大长径比金纳米棒的合成及其单细胞毒性研究

利用三步晶种生长法合成长径比约为14的大长径比金纳米棒(GNR),利用巯基十一酸(MUDA)对金纳米棒表面进行了生物适应性修饰,并在宏观水平上研究了修饰前后的金纳米棒在对细胞活性的影响。利用单细胞方法分别考察了修饰后的纳米金棒对细胞贴壁过程、增殖速率、细胞内ROS以及骨架排布的影响。虽然MTT细胞活性结果显示内吞后的金纳米棒对细胞无毒,但单细胞毒性分析方法发现,不同浓度纳米金棒对早期贴壁过程有较小的影响,且内吞的纳米金棒在一定程度上促进了细胞的增殖,而高浓度下纳米金棒引起了细胞内ROS含量的升高,并破坏了细胞内骨架纤维排布。本研究建立了用单细胞行为分析纳米颗粒对细胞毒性的方法,证明了以往仅仅利用MTT等宏观手段分析纳米材料生物适应性是不足的。纳米材料在生物医学领域的进一步应用还应考虑单细胞及分子水平上的毒性效应。     

甲烷利用菌催化烯烃环氧化的底物选择性, 细胞失活原因及产物对映体组成

研究了甲烷利用菌Methylomonas sp. GYJ3, Methylomonas sp. S, Methylomonas sp. Z201,Methylococcus capsulatus IMV3021, Methylosinus trichosporium IMV3011休止细胞催化烯烃环氧化的底物选择性, 细胞失活原因以及产物对映体组成。发生不同菌株和底物的环氧化活性不同。甲烷利用菌只能催化短链烯烃环氧化, 环烯烃和芳香烯烃无反应。对烯丙基型底物而言, 取代基大小和极性影响环氧化活性。丙烯环氧化活性最高, 烯丙醇不能环氧化。细胞失活的主要原因是环氧化产物的细胞毒性和反应体系中辅酶NADH损耗。手性气相色谱揭示甲烷利用菌催化烯烃环氧化形成外消旋产物。     

荧光-噻唑蓝法检测红色纳米硒的抗氧化活性

采用荧光法检测红色纳米硒的抗氧化性,并结合噻唑蓝法(MTT法)研究红色纳米硒抗氧化对细胞的作用。Fenton反应产生稳定羟自由基,罗丹明B为荧光指示剂,磷酸盐缓冲液中检测了纳米硒清除羟自由基的效果。再将纳米硒与肝细胞QSG7701共培养,检测了不同时期培养基的氧化还原状况,并用MTT实验检测作用后细胞生长情况。结果显示:纳米硒具有良好抗氧化作用,能有效改善培养基中的氧化还原环境,同时促进了细胞生长。     

无机纳米粒子的生物合成

无机纳米粒子的生物合成是指利用自然界中细菌、放线菌和真菌等微生物或一些高等植物在常温、常压下合成无机纳米粒子,不需使用有毒化学原料或不产生有毒副产品。该方法不仅是一种绿色的、环境友好的新型纳米材料合成策略,而且对深入了解生物矿化机理以及从理论上指导先进功能材料的设计和合成具有重要意义,因此近年来受到了化学、材料、生物科学等领域研究者的广泛关注。本文根据纳米粒子组成,分别综述了国内外利用生物体合成金属、硫化物和氧化物等无机纳米粒子的研究进展,重点讨论了生物合成的机理。结果表明:生物合成的无机纳米粒子具有尺寸分布窄、稳定性高、生物相容性好、产率高和成本低等优点; 为了适应高金属离子浓度的外界环境,生物体往往通过吸附、还原或沉淀、累积或排出等一系列生化过程改变金属离子的溶解性和毒性,从而导致无机纳米粒子的形成; 合成无机纳米粒子后,微生物通常仍具有繁殖能力,表明这些微生物可以被用于生产无机纳米粒子的生物工厂。然而,生物合成无机纳米粒子涉及到的生理过程非常复杂,微生物种类繁多,不同种类之间的差异也非常大。因此,在阐释生物合成机理、拓展纳米材料的种类和形貌、纳米粒子的后处理和应用等问题上仍需进一步深入研究。     

一种光功能有机纳米粒子的制备及细胞毒性评价

合成了一种具有双光子荧光探针功能的有机纳米粒子2,5,2',5'-(4'-N,N-二苯胺苯乙烯基)联苯(DPA-TSB), 并研究其细胞毒性. 利用水溶性四氮唑(WST-1)法、 乳酸脱氮酶(LDH)法和流式细胞术检测了胃癌细胞吞噬纳米粒子后的生理活性. 研究结果表明, 在纳米粒子浓度小于12 μg/mL时, 胃癌细胞仍表现出较好的生理活性, 表明该纳米粒子是一种具有较好生物安全性的光功能有机纳米粒子.     

石墨烯纳米载药体系的制备及对人口腔鳞癌细胞杀伤效果

利用化学氧化还原法制备了氧化石墨烯,进一步超声破碎剥离,得到纳米氧化石墨烯,并对其进行聚乙二醇(PEG)的功能化修饰后载药顺铂。 采用扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)对石墨烯纳米载药体系进行表征,细胞存活率实验(MTT)法检验石墨烯纳米载药体系对人口腔鳞癌(KB)细胞的杀伤作用。 结果表明,石墨烯纳米载药体系对顺铂的负载率为42.4%,聚乙二醇修饰后可以降低纳米氧化石墨烯的细胞毒性并提高生物相容性,对KB细胞具有双重的杀伤作用,为纳米氧化石墨烯在肿瘤治疗的临床应用提供了理论依据。     

有“生命”的电线:浅析微生物纳米导线电子传递机制及其应用

微生物纳米导线是指在缺少可溶性电子受体的条件下由微生物形成类似菌毛的导电附属物,通过它传递电子是微生物为提高胞外电子传递效率而进化形成的一种有效的电子传递方式。微生物可利用具有高效导电特性的纳米导线将电子传递到远离细胞表面的地方,从而使微生物摆脱了需要直接接触胞外电子受体(Fe(Ⅲ)氧化物或电极)才能传递电子的限制。微生物纳米导线的发现丰富了人们对胞外呼吸多样性的认识,同时其在提高微生物燃料电池产电效率、促进环境中有机污染物的快速降解和生物能源等方面具有重要的应用前景,成为了当前研究的前沿和热点。本文简单介绍了微生物纳米导线的基本特性和产生纳米导线的微生物种类,重点阐述了由Geobacter和Shewanella微生物生成的纳米导线电子传递机制以及其在生物能源和生物修复等方面的应用,并展望了今后的研究重点。     

硒酸酯多糖抗石英细胞毒性的研究

本文采用家兔肺泡巨噬细胞体外培养法，以ＡＲ－ＣＭ阳离子测定系统和荧光试剂Ｆｕｒａ－２，研究了石英细胞毒性与肺泡巨噬细胞胞胞浆游离Ｃａ＾２＋浓度（［Ｃａ＾２＋］ｉ）的关系，并以细胞存活率，乳酸脱氢酶活性和脂质过氧化物表征了由石英引起的ＡＭ毒性及硒酸酯多糖对其毒性的拮抗效应，初步讨论了硒酸酯多糖拮抗石英细胞毒性的可能机理。     

基于基因组挖掘的一个新的吡嗪酮类天然产物的发现

采用次级代谢产物基因组挖掘的方法,扫描链霉菌Streptomyces sp.TP-A0365的基因组序列,找到一个新的负责吡嗪酮类天然产物生物合成的非核糖体肽合成酶(NRPS)编码基因.通过敲除该NRPS基因中断相关化合物的生物合成途径,对比突变菌株和原始菌株(来源于链霉菌Streptomyces sp.TP-A0365的工程菌株TG1301)的发酵产物,我们在原始菌株的发酵粗提液中捕捉到了突变株不再产生的化合物1.从原始菌株20 L发酵液中分离并鉴定了化合物1的化学结构,其结构为3-异丙基-7,8-二氢吡咯并[1,2-a]吡嗪-4(6H)-酮,是一个新的吡嗪酮类化合物,命名为provalin.     

PbSe纳米棒的模板合成及其性质

在表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)存在下,利用N2 H4·H2O还原H2SeO3合成出单质硒纳米管,然后以硒纳米管为模板,与Pb(NO3):和N2 H4·H2O在常压低温下反应,制备了PKSe纳米棒.采用电子透射电镜、X射线衍射等方法对产物进行了表征.探讨了PbSe纳米棒的形成机理和制备反应的影响因素.测定了产物的荧光性质,并利用电位扫描伏安法研究了所得PbSe纳米棒的电化学性质.结果表明,所得产物在碱性介质中电化学活性较高,在循环伏安曲线上出现明显的氧化峰和还原峰.     

胞外生物高聚物的制备及其对铅离子的吸附性能研究

采用Pseudomonas sp.的胞外生物高聚物对Pb(Ⅱ)进行吸附试验。分别用扫描电子显微镜、X射线能谱仪(SEM-EDX)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)对吸附铅前后的胞外生物高聚物进行表征分析,研究了Pb(Ⅱ)在胞外生物高聚物上的吸附行为。结果表明,Pb(Ⅱ)的最佳吸附pH值为6.0,其吸附行为符合Langmuir吸附等温模型,最大单分子层吸附容量为34.48mg/g。FTIR及EDX实验结果表明,胞外生物高聚物对Pb(Ⅱ)的吸附被认为是高聚物表面的活性基团对Pb(Ⅱ)的络合作用和离子交换机制共同发挥作用。被吸附的Pb(Ⅱ)可用1mol/L的硝酸定量洗脱。方法检出限为3.6ng/mL,相对标准偏差为2.7%[Pb(II):0.05μg/mL,n=9]。在优化的实验条件下,实测了环境水样中痕量Pb的含量,结果满意。     

铜纳米簇聚集体的合成、发光与胞内温度传感

发光的金属纳米簇由于毒性小、成本低和生物相容性好等优势引起了人们的广泛关注,然而制备具有强发光的铜纳米簇聚集体是一个很大的挑战。以手性氨基酸D-青霉胺为原料,“一步法”合成了具有强发光的铜纳米簇聚集体,并通过红外光谱、热重分析、X-射线光电子能谱、X-射线衍射、质谱、扫描电镜、透射电镜、发光光谱和激光共聚焦显微镜表征技术对其进行了详细研究。结果表明：铜纳米簇聚集体的悬浊液和固体显示出很强的发光,绝对发光量子产率高达30.4%。而且,发光的铜纳米簇聚集体细胞毒性很低,可以在人肝癌细胞HepG2中实现胞内成像以及依赖于温度的胞内成像。铜纳米簇聚集体的发光行为在细胞成像方面的应用探索为人们在其它领域进行应用提供了重要参考。     

海藻酸钠前药纳米粒在肿瘤光动力治疗中的应用研究

利用具有还原敏感性的胱胺将疏水性光敏剂脱镁叶绿酸盐A(Pheo A)偶联到天然多糖海藻酸钠(ALG)上,得到同时具有光敏性和还原敏感性的两亲性多糖前药(Pheo A-ALG),再通过疏水相互作用自组装形成前药纳米粒(Pheo A-ALG NPs),应用于肿瘤光动力治疗.对Pheo A-ALG NPs的理化性质进行了评价,体外考察Pheo A-ALG NPs的释药行为、细胞胞吞及胞内ROS,并重点研究了Pheo A-ALG NPs的体外细胞毒性以及体内抑瘤活性.     

纳米材料在生物分析应用中存在的若干问题

从三个方面考察与总结了一些常用的纳米材料(如碲化镉量子点,纳米金和碳纳米点)在生物分析应用中存在的问题：(1)纳米材料的毒性. 三种裸露纳米材料的平行比较实验表明,碲化镉量子点能够导致细胞代谢活性下降、细胞发生皱缩、甚至死亡,具有很强的毒性;纳米金在高浓度(30 μg/mL)时可对细胞代谢产生一定的抑制作用;而碳纳米点对细胞几乎不产生影响,具有较好的生物相容性. 三种纳米材料的相对毒性为：碲化镉量子点>>纳米金>碳纳米点. 这种相对毒性还得到了绿豆芽生长抑制实验的支持. (2)纳米材料的非均一性. 这主要表现在以下几个方面：粒径分布的非均一性,表面修饰/性质的非均一性,以及在生物样品(如细胞)中分布的非均一性. (3)纳米材料的环境敏感性或稳定性. 实验表明,碲化镉量子点、纳米金和碳纳米点的光学性质对环境pH的改变均十分敏感,而且纳米金不抗盐,在离子强度较高的盐溶液中不稳定、易聚集. 这些问题的严重性在许多以往的研究中并未引起人们的全面重视. 我们希望通过本研究以及对这些问题的再次探讨,能促使人们在实际应用中对相关纳米材料进行重新的审视和合理的选择. 此外,为克服这些问题,我们在文中提到的一些措施可供参考.     

越野他汀生物合成介导的海洋小单孢菌中一个新天然产物的发现

越野他汀(kosinostatin,KST)是从海洋小单孢菌Micromonospora sp.TP-A0468中分离得到的一种具有良好抗肿瘤活性的蒽环类抗生素.在对越野他汀生物合成基因簇的研究中,构建了3,5-差向异构酶基因kstD3的基因中断突变株mKOSD3,该菌株中一种新的天然产物因产量较野生型有所提高而被发现.分离新化合物并进行结构鉴定,结果显示该化合物是异醌环素B C-3’’位脱氧的结构类似物,命名为脱氧异醌环素B.生物活性测试表明,相比于异醌环素B,其体外细胞毒性明显降低.进一步的基因敲除实验发现,基因簇中的kstD5编码的是一个对糖基底物识别不专一的糖基转移酶,这为利用该酶的特性获得更多蒽环类衍生物奠定了基础.     

微生物电化学系统电子中介体

电化学活性微生物与电极之间的胞外电子传递在微生物电化学系统(microbial electrochemical systems,MESs)产能、生物修复等功能的实现中起着关键作用.目前,研究者对微生物胞外电子传递机理了解有限,限制了MESs的应用.相比于需要微生物功能蛋白与电极接触才能发生的直接电子传递,间接电子传递可通过具有可逆氧化还原活性的电子中介体(electron transfer mediators,ETMs)实现电子的传递,从而有效提高微生物胞外电子传递效率.在间接电子转移过程中,ETMs起着中间电子受体和中间电子供体的作用,即被还原后可将电子传递给最终电子受体并被重新还原;理论上每个ETMs分子可以循环数千次,因此ETMs对特定环境下终端氧化物(如铁离子)的循环有着极其显著的作用.本文系统总结了MESs中ETMs及间接电子传递机制近年来的研究进展,并且在此基础上探讨了ETMs在MESs中的研究趋势,以期推动MESs在生物修复、能源生产方面的实际应用.     

兼具抗癌和药物递送作用的硒掺杂羟基磷灰石微球

利用碳酸钙作为处理模板,通过共沉淀联合水热法,制备了硒元素掺杂羟基磷灰石微球(HASe),期望硒掺杂能提高HA对溶菌酶的加载,并增强HASe微球的杀菌活性。所合成的HASe微球经SEM、TEM、DLS、XRD、FTIR和TGA测试对其理化性能进行了表征。并且利用姜黄素作为模式药物,评估了它们的药物加载及控释效能。结果发现,所合成的HASe产物为直径约1.0μm的球体,球壁粘附有许多羟基磷灰石纳米棒(长约150 nm﹑宽约20 nm)。该HASe微球对姜黄素具有高的药物加载和缓慢稳定的控释效应。其药物加载量为(88.72±0.01)mg·g~(-1),在0~159 h内仅有不到1.5 mg的姜黄素被释放,且无爆释现象。此外,还通过血液分析和细胞实验评估了HASe微球的毒性行为。与无硒HA微球相比,HASe微球的血液毒性低,对细胞损伤少,然而对骨肉瘤细胞生长却具有强的抑制作用。     

共振瑞利散射法测定微量硒

在稀HCl中硒(Ⅳ)与抗坏血酸(Vc)反应生成单质硒Se(0),并在液相中以纳米粒子的形式存在。利用此纳米粒子在470nm处的共振瑞利散射峰可对硒进行测定。在0.028~5.640μg/mL范围内,共振瑞利散射强度与硒(Ⅳ)的质量浓度成线性关系,检出限为0.00789μg/mL,相对标准偏差为4.7%。应用此法测定了茶叶、螺旋藻、黄芪样品中的总硒量,通过与例行方法DAN荧光法对照、干扰实验、回收率实验及质量控制对本方法进行了评价。     

新多环大环内酰胺Clifednamide K的发现

利用组合生物合成策略构建了人工杂合多环特特拉姆酸大环内酰胺(PoTeM)基因簇,并从异源表达重组菌株SR111-cbmA-OX1-cftC中分离得到2个PoTeM类化合物preikarugamycin (1)和clifednamide K (2).通过核磁共振和高分辨质谱分析确定化合物1为ikarugamycin生物合成中间体,化合物2为结构新颖的5/6双环PoTeM.采用滤纸片法测定了化合物1和2的抗细菌和抗真菌活性,结果显示二者在20μg载药量下均无抗菌活性.采用噻唑蓝比色法(MTT)测定了化合物1和2的细胞毒活性,结果显示化合物1对人肝癌细胞HepG-2和人乳腺癌细胞MCF-7具有较强细胞毒活性,半抑制浓度(IC₅₀)分别为3.34和2.72μmol/L,化合物2对测试细胞株无明显细胞毒活性.     

pH和还原双重敏感性超支化纳米胶束的制备及其释药性能

将聚乙二醇二缩水甘油醚(PEGDGE)与胱胺(Cys)置于水溶液中,通过亲核开环反应制备出超支化聚合物,并自组装形成多核-壳结构的纳米胶束,再通过甲氨蝶呤(MTX)与纳米胶束间的疏水作用制备出载药胶束。用FT-IR、~1H-NMR、DLS、SEM等方法对聚合物结构和胶束粒径与形貌进行表征,采用噻唑蓝(MTT)法测试纳米胶束和载药胶束的细胞毒性。结果表明:聚合物经过透析纯化后自组装形成纳米胶束,其粒径约为100nm,呈均一球形;载药胶束对MTX的载药率为10.32%;当载药胶束处于模拟肿瘤环境中时,酸性和还原性条件可刺激药物释放。细胞毒性实验表明,纳米胶束具有优良的生物相容性;载药胶束具有较强的抗肿瘤活性。