猫爪草生物合成金纳米颗粒的稳定性及其细胞毒性研究

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金纳米颗粒由于具有大的比表面积、小尺寸效应和量子隧道效应等独特的性质,在光学、电学、光电子学、药物传递、疾病与基因治疗、催化、医学成像等领域有着广泛的应用前景。目前普遍采用的合成金纳米颗粒的方法主要是化学还原法,由此获得的裸金颗粒易发生团聚,往往需要在其表面修饰有机分子如PEG等物质以增加稳定性才能发挥功效。然而,当其与人体细胞作用时,有机分子能破坏细胞膜和细胞周期进而导致细胞死亡,从而使金纳米颗粒在生物医学领域的深入应用受到了限制。近年来,具有无毒、安全、环保、经济等优点的生物合成金纳米颗粒方法的出现为解决这一难题提供了新的思路。生物合成金纳米颗粒所固有的生物物质不仅具有良好的生物活性和还原性,同时其含有的羧基、羟基等活性基团对金纳米颗粒具有很好的保护作用从而赋予其优良的胶体稳定性。本论文正是瞄准生物合成金纳米颗粒的稳定性及其生物医学应用这一前沿研究方向,选择了中草药猫爪草作为反应原料,考察了其合成金纳米颗粒的可行性及条件优化,并在此基础上进一步开展了猫爪草合成金纳米颗粒的胶体稳定性和细胞毒性研究,主要包括以下三个方面:一.猫爪草生物合成金纳米颗粒的条件优化与表征选择自然界丰富存在的植物资源中草药猫爪草为原材料,通过粉碎后与氯金酸反应直接制备了生物合成的金纳米颗粒。在考察了反应时间、反应温度、反应原料猫爪草与氯金酸的质量比等对金纳米颗粒合成产率影响的基础上,采用一系列表征手段包括紫外-可见分光光谱仪(UV-Vis),X射线衍射仪(XRD),高倍透射电子显微镜(HRTEM),能量色散X射线光谱仪(EDX)、电感耦合等离子体质谱(ICP)和傅立叶红外光谱仪(FTIR)对产物的形貌和结构进行了表征。结果表明,在反应体系为25mL、猫爪草与氯金酸的质量比为50/1、反应温度37℃以及反应时间为4h的最优条件下制备的金纳米颗粒为分散均匀的球形晶体,尺寸约为17nm,具有高达89.6%的产率。二.猫爪草生物合成金纳米颗粒的胶体稳定性研究利用紫外-可见吸收光谱分析方法考察了猫爪草合成金纳米颗粒在一系列浓度的NaCl、LiCl和酸性条件下的胶体稳定性,采用SDS-PAGE、Improved-LowryProtein Assay和硫酸-蒽酮方法进一步分析了猫爪草合成金纳米颗粒中的生物组份。结果表明,相对于化学合成的金纳米颗粒而言,猫爪草生物合成的金纳米颗粒具有更为优越的稳定性,即使在饱和的NaCl、LiCl中和pH=1的强酸溶液中仍能保持良好的分散状态。而对猫爪草生物合成金纳米颗粒的生物组份分析结果表明,该金纳米颗粒中含有蛋白质而没有多糖物质的存在。由此推测,猫爪草生物合成金纳米颗粒中含有的蛋白质组份可能对其胶体稳定性起着重要作用。三.猫爪草生物合成金纳米颗粒的细胞毒性和暗场成像研究分别选取了正常肝细胞L-02和乳腺癌细胞MCF-7作为研究对象,采用MTT,Cell Titer Blue, DAPI染色的方法考察了猫爪草合成金纳米颗粒的细胞毒性,并与化学合成金纳米颗粒进行了比较。结果表明,化学合成金纳米颗粒对两种细胞都具有较强毒性,而一定浓度下的生物合成金纳米颗粒对乳腺癌细胞MCF-7仅具有微弱的细胞毒性,对正常肝细胞L-02则具有促进生长的作用,这一结果说明生物合成金纳米颗粒具有很好的生物相容性。在此基础上,进一步将生物合成金纳米颗粒应用于MCF-7细胞的暗场成像研究,结果表明,生物合成金纳米颗粒仍然具有独特的光吸收和散射特性,暗场成像效果良好,有望用于纳米载体、细胞暗场成像等生物医学领域相关研究。
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