功能化石墨烯生物学效应研究

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1、功能化石墨烯的生物学效应研究谭晓芳 【摘要】：二维的石墨烯由于其优良的物理化学、电子、机械和光学等性质已被广泛应用于理论物理、电子器件、复合材料、能源和生物医学等领域的研究，并已取得一定的进展。石墨烯及其衍生物具有超高的疏水表面、优良的电子结构和独特的光学性质，这些优良的性质使得其在生物传感器、生物成像、疏水抗肿瘤药物、光敏剂与基因输送、肿瘤的光热治疗、抗菌材料和组织功能材料等领域均具有良好的应用前景。本文重点研究了不同表面功能化的氧化石墨烯(grapheneoxide,GO)与血清蛋白和补体系统之间的相互作用，

2、以及不同表面功能化氧化石墨烯对微生物生长的影响。第一部分，我们重点研究了氧化石墨烯和聚乙二醇（PEG）功能化石墨烯(GO-PEG)与血清蛋白的相互作用。研究发现，表面聚乙二醇化一方面可以显著的降低纳米氧化石墨烯对大部分血清蛋白的吸附，另一方面却可增强对少数血清蛋白的结合，表现出一定的特异性；而且，通过质谱鉴定发现GO-PEG能够选择性的吸附血清中的凝血相关蛋白、补体相关蛋白和丝氨酸蛋白酶抑制剂。第二部分，我们研究了GO和GO-PEG与补体系统之间的相互作用。研究发现，GO-PEG不但能够有效降低石墨烯的补体激活能

3、力，而且会改变其对补体相关蛋白的吸附能力，表现在GO能同时结合血清中的C3和C3a，而GO-PEG仅结合血清中的C3a。第三部分，我们重点研究了不同表面功能化的纳米氧化石墨烯对细菌、真菌等微生物生长的影响。研究发现PEG和聚乙烯亚胺（PEI）双重修饰的氧化石墨烯(GO-PEG-PEI)能够选择性的抑制金黄色葡萄球菌的生长，对大肠杆菌和酵母的生长没有明显的影响。有趣的是，GO-PEG则对上述细菌的生长具有明显的促进作用，而单独的PEG或PEI对其生长均没有明显的影响。说明了材料表面功能化修饰后，可以改变它们的理化性

4、质，从而改变了它们和生物分子及生物体之间的相互作用。【关键词】：氧化石墨烯表面功能化血清蛋白补体系统微生物【学位授予单位】：苏州大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2012【分类号】：TB383.1【目录】：·中文摘要4-6·Abstract6-11·第一章绪论11-28·1.1纳米材料11-12·1.1.1纳米材料的特性11·1.1.2纳米材料的分类11-12·1.2功能纳米材料在生物医学领域的应用12-18·1.2.1纳米石墨烯13-14·1.2.2纳米石墨烯在药物输送、基因输送方面的应用14-15·1.

5、2.3纳米石墨烯在肿瘤光热治疗方面的应用15-16·1.2.4纳米石墨烯在生物检测方面的应用16-17·1.2.5纳米石墨烯在抗菌方面的应用17-18·1.2.6纳米石墨烯在其他方面的应用18·1.3功能纳米材料的生物学效应18-21·1.3.1与蛋白质的结合19·1.3.2补体系统的激活19-20·1.3.3纳米材料的毒性20-21·1.4本课题的立题依据、意义及研究内容21-22·1.4.1立题依据、意义21·1.4.2研究内容21-22·参考文献22-28·第二章功能化石墨烯和血清蛋白之间的相互作用28-4

6、2·2.1引言28-29·2.2.实验部分29-33·2.2.1实验试剂与设备29-30·2.2.2氧化石墨烯和聚乙二醇功能化石墨烯的制备30-32·2.2.2.1GO的制备30-31·2.2.2.2GO的聚乙二醇功能化31·2.2.2.3GO和GO-PEG的表征与分析31-32·2.2.3GO-PEG和PEG的生物素化修饰32·2.2.4血清的制备32·2.2.5GO、GO-PEG和PEG对血清蛋白的吸附32·2.2.6GO-PEG吸附蛋白的质谱分析32-33·2.3结果与讨论33-38·2.3.1氧化石墨烯的

7、制备及表面功能化33-34·2.3.2GO和PEG-GO对血清蛋白的吸附34-37·2.3.3GO-PEG特异性结合蛋白质的分析鉴定37-38·2.4结论38-39·参考文献39-42·第三章功能化石墨烯和补体因子之间的相互作用42-55·3.1引言42-43·3.2实验部分43-46·3.2.1实验试剂与设备43-45·3.2.2GO-PEG的合成45·3.2.3GO-PEG和PEG的生物素化修饰45·3.2.4血清的制备45·3.2.5体外补体系统的激活45-46·3.2.6GO、GO-PEG及PEG对C3和

8、C3a蛋白的吸附46·3.2.7补体激活与未激活情况下，GO-PEG对血清蛋白C3a的吸附46·3.3结果与讨论46-51·3.3.1氧化石墨烯的制备及表面功能化46-47·3.3.2石墨烯对补体系统的激活47-48·3.3.3石墨烯在血清中对补体片段C3及C3a的吸附研究48-49·3.3.4石墨烯对C3a的吸附与补体激活之间的关联研究49-51·3.4结论51·参考文