纳米氧化锌/磷脂包封纳米氧化锌的制备、表征及毒性研究

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纳米氧化锌是一种应用广泛的纳米材料。可应用于物理化学、生物医学、催化剂、微电子、纺织、化妆品等多种领域。由于纳米所具有的独特的纳米效应,纳米材料的尺寸调节,形貌控制和稳定性提升等方向更是受到研究者的广泛关注。其中,在纳米材料形貌/尺寸调节的方向上,通过非经典晶体生长模型进行晶体的生长,得到所需形貌的纳米粒子,进一步地,通过磷脂双分子层对氧化锌进行自组装包封,增强其溶液稳定性,提高生物相容性,以此达到降低细胞毒性的目的,是一个可行的方法。本论文主要对以下内容进行了研究,首先通过对纳米氧化锌合成工艺的探索(pH值、反应时间、生长温度和前体物浓度),获得了在溶液中具有良好悬浮性的氧化锌纳米粒子(ZnO NPs),系统讨论了材料的形貌、结构等化学性质,并分析了乙醇溶液中ZnO NPs的尺寸/形状演变。其次采用已探索的条件工艺制备出球状、柱状、棒状三种不同形貌的纳米氧化锌,并用磷脂为壁材,根据其分子结构特点,对三种形貌的原始氧化锌(Pristine ZnO NPs)进行自组装包封,获得了磷脂包封纳米氧化锌(Lipid-coated ZnO NPs),显著提高了ZnO NPs在溶液中的稳定性。最后从形貌、浓度的角度研究了原始纳米氧化锌和磷脂包封纳米氧化锌的毒理学特征,包括细胞毒性,细胞凋亡和细胞形态变化。(1)采用湿化学法在低温下合成ZnO NPs,通过探索反应条件获得了在溶液中具有良好分散悬浮性的ZnO NPs。对乙醇溶液中ZnO NPs的尺寸/形状演变进行分析,获得了不同形貌的ZnO NPs。且对晶体的成核和生长进行分析,证明其符合定向附着(oriented attachment,OA)非经典晶体生长模型。(2)合成了不同形貌/尺寸的Pristine ZnO NPs(球状7 nm,柱状18 nm,棒状49 nm),并使用磷脂分别对样品进行自组装包封,得到另外三种具有不同形貌/尺寸的Lipid-coated ZnO NPs(13 nm,22 nm,52 nm)并证明了磷脂双分子层包封的成功。磷脂分子可以在无机纳米氧化锌粒子的表面自组装形成完整而致密的双分子覆盖层,从而阻止ZnO与水溶液之间的反应,使得ZnO NPs在水基溶液中良好分散。也极大地提高粒子在水溶液中的胶体和化学稳定性。(3)Lipid-coated ZnO NPs可以防止ZnO溶解并保持其物理和化学性质。在阻止颗粒团聚的同时,还可以避免ZnO NPs溶解释放出Zn2+阳离子中,从而降低细胞应激反应。在Pristine ZnO NPs组(7 nm,18 nm,49 nm),相同浓度下,小粒径(7 nm)组表现出最高的细胞毒性。并且随着Pristine ZnO NPs组粒子浓度的升高,从15μg/ml-200μg/ml,整体的细胞毒性呈现浓度依赖性增长,细胞核形态呈现典型凋亡特征。相反的,与Pristine ZnO NPs组相比,相同浓度下,Lipid-coated ZnO NPs组(13nm,22 nm,52 nm)细胞毒性则显著降低。并且即使在高浓度下,也没有呈现显著的细胞毒性。
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