面包酵母是一种直径在2~5微米的球形或椭球形真菌,它们的细胞被膜可以被视为一种微米尺度的"包装袋",这种袋型保护结构在食品工业生产中曾经用于包载易挥发的香料等。最近发现它们细胞壁中含有1,3-β-葡聚糖,是免疫细胞受体,因此酵母细胞可用于巨噬细胞受体介导的免疫系统靶向输运。在本文中,我们主要研究在酵母细胞中包载聚合物的或金属的纳米粒子,形成酵母细胞被膜包裹的多层次微纳米复合结构,希望能够通过酵母细胞被膜实现免疫细胞介导的体内输运过程,在活体内发挥纳米粒子各种功能。主要包含了以下三个方面的工作:(1)我们在酵母细胞中包载了聚苯乙烯纳米粒子并实现了巨噬细胞的靶向运输。苯乙烯单体进入细胞后可以通过原位自由基聚合形成包有聚合物粒子的多层结构。我们通过控制自溶的程度得到了较高的包载率。当我们把苯乙烯作为模型单体进行聚合时,引发聚合的方式会对粒子形态有很大的影响。最有趣的是在苯乙烯中加入AIBN进行自由基聚合,可以得到类似石榴结构的酵母-聚合物复合粒子。体外的细胞实验表明巨噬细胞会选择性的吞噬包有聚合物的酵母细胞。这种酵母微粒子可以作为木马粒子来装载并且在一定条件下释放聚合物粒子。通过对细胞膜渗透性的控制,本方法还可以扩展到用细胞包载水溶性的大分子量聚合物。酵母木马粒子不仅可以用于药物输送,它还将在肿瘤的动脉栓塞以及生物吸附和分离等诸多领域发挥重要的作用。(2)我们在酵母细胞和巨大芽孢杆菌中包载了钯和银的纳米粒子。金属离子先通过水或者甲苯溶液的形式进入细胞,然后它们被多种方法还原为单质并且被束缚在细胞内。我们可以通过控制溶剂的类型和还原的方法使纳米粒子分布于酵母的不同位置。当我们使用杆菌细胞来代替酵母时同样可以成功进行包载,并且这个方法可以被推广到许多其他的金属。酵母的包载使得金属纳米粒子可以被选择性输送到巨噬细胞。很多重要的细胞生化反应都由过渡金属以金属蛋白的形式所调节。实现将金属纳米粒子导入细胞可以帮助研究人员控制数不清的生物化学过程。(3)我们在酵母细胞中包载了碳酸锰并且实现了这一粒子的自推进。通过同时加热高锰酸钾和酵母细胞,我们在酵母中成功的包载了锰的化合物并且通过实验证明了这种化合物是碳酸锰。当我们把这种粒子放入双氧水中时可以观察到类似火箭的自推进现象,并且粒子的平均速度可以达到约0.3 mm/s。由于细胞表面的一些褶皱以及其他形状上的不对称性,导致细胞不同方向生成的气体量不同,从而引起了细胞的运动。在未来实验中,我们将通过在这种粒子中负载磁性粒子以实现对粒子方向的控制。我们在细胞中包载了各种各样有趣的结构并且实现了很多不同的功能。所有这些功能都可以集中到一个粒子系统中以实现粒子的多功能性。这使得我们的酵母包载系统在未来将拥有无限可能性。