在抗氧化及神经保护活性方面高于相应的母体GSSG,其提高的幅度较为明显,约为30%。　　利用细胞计数、细胞形态学观察、MTT法等检测 C60还原型谷胱甘肽衍生物2b对于N2a细胞增殖与活力的影响;利用分光光度法检测2b对于N2a细胞中Caspase3酶活性的影响;利用Annexin V-FITC/PI染色流式细胞技术,检测了2b对于H2O2诱导的N2a细胞凋亡的抑制作用。结果显示,2b有利于N2a的增殖与活力,能显著降低H2O2引起的Caspase3酶活性增高,并且能抑制由H2O2引起的细胞凋亡。2b具有抑制细胞凋亡作用,且强于谷胱甘肽及C60氨基酸水溶性衍生物。　　检测C60叶酸衍生物2c对神经细胞凋亡抑制作用实验类同于C60氨基酸衍生物的检测方法。结果显示,2c清除ROS的性能并不十分出色,但其对H2O2诱导PC12细胞凋亡的抑制作用依然出色,这可能是由于叶酸对神经细胞凋亡中某些基因、蛋白表达有一定影响。