二氧化硅纳米颗粒暴露对莱茵衣藻生长及细胞代谢的影响

为评估二氧化硅纳米颗粒(Silica Nanoparticles,SiO_(2)NPs)对淡水微藻的影响,本研究以莱茵衣藻为供试对象,分析了不同浓度SiO_(2)NPs暴露对莱茵衣藻生长速率、活性氧(Reactive Oxygen Species,ROS)、叶绿素和微藻代谢网络的影响。研究发现:当SiO_(2)NPs为400~800 mg/L时,其可显著抑制莱茵衣藻的增殖;200~800 mg/L的SiO_(2)NPs暴露后,莱茵衣藻叶绿素a和叶绿素b的浓度分别较对照组下降27.89%~42.16%和16.28%~26.3%,且藻细胞内产生的ROS较对照组上升9.25%~24.9%;100 mg/L和800 mg/L的SiO_(2)NPs显著改变了莱茵衣藻的代谢网络,包括脂质和类脂质分子、有机杂环化合物、有机酸及其衍生物等。通过代谢物分类注释基础代谢网络后分析发现,SiO_(2)NPs影响了莱茵衣藻甘油磷脂类和有机杂环化合物代谢,特别是吲哚、吡啶、咖啡因等,并导致莱茵衣藻碳水化合物代谢、核苷酸合成、脂类和氨基酸代谢等基础代谢过程异常。本研究可为探索SiO_(2)NPs对微藻的生物效应提供一定的理论基础和数据支持。

二氧化硅纳米颗粒潜在的神经毒性对神经变性疾病的影响

神经变性疾病是一类慢性疾病,包括常见的阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)、帕金森病(parkinson’s disease,PD)和额颞叶痴呆(frontotemporal dementia,FTD)等。这些疾病的病理生理变化特点均有神经元内出现异常蛋白质聚集、氧化应激反应、线粒体功能障碍等,最终可导致神经元变性死亡。目前虽无彻底治愈这些疾病的特异性疗法,但是不乏可以帮助缓解症状或延缓疾病进展的药物治疗方法。其中,包括二氧化硅纳米颗粒(silica nanoparticles,SiNPs)作为一种新型材料用于神经保护剂作用的疗法。最近的研究表明,这种材料虽有其优点,但可能对神经变性疾病产生负面影响。因此,本文拟以近年相关报道,从SiNPs的暴露途径以及其与神经炎症、线粒体功能障碍、Aβ和p-Tau的临床前研究进行综述,为充分认识SiNPs潜在神经毒性机制研究以及NRDs的防治提供理论或实践依据。

Chelator-Free法标记介孔二氧化硅纳米颗粒用于乳腺癌靶向PET成像

目的 使用Chelator-Free法进行^(68)Ga标记介孔二氧化硅纳米颗粒(MSNs),制备新型正电子发射计算机断层显像(PET)分子探针,并检测其表征、生物安全性、放射性化学性能、体内生物分布及评估其体内乳腺癌靶向PET成像性能。方法 用模板法合成MSNs,对其进行纳米表征及生物安全性分析,明确其良好的生物安全性。并用Chelator-Free法进行^(68)Ga标记,制备出新型纳米PET分子探针^(68)Ga-MSNs,对其进行放射性化学分析,评估其在KM小鼠体内生物分布和对乳腺癌荷瘤小鼠的靶向PET成像性能。结果 MSNs平均粒径为85.03 nm,分散均匀,形貌优良。生物安全性分析显示MSNs在100μg/ml浓度下对细胞增殖无明显影响,显示出良好的生物安全性。^(68)Ga-MSNs的标记率大于95%,放射性化学分析显示,经纯化后^(68)Ga-MSNs放射性化学纯度大于98%,体外标记稳定性优良。KM小鼠体内生物分布显示^(68)Ga-MSNs主要分布于肝脏、脾脏和肺脏。乳腺癌MCF-7荷瘤小鼠模型PET成像表明,^(68)Ga-MSNs在肿瘤部位摄取明显,显示出良好的体内靶向PET成像性能。结论 本研究成功应用Chelator-Free标记法构建的^(68)Ga-MSNs分子探针具有良好的表征、生物安全性及放射性化学性能,具有活体乳腺癌靶向PET成像性能,该研究为乳腺癌的靶向诊疗提供新的药物平台。

原位液体室透射电镜观察二氧化硅纳米颗粒的合并生长

利用原位液体室透射电子显微镜实时观察硅酸钠溶液中二氧化硅纳米颗粒的生长过程,同时使用动态光散射对纳米颗粒尺寸分布进行原位监测。通过对该动态过程的定量分析,研究了二氧化硅纳米颗粒的生长机理。结果表明,硅酸钠溶液中二氧化硅纳米颗粒主要是通过合并的方式进行生长。在合并的过程中,颗粒会自发地进行连续合并或发生形状改变,以降低单位体积表面能。进一步的结果分析显示,二氧化硅纳米颗粒的合并生长符合基于Smoluchowski速率方程的动力学,接近于受反应控制的聚集生长,其化学本质是颗粒表面羟基间的脱水缩合反应。

前沿科研成果融入仪器分析实验教学——钆掺杂介孔有机氧化硅纳米颗粒的制备

本文以钆掺杂介孔有机氧化硅纳米颗粒为例,探讨了将科研成果融入仪器分析实验教学的方法和实践效果。实验设计采用溶胶-凝胶过程和化学沉积法制备钆掺杂介孔有机氧化硅纳米颗粒,研究其在磁共振成像性能方面的应用。实验过程包括钆掺杂介孔有机氧化硅纳米颗粒的制备,透射电子显微镜、傅里叶红外变换光谱仪和比表面分析等表征内容。经过本实验,学生能够深入地了解并掌握钆掺杂有机氧化硅的合成、仪器的操作以及相关数据的分析,实现理论与实际的结合,基础知识与现代科研手段的结合。同时锻炼学生独立思考、创新能力和实验设计的能力,进而提高学生科研素养,激发学生科学热情和兴趣。

有氧运动对二氧化硅纳米颗粒染毒大鼠血液毒性的改善作用

目的探讨有氧运动对二氧化硅纳米颗粒(SNP)染毒大鼠血液毒性的改善作用。方法将40只Wistar大鼠随机分为空白对照组、染毒组、低强度运动组、中强度运动组和高强度运动组,每组8只。除空白对照组外,其余组均采用非暴露式气管滴注法构建SNP染毒模型,空白对照组采用同等体积的生理盐水进行气管滴注。建模成功后,低强度运动组、中强度运动组大鼠分别在每次气管滴注的第2天游泳45 min、游泳90 min,高强度运动组大鼠分别在每次气管滴注的第2天上午和下午各游泳75 min,空白对照组、染毒组不进行运动干预。于首次气管滴注前及处死大鼠前称量大鼠体重,计算体重增加值。于最后一次运动24 h后采血,检测各组大鼠的血常规指标、血生化指标、超氧化物歧化酶(SOD)及羟脯氨酸水平。结果染毒组大鼠的白细胞计数、血小板计数升高,红细胞计数降低,血清ALT、AST、肌酐、尿素氮、乳酸脱氢酶、SOD水平均升高(均P<0.05)。低强度运动组、中强度运动组大鼠的体重增加值均低于空白对照组、染毒组、高强度运动组(均P<0.05)。与染毒组、低强度运动组相比,中、高强度运动组大鼠的白细胞计数和血小板计数降低,红细胞计数升高,且血清ALT、AST、肌酐、乳酸脱氢酶、SOD水平均下降(均P<0.05)。中强度运动组大鼠的血清羟脯氨酸水平低于染毒组、低强度运动组、高强度运动组(均P<0.05)。结论中、高强度的有氧运动可以缓解SNP造成的炎症反应和氧化应激反应,减轻SNP造成的心脏、肝脏及肾脏损害。

二氧化硅纳米颗粒与碳黑纳米颗粒红外漫反射光谱的测量与分析

用FTIR-FTS3000光谱仪和漫反射附件分别采集了二氧化硅纳米颗粒、炭黑纳米颗粒和二氧化硅纳米颗粒与碳黑纳米颗粒的不同配比的混合样品的红外漫反射光谱。通过对测量结果的分析,发现二氧化硅纳米颗粒的红外漫反射光谱较之体材料有蓝移和宽化现象,此现象可以用纳米粒子的小尺寸效应和量子尺寸效应来进行初步解释。而碳黑纳米颗粒因为其强吸光性的原因,实验中没有得到理想的光谱。混合样品中,碳黑纳米颗粒有一个最大吸收临界浓度,此时二氧化硅纳米颗粒与碳黑纳米颗粒的质量比是100:20。在这个比例以内,碳黑纳米颗粒的特征峰位的F(R)函数与浓度符合朗伯-比尔定律。当碳黑纳米颗粒在体系中的含量超过这个比值,随着碳黑在体系中比例的增加,吸光度将不再增大。

pH响应的介孔二氧化硅纳米颗粒的制备及可控释放

选择带负电荷且溶解度和分子结构对pH值非常敏感的聚丙烯酸作为封堵分子,采用静电吸附的修饰方法,制备了pH响应的MCM-41型介孔二氧化硅纳米颗粒.利用高倍透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)及比表面积分析等手段表征了介孔二氧化硅纳米颗粒的物理化学性质.以联钌吡啶染料分子作为模式客体分子,研究了pH调控下的模式客体分子在介孔二氧化硅纳米颗粒中的包裹及释放行为.结果表明,该介孔二氧化硅纳米颗粒对pH具有很好的响应性;在近中性条件下,带正电的二氧化硅纳米颗粒通过静电吸附作用吸附带负电的聚丙烯酸,导致介孔封堵,使包载的染料分子几乎无释放;客体分子的释放率随着pH值的降低而升高,当pH≤5时,染料分子显著释放,pH=1时客体分子的释放率高达98%,可以实现对包载客体分子的控制释放.该pH响应的介孔二氧化硅纳米颗粒载体具有制备简便、价格低廉和包载量大等优点,有望应用于药物的控制释放.

二氧化硅纳米颗粒增强炭纤维/环氧树脂界面性能

纤维与基体间的界面性能是决定纤维增强树脂基复合材料力学性能的关键因素。采用单纤维断裂实验方法研究二氧化硅纳米颗粒对炭纤维/环氧树脂复合材料界面的增强作用。实验结果表明,涂覆在炭纤维表面和均匀分散在环氧树脂基体中的二氧化硅纳米颗粒含量分别为4.9g/m2和25%(质量分数)时,复合材料界面性能均得到改善,界面抗剪强度相比纯树脂体系分别提高了10.0%和15.0%。通过对纤维断点处双折射光斑和样品断面形貌等信息分析,可知纳米颗粒均匀分散并镶嵌到炭纤维表面沟槽中形成的锁扣结构是界面性能提高的重要原因。

信号肽功能化二氧化硅纳米颗粒的线粒体靶向作用研究

以N-(p-Maleimidophenyl)isocyanate(PMPI)为交联剂,将线粒体信号肽分子共价修饰到二氧化硅荧光纳米颗粒表面,构建线粒体信号肽功能化二氧化硅荧光纳米颗粒.采用荧光分光光度计、Zeta电位仪以及透射电子显微镜对修饰前后的二氧化硅纳米颗粒进行了表征.结果表明,信号肽可被成功修饰在纳米颗粒表面,并且纳米颗粒粒径在信号肽分子修饰前后没有发生明显变化.以分离纯化的细胞核作为对照,采用流式细胞术考察了信号肽功能化二氧化硅荧光纳米颗粒与分离纯化后的线粒体的相互作用.结果表明,线粒体信号肽修饰到二氧化硅纳米颗粒表面后依然保持良好的生物活性,能够介导二氧化硅纳米颗粒特异性识别及结合分离纯化的线粒体,从而为线粒体监测及其功能调控研究提供了新的思路.

核酸适配体封盖的介孔二氧化硅纳米颗粒用于肌红蛋白的检测

利用核酸适配体封盖的介孔二氧化硅纳米颗粒构建了一种新型、简便及免标记的肌红蛋白定量检测方法.首先,用肌红蛋白核酸适配体将荧光小分子罗丹明6G封盖在介孔颗粒内,当存在目标物肌红蛋白时,由于介孔颗粒上的核酸适配体可特异性结合肌红蛋白而脱离介孔颗粒表面,进而释放介孔颗粒内的罗丹明6G,使溶液荧光强度增强.实验结果表明,荧光强度与肌红蛋白的浓度呈正相关,通过荧光强度的变化可实现对肌红蛋白的定量检测.该方法的检出限低至1.1 nmol/L,且选择性好,可满足临床医学的检测要求.

分子印迹聚合物功能化二氧化硅纳米颗粒的合成及其分离识别马兜铃酸

马兜铃酸是马兜铃科植物中含有硝基菲羧酸基团的一类物质,被广泛应用于各种疾病的治疗,研究表明含有马兜铃酸的植物或植物衍生产品对人体有害,需要监测药物中马兜铃酸的存在。分子印迹聚合物对目标物的高亲和力使其特别适合作为吸附剂从混合物中去除和识别目标物。以SiO_(2)胶体纳米颗粒为基底,利用表面分子印迹的方法合成了核-壳结构SiO_(2)表面印迹纳米颗粒(SiO_(2)@MIP NPs)。采用紫外可见光谱研究了模板分子马兜铃酸Ⅰ和功能单体丙烯酸、甲基丙烯酸、2-乙烯基吡啶、丙烯酰胺及甲基丙烯酰胺的作用,发现2-乙烯基吡啶与马兜铃酸Ⅰ的作用最强,被选为制备印迹聚合物的单体。采用傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)、透射电子显微镜(TEM)、热重分析仪、氮气吸附比表面分析仪对分子印迹聚合物进行了表征。TEM显示印迹纳米颗粒的粒径在270 nm左右,分子印迹层的厚度为35 nm,有利于模板分子的传输。TEM、FT-IR和热重分析仪的结果均证明实验成功合成了分子印迹聚合物。实验进一步研究了印迹聚合物SiO_(2)@MIP NPs和非印迹聚合物SiO_(2)@NIP NPs的吸附性能,并结合SiO_(2)@MIP NPs和SiO_(2)@NIP NPs的比表面积和孔径测定数据,发现SiO_(2)@MIP NPs表面的印迹位点是导致二者吸附差异的主要原因。SiO_(2)@MIP NPs和SiO_(2)@NIP NPs的动力学吸附表明SiO_(2)@MIP NPs具有快的吸附平衡时间(120 s),而且SiO_(2)@MIP NPs的吸附行为符合Langmuir单分子层吸附。SiO_(2)@MIP NPs的选择性通过印迹因子(IF)和选择性系数(SC)来评价。实验结果表明,SiO_(2)@MIP NPs具有高的印迹因子(4.9),对模板结构类似物有较好的选择性,选择系数为2.3~6.6。最后将制备的SiO_(2)@MIP NPs作为吸附剂用于加标中药样品川木通的预处理,用HPLC进行分析测定,方法的回收率为73%~83%,实验结果显示SiO_(2)@MIP NPs可作为高选择性材料用于中药中马兜铃酸的选择性分离分析。

基于BHHCT-Eu^(3+)@SiO_2荧光稀土二氧化硅纳米颗粒的免疫层析试纸条检测卡那霉素

采用微波辅助合成的荧光稀土二氧化硅纳米颗粒(BHHCT-Eu^(3+)@SiO_2)为标记物,建立了快速定量检测卡那霉素(Kana)残留的荧光免疫层析方法。实验结果表明,微波辅助合成的BHHCT-Eu^(3+)@SiO_2纳米颗粒呈球形,粒径约36 nm,具有良好的荧光发射性能,最大吸收波长和最大发射波长分别为343和615 nm。将BHHCT-Eu^(3+)@SiO_2与卡那霉素抗体(Kana-ab)通过醛基化葡聚糖交联,合成了荧光标记抗体Eu^(3+)-Kana-ab,结合定量侧向层析读数仪,建立了牛奶中Kana残留的快速定量检测方法,对Kana的检出限(IC_(10))为0.85 ng/mL,半数抑制浓度(IC_(50))为12.76 ng/mL,检测范围(IC_(20)-IC_(80))为3.0~76.0 ng/mL,牛奶中的Kana的加标回收率范围为93.7%~97.4%,RSD为3.1%~4.6%,与Kana类似物的交叉反应均<1%。牛奶中Kana残留的测定结果与ELISA方法相关性良好。

基于亚甲基蓝二氧化硅纳米颗粒的细胞与活体成像

采用反相微乳液法,制备了以亚甲基蓝为内核材料的亚甲基蓝二氧化硅纳米颗粒,通过优化亚甲基蓝的包裹浓度获得荧光信号较强的纳米颗粒,并初步考察了其用于He-la细胞标记与体内示踪的可行性.通过MTT实验考察了颗粒对细胞的毒性影响以及较为适宜的标记细胞的浓度,结果表明:当颗粒浓度为1mg/mL时,细胞的存活率仍有80%左右.利用激光共聚焦显微镜考察了Hela细胞对颗粒的吞噬情况以及颗粒在细胞内的分布情况,结果表明,该颗粒能被Hela细胞吞噬且主要分布在溶酶体内.活体荧光成像结果显示,尾静脉注射该颗粒后,裸鼠全身都发射出近红外荧光信号,随着血液的循环,颗粒慢慢聚集在肝脏等器官中.以上结果表明,包裹亚甲基蓝的二氧化硅纳米颗粒可以用于细胞的标记和体内示踪成像.

多孔二氧化硅纳米颗粒在药物释放领域中的应用进展

多孔二氧化硅纳米颗粒由于具有孔径可调、易于表面功能化修饰以及良好的生物相容性在药物释放领域表现出巨大的应用潜力。采取不同的药物控释手段能够使其在特定的外界刺激下,通过对孔装载门阀进行有效地调控,以释放所包封药物。该文对国内外多孔二氧化硅纳米颗粒在可控制药物释放领域中的研究加以综述,并对这一研究领域的发展趋势进行展望。

用于高温蓄热介质的二氧化硅纳米颗粒/三元碳酸盐复合熔盐纳米流体的制备方法对比

熔盐作为一种高效的蓄热介质,其蓄热能力由比热容大小决定,添加纳米颗粒可以有效提高其比热容。本研究以三元碳酸盐(碳酸钾、碳酸锂、碳酸钠)为基盐,于超声振荡条件下将二氧化硅纳米颗粒分散在盐溶液中,通过三种不同结晶方法蒸发水分制得了二氧化硅纳米颗粒/三元碳酸盐复合熔盐纳米流体。对比三元碳酸盐与直接结晶法、搅拌结晶法和逐滴结晶法制备的熔盐复合纳米流体的热物性,获得了最佳结晶方法并探究了比热容提高机制。使用差示扫描量热仪、热分析仪和扫描电子显微镜分别测量和表征了样品的比热容、分解温度及表面微观结构。结果表明,逐滴结晶法是最佳的结晶方法,在450～470℃范围内,该法制备的复合熔盐纳米流体的比热容与基盐相比提高了40.59%～44.88%,分解温度高达806.90℃,是良好的高温蓄热介质。熔盐在纳米颗粒诱导下形成棒状纳米结构,比表面积和比表面能明显增大,从而使熔盐纳米流体的比热容显著提高。

介孔二氧化硅纳米颗粒经氧化应激所致肾细胞毒性及GSK-3β在其中的作用

研究氧化应激及GSK-3β在介孔二氧化硅纳米颗粒(MSNs)诱导肾细胞毒性中的作用及机制,以及抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸(NAC)在此毒性中的保护作用。选用NRK-52E大鼠的肾小管上皮细胞,将其直接或用1μmol/L NAC预处理,然后暴露于400μg/mL MSNs中。采用MTT法测定细胞活力,采用JC-1荧光染色法检测线粒体膜电势,采用western blot法检测GSK-3β等蛋白水平,并测定抗氧化物SOD、GSH和CAT活性。NRK-52E细胞暴露于MSNs内24 h即出现严重的细胞毒性,其IC_(50)为(438.6±7.1)μg/mL。400μg/mL MSNs作用24 h后,细胞的存活率下降到47.57%±2.03%,胞内SOD、GSH、CAT活性水平分别下降到39.74%±2.23%、51.42%±3.08%、46.05%±3.71%(P<0.001)。400μg/mL MSNs还可显著活化GSK-3β,崩解线粒体ΔΨ_m,促进线粒体Cyt C漏出,并剪切激活Caspase-3,引起细胞死亡(P<0.001);1μmol/L NAC干预后可显著缓解400μg/mL MSNs引起的这些变化(P<0.01)。MSNs通过激活GSK-3β信号通路来诱导肾细胞氧化应激损伤,NAC可以改善线粒体功能,提高细胞抗氧化能力,减轻此损伤。

载吲哚菁绿二氧化硅纳米颗粒的构建及其对宫颈癌HeLa细胞的杀伤作用

目的:构建载吲哚菁绿二氧化硅纳米颗粒(ICG@MSNs)并探讨其对宫颈癌HeLa细胞的杀伤作用。方法:通过模板法合成了介孔二氧化硅纳米颗粒(MSNs),并物理包载光热剂吲哚菁绿(ICG),制备具有光热效应的ICG@MSNs,并将其应用到HeLa细胞的体外研究中。结果:ICG@MSNs的粒径约200nm,粒径均一,为形态规则的球形。ICG@MSNs与单纯的ICG具有类似的光热效应。细胞内吞实验显示,ICG包载于二氧化硅纳米颗粒后更易被肿瘤细胞内吞,进而发挥光热作用杀死宫颈癌HeLa细胞;细胞毒性实验表明,在808nm激光照射下ICG@MSNs对细胞毒性作用明显增加,可以显著杀死宫颈癌HeLa细胞。结论:ICG@MSNs稳定性和生物相容性良好,同时具有良好的产热性能,肿瘤光热治疗效果明显,应用于宫颈癌治疗的前景良好。

pH/温度刺激响应型核-壳结构介孔二氧化硅纳米颗粒的设计与制备

首先将具有pH敏感特性的聚甲基丙烯酸二异丙胺基乙酯(PDPA)和靶向分子叶酸(FA)接枝到介孔二氧化硅纳米颗粒(MSNs)表面,合成了MSNs-PDPA-FA。然后将单体甲基-2-丙烯酸-2-(2-甲氧基乙氧基)乙酯(MEO_(2)MA)、聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯(OEGMA)与甲基丙烯酸二异丙胺基乙酯(DPA)通过原子转移自由基聚合(ATRP)反应制备了pH/温度双重响应型聚合物P(MEO_(2)MA_(90)-co-OEGMA_(10))-b-PDPA10。最后在pH=7.4的条件下将聚合物P(MEO_(2)MA_(90)-co-OEGMA_(10))-b-PDPA_(10)通过疏水作用自组装到MSNs-PDPA-FA的壳层来保护FA分子。通过粒径与透射率表征分析了该自组装体的pH/温度响应性能,并对该自组装纳米载体的体外释药动力学进行了研究。结果表明,该自组装体系能够灵敏地响应环境中pH与温度的变化。在正常生理环境下,48 h后的药物累计释放量不超过10%,而在pH=5.0、44℃下,药物48 h的累计释放量达到65%。

化学双疏、窄分布的二氧化硅纳米颗粒的制备研究

利用改进的Stober法制备平均粒径为350nm、分布均匀的二氧化硅纳米颗粒。利用氟代硅烷的硅烷化反应对纳米颗粒的表面进行氟化改性,使其表面能降低,达到利用化学成分而使表面疏水疏油的"双疏"效果。这种二氧化硅颗粒对极性和非极性溶剂都不浸润,可用于制备颗粒包裹石油醚的"粉状油"的结构。这种结构可以最大限度地包裹大量液体还能保持外观上的固态。