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随着纳米技术的高速发展,纳米材料在生物医学领域获得了广泛的应用。由于纳米材料的尺寸与DNA、蛋白质等其它生物大分子以及病毒的尺寸相当,纳米材料的生物效应可能涉及到当前尚未完全认知的生物与环境相互作用的机制。深入系统地研究纳米材料与生物体系的相互作用,一方面不仅可以大大促进纳米技术在生物医学领域的发展,同时也可以为全面了解纳米材料对人类生存环境和健康的影响提供理论基础,以便其更好地为人类服务。纳米材料的生物效应受粒径、形貌、表面电荷、组成成分以及所选细胞和动物模型种类影响。本论文主要围绕具有较大长径比的一维磁性纳米材料开展,包括一维磁性纳米材料的制备及其细胞毒性,并探讨了其作为药物载体的可行性。采用模板电化学沉积法制备了铁(Fe)、钴(Co)和镍(Ni)纳米线,并以Fe纳米线为模板进一步通过溶胶-凝胶法和原位聚合法分别制备出了以介孔二氧化硅和导电高分子聚苯胺(PANI)为壳层的纳米线(缩写为Fe@mSiO2纳米线和Fe@PANI纳米线)；采用扫描电镜(SEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)和振动样品磁强计(VSM)等手段对其进行了表征；细胞实验先后选取了人肝癌细胞(BEL-7402细胞)、人宫颈癌细胞(HeLa细胞)、人乳腺癌细胞(MDA-MB-231细胞)和人肺癌细胞(A549细胞)等为对象,通过检查线粒体代谢活性、细胞膜完整性、细胞内活性氧含量和细胞凋亡等研究了几种纳米材料的细胞毒性,并初步将其应用于生物载药方面。主要研究内容包括以下几个方面：1.在自制的阳极氧化铝(AAO)模板中采用交流电化学沉积的方法制备出了Fe、Co和Ni三种磁性金属纳米线。SEM、HRTEM观察结果显示了纳米线具有良好的线型结构,表面光滑,直径均匀(-40nm),具有非常大的长径比(10～100),结晶性较好；VSM表征结果显示三种纳米线均具有明显的铁磁性。同时选取人肝癌细胞(BEL-7402)通过四甲基偶氮唑盐(MTT)法和乳酸脱氢酶(LDH)法比较了三种组成成分的磁性金属纳米线的细胞毒性,结果显示三种纳米线的细胞毒性均呈浓度依赖性,且在相同质量浓度和相同作用时间下,细胞毒性强弱顺序为：Co纳米线>Ni纳米线>Fe纳米线。相比之下,Fe纳米线具有较好的生物相容性,当浓度高达200μg/mL时细胞存活率仍在90%以上,是一类非常有应用前景的纳米生物材料。2.选取人宫颈癌细胞(HeLa)详细研究了Fe纳米线的细胞毒性和细胞摄取。MTT实验结果表明,Fe纳米线和HeLa细胞共培养72h后对细胞活力等无显著影响,具有良好的生物相容性。通过光学显微镜、激光共聚焦显微镜、活细胞工作站和透射电镜等观察了Fe纳米线的细胞摄取,结果显示细胞摄取的Fe纳米线主要出现在细胞浆内,而内质网、线粒体及细胞核等细胞器内未发现Fe纳米线。基于实验结果,我们推测纳米线进入细胞的途径可能与其长度有关,并提出了一个模型：对于较大尺寸的Fe纳米线可能直接穿过细胞膜进入细胞,而尺寸较小的纳米线则可能以受体介导的内吞方式进入细胞。3.在电沉积Fe纳米线的表面通过溶胶-凝胶法沉积介孔二氧化硅成功制备了以Fe纳米线为核、介孔二氧化硅为壳层的磁性介孔材料(Fe@mSiO2纳米线)。SEM、TEM、小角/广角XRD等表征结果显示Fe@mSiO2纳米线具有非常规整的核/壳结构,其长度在1-2μm,直径约120nm,其中介孔二氧化硅层厚度约40nm。氮气吸/脱附分析显示Fe@mSiO2纳米线的比表面积为329.41m2/g,这表明介孔二氧化硅层在Fe纳米线表面的成功包覆极大地提高了其比表面积,从而为药物的负载提供了很好的场所。对抗肿瘤药物阿霉素(DOX)的体外负载和释放实验研究发现Fe@mSiO2纳米线具有较高的载药量,载药量接近4%,载药率达72%。此外,我们还选取MDA-MB-231细胞通过MTT法和LDH法初步评价了Fe@mSiO2纳米线的细胞毒性,MTT法结果显示该纳米线的毒性具有浓度依赖性,MDA-MB-231细胞在同Fe@mSiO2纳米线作用48h后,其存活率随纳米线浓度的增加略呈降低趋势,当纳米线浓度高达250μg/mL时,细胞存活率仍在70%左右；LDH法显示Fe@mSiO2纳米线的加入对细胞膜基本无破坏作用。4.采用原位聚合的方法在电沉积制备的Fe纳米线表面进行苯胺单体的原位聚合成功制备了以Fe纳米线为核,聚苯胺为壳层的纳米线(Fe@PANI纳米线)。样品经SEM、HRTEM、XRD、红外光谱(IR)、热重分析(TG)表征,结果证实了PANI在Fe纳米线表面的成功包覆,且PANI在其中的含量约为10%。实验发现PANI的原位包覆提高了Fe纳米线在水溶液中的分散性,使其利于在生物医学中的应用。我们选取A549细胞对这种磁性金属Fe和导电高分子PANI复合的纳米线进行了细胞毒性研究,结果表明Fe@PANI纳米线的细胞毒性呈现出浓度依赖性,在浓度高达200μg/mL时,A549细胞的存活率在80%左右。