功能化石墨烯的生物学效应研究.doc

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(graphene oxide, GO)与血清蛋白和补体系统之间的相互作用，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 1.2.3 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 28-42 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 2.2.2.1 GO 的制备 30-31 2.2.2.2 GO 的聚乙二醇功能化 31 2.2.2.3 GO 和 GO-PEG 的表征与分析 31-32 2.2.3 GO-PEG 和 PEG 的生物素化修饰 32 2.2.4 血清的制备 32 2.2.5 GO、GO-PEG 和 PEG 对血清蛋白的吸附 32 2.2.6 GO-PEG 吸附蛋白的质谱分析 32-33 2.3 结果与讨论 33-38 2.3.1 氧化石墨烯的制备及表面功能化 33-34 2.3.2 GO 和 PEG-GO 对血清蛋白的吸附 34-37 2.3.3 GO-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 3.2.2 GO-PEG 的合成 45 3.2.3 GO-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 3.2.6 GO、GO-PEG 及 PEG 对 C3 和 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 参考文献 51-55 第四章 功能化石墨烯对微生物生长的影响 55-67 4.1 引言 55-56 4.2 实验部分 56-59 4.2.1 实验材料与试剂 56-58 4.2.2 GO-PEG 和 GO-PEG-PEI 的合成 58 4.2.2.1 GO-PEG 的合成 58 4.2.2.2 GO-PEG-PEI 的合成 58 4.2.2.3 GO-PEG 和 GO-PEG-PEI 的表征与分析 58 4.2.3 功能化石墨烯和微生物的相互作用 58-59 4.3 结果与讨论 59-64 4.3.1 氧化石墨烯的制备及表面功能化 59-60 4.3.2 GO-PEG-PEI 和微生物之间的相互作用 60-62 4.3.3 GO-PEG 和微生物之间的相互作用 62-64 4.4 结论 64-65 参考文献 65-67 第五章 总结 67-69 攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文 69-70 致谢 70-71 。