（环境科学专业论文）碲化镉量子点和纳米二氧化钛对bsa和ctdna毒性作用的研究.pdf

t 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：盘硷孟 e l 期： 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 ，校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：起死合舌导师签名到拢l 奄 日期： a “ ， 一 ，0 一 ，l 山东大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 符号说明v i 第一章绪论1 l 纳米粒子概述2 1 1 纳米粒子的定义2 1 2 纳米材料的性质2 2 几种典型纳米粒子概述3 2 1 量子点3 2 1 1 量子点简介3 2 1 2 量子点的应用4 2 1 2 1 量子点在生物医学领域的应用4 2 1 2 2 量子点在化学分析领域的应用6 2 1 2 3 量子点在光电子等领域的应用7 2 1 3 量子点毒理学研究进展7 2 1 3 1 量子点进入人体的途径7 2 1 3 2 量子点对细胞毒性的影响8 2 1 3 3 量子点在生物体内的分布和转移9 2 1 3 4 量子点对机体的毒性作用机理的研究1 0 2 2 纳米二氧化钛1 2 2 2 1 纳米二氧化钛简介1 2 2 2 2 纳米二氧化钛的应用m 1 3 2 2 2 1 纳米二氧化钛在环保领域的应用。1 3 2 2 2 2 纳米二氧化钛在涂料领域的应用1 4 2 2 2 3 纳米二氧化钛在化妆品领域的应用1 4 2 2 3 纳米二氧化钛毒性研究进展1 5 2 2 3 1 体外实验中纳米二氧化钛毒性研究1 5 2 2 3 2 体内实验中纳米二氧化钛毒性研究1 6 3 靶分子概述1 7 3 1 蛋白质的基本资料1 7 3 2d n a 概述1 9 4 研究方法与技术1 9 4 1 荧光光谱技术2 0 4 2 紫外可见吸收光谱技术2 0 山东大学硕士学位论文 4 3 圆二色谱技术2 1 4 4 共振光散射技术2 2 5 本论文的研究目的与研究内容2 2 5 1 研究目的2 2 5 2 研究内容2 3 第二章碲化镉量子点对牛血清白蛋白毒性作用评价新方法的研究2 4 1 引言2 4 2 试验部分2 5 2 1 实验仪器2 5 2 2 实验试剂2 5 2 3 实验方法2 5 2 3 1 荧光光谱2 5 2 3 2 紫外光谱2 6 2 3 3 圆二色谱2 6 3 结果与讨论2 6 3 1c d t eq d s 对b s a 的荧光猝灭作用2 6 3 2b s a 结构的变化2 9 3 2 1 体系的吸收光谱的变化2 9 3 2 2 体系圆二色谱的变化3 0 3 3b s a 荧光猝灭方式的研究3 1 3 4 结合常数和结合位点的确定3 2 3 5c d t eq d s 与b s a 的作用力类型3 3 4 结论3 3 第三章谷胱甘肽修饰的碲化镉量子点对b s a 和c t d n a 的毒性作用3 5 第一节谷胱甘肽修饰的碲化镉量子点对b s a 的毒性作用3 6 l 实验部分3 6 1 1 仪器3 6 1 2 试剂3 6 1 3 实验方法3 7 1 3 1 荧光光谱分析法3 7 1 3 2 紫外可见分光光度法3 7 1 3 3 远紫外圆二色谱法一3 7 2 结果与讨论3 7 2 1g s h 修饰的c d t eq d s 对b s a 的荧光光谱的影响3 7 2 2g s h 修饰的c d t eq d s 剂量对b s a 的荧光猝灭作用3 8 2 3b s a 荧光猝灭类型的确定一3 9 n i ， 山东大学硕士学位论文 2 4 结合常数和结合位点的确定4 0 2 5 体系的吸收光谱4 1 2 6 体系的圆二色谱4 2 3 结论4 3 第二节谷胱甘肽修饰的碲化镉量子点基因毒性的研究4 4 1 实验部分4 4 1 1 仪器4 4 1 2 试剂4 4 1 3 实验方法4 4 1 3 1 荧光光谱4 4 1 3 2 共振光散射( r l s ) 光谱4 5 1 3 3 紫外光谱4 5 1 3 4 圆二色谱4 5 2 结果与讨论4 5 2 1c t d n a 剂量对c d t eq d s 荧光光谱的影响4 5 2 2c d t eq d s 浓度变化对c d t eq d s 基因毒性的影响4 6 2 3p h 值对c d t eq d s 基因毒性的影响4 7 2 4 单双链d n a 对c d t eq d s 荧光猝灭程度的影响4 8 2 5c d t eq d s 对c t d n a 紫外光谱的影响4 8 2 6c d t eq d s 对c t d n a 圆二色谱的影响4 9 3 结论5 0 第四章纳米二氧化钛对牛血清白蛋白的毒性评价方法5 1 1 引言5 l 2 试验部分5 1 2 1 实验仪器。5 l 2 2 实验试剂5 l 2 3 实验方法5 2 2 3 1 荧光光谱5 2 2 3 2 共振光散射光谱5 2 2 3 3 紫外光谱5 2 2 3 4 圆二色谱5 2 3 结果与讨论5 3 3 1 荧光光谱5 3 3 1 1 纳米t i 0 2 对b s a 荧光光谱的影响5 3 3 1 2 纳米t i 0 2 剂量对b s a 荧光光谱的影响5 3 3 2 共振光散射( r l s ) 光谱5 4 i l l 山东大学硕士学位论文 3 2 1 研究体系的r l s 光谱5 4 3 2 2 纳米t i 0 2 剂量对体系r l s 光谱的影响5 5 3 3 纳米t i 0 2 对b s a 紫外光谱的影响5 6 3 4 纳米t i 0 2 对b s a 圆二色谱的影响5 7 4 结论5 8 第五章全文总结与展望5 9 1 主要结论5 9 1 1c d t eq d s 对b s a 的毒性作用5 9 1 2c d t eq d s 对c t d n a 的毒性作用5 9 1 3 纳米二氧化钛对b s a 的毒性作用5 9 2 工作展望5 9 参考文献6 1 致谢7 1 硕士研究生期间发表学术论文目录7 2 i v 一 一 一t 山东大学硕士学位论文 c o n t e n t a b s t r a c t ( i nc h i n e s e ) l a b s t r a c t ( i ne n g l i s h ) i i i s y m b o ld e s c r i p t i o n i 、， c h a p t e r1 i n t r o d u c t i o n 1 1o v e r v i e wo fn a n o p a r t i c l e s 2 1 1d e f i n i t i o no fn a n o p a r t i c l e s 2 1 2p r o p e r t i e so fn a n o m a t e r i a l s 2 2o v e r v i e wo f t w ot y p i c a ln a n o p a r t i c l e s 3 2 1 q u a n t u md o t s 3 2 1 1i n t r o d u c t i o no fq u a n t u md o t s 3 2 1 2a p p l i c a t i o no fq u a n t u md o t s 4 2 1 2 1a p p l i c a t i o n so f q u a n t u md o t si nb i o m e d i c i n e 4 2 1 2 2a p p l i c a t i o n so fq u a n t u md o t si nc h e m i c a la n a l y s e 6 2 1 2 3q u a n t u md o ta p p l i c a t i o n si no p t o e l e c t r o n i c sa n do t h e rf i e l d s 7 2 1 3t o x i c i t yo fq u a n t u md o t s ：7 2 1 3 1w a y so f q u a n t u md o t sc o m ei n t ot h eh u m a nb o d i e s 7 2 1 3 2q u a n t u md o t sc y t o t o x i c i t y 8 2 1 3 3d i s t r i b u t i o na n dt r a n s f e ro f q u a n t u md o t si nv i v o 9 2 1 3 4t o x i cm e c h a n i s mo f q u a n t u md o t so nb o d y 一1 0 2 2n a n ot i 0 2 1 2 2 2 1i n t r o d u c t i o no fn a n ot i 0 2 1 2 2 2 2a p p l i c a t i o no fl l a n ot i 0 2 。1 3 2 2 2 1a p p l i c a t i o n so fl l a n ot i 0 2i ne n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n 13 2 2 2 2a p p l i c a t i o n so fn a n ot i 0 2i nd o p e 1 4 2 2 2 3a p p l i c a t i o n so fn a n ot i 0 2i nc o s m e t i c s 1 4 2 2 3t o x i c i t yo fn a n ot i 0 2 1 5 2 2 3 1t o x i c i t yo f n a n ot i 0 2i nv i t r o 1 5 2 2 3 2t o x i c i t yo fn a n ot i 0 2i nv i v o ：1 6 3o v e r v i e wo ft a r g e tm o l e c u l e s 1 7 3 1b a s i ci n f o r m a t i o no fp r o t e i n 1 7 3 2b a s i ci n f o r m a t i o no fd n a 1 9 4r e s e a r c hm e t h o d sa n dt e c h n i q u e s 1 9 4 1f l u o r e s c e n c es p e c t r o s c o p y 2 0 4 2u v 二v i s i b l ea b s o r p t i o ns p e c t r o s c o p y 2 0 i 山东大学硕士学位论文 4 3c i r c u l a rd i c h r o i s ms p e c t r o s c r o p y 2 1 4 4r e s o n a n c el i g h ts c a r e r i n g 2 2 5p u r p o s ea n dc o n t e n to f t h es t u d y 2 3 5 ip u r p o s eo ft h es t u d y 2 3 5 2t h ec o n t e n to ft h es t u d y 2 3 c h a p t e r2n e ws t r a t e g yf o rt h ee v a l u a t i o no fc d t eq d st o x i c i t yt a r g e t e dt ob s a 2 4 1i n t r o d u c t i o n 2 4 2e x p e r i m e n ts e c t i o n 2 5 2 1 a p p a r a t u s 2 5 2 2 r e a g e n t s 2 5 2 3m e t h o d s 2 5 2 3 1f l u o r e s c e n c es p e c t r a 2 5 2 3 2u va b s o r p t i o ns p e c t r a 2 6 2 3 3c ds p e c t r a 2 6 3r e s u l t sa n dd i s c u s s i o n 2 6 3 1f l u o r e s c e n c eq u e n c h i n go fb s ac a u s e db yc d t eq d s 2 6 3 2b s as t r u c t u r ec h a n g e s 2 9 3 2 1e f f e c to f c d t eq d so nu va b s o r p t i o ns p e c t r ao f b s a 2 9 3 2 2e f f e c to f c d t eq d so nc ds p e c t r ao f b s a 3 0 3 3f l u o r e s c e n c eq u e n c h i n gm e c h a n i s m 3 1 3 4b i n d i n gc o n s t a n ta n db i n d i n gs i t e s 3 2 3 5t h ei n t e r a c t i o nf o r c e sb e t w e e nc d t eq d sa n db s a 3 3 4c o n c l u s i o n s 3 3 c h a p t e r3t o x i c i t yo fc d t eq d s m o d i f i e db yg s ht a r g e t e dt ob s aa n dc t d n a 3 5 s e c t i o n1t o x i c i t yo fc d t eq d sm o d i f i e db yg s ht a r g e t e dt ob s a 3 6 1 e x p e r i m e n ts e c t i o n 3 6 1 1 a p p a r a t u s 3 6 1 2r e a g e n t s 3 6 1 3m e t h o d s 3 7 1 3 1f l u o r e s c e n c es p e c t r a 3 7 1 3 2u va b s o r p t i o ns p e c t r a 3 7 1 3 3c ds p e c t r a 3 7 2r e s u l t sa n dd i s c u s s i o n 3 7 2 1e f f e c to fc d t eq d sm o d i f i e db yg s ho nf l u o r e s c e n c es p e c t r ao fb s a 3 7 2 2b s af l u o r e s c e n c er e s p o n s et oc d t eq d sc o n c e n t r a t i o n 3 8 2 3f l u o r e s c e n c eq u e n c h i n gm o d e 3 9 t t ， 十 一 一 山东大学硕士学位论文 2 4b i n d i n gc o n s t a n ta n db i n d i n gs i t e s 4 0 2 5u va b s o r p t i o ns p e c t r ac h a n g eo ft h es y s t e m 4 1 2 6c ds p e c t r ac h a n g eo ft h es y s t e m 4 2 3c o n c l u s i o n s 4 3 s e c t i o n2t o x i c i t yo fc d t eq d sm o d i f i e db yg s ht a r g e t e dt oc t d n a 4 4 1 e x p e r i m e n ts e c t i o n 4 4 1 1 a p p a r a t u s 。4 4 1 2r e a g e n t s 4 4 1 3m e t h o d s 4 4 1 3 1f l u o r e s c e n c es p e c t r a 4 4 1 3 2i 也ss p e c t r a 4 5 1 3 3u va b s o r p t i o ns p e c t r a 4 5 1 3 4c ds p e c t r a 2 1 5 2r e s u l t sa n dd i s c u s s i o n z 1 5 2 1c d t eq d sf l u o r e s c e n c er e s p o n s et oc t d n ac o n c e n t r a t i o n 4 5 2 2e f f e c to fc d t eq d sc o n c e n t r a t i o no nt h eg e n o t o x i ci n t e n s i t yr e s p o n s e 4 6 2 3e f f e c to f p ho nt h eg e n o t o x i ci n t e n s i t yo f c d t eq d s 4 7 2 4e f f e c t so fd s d n aa n ds s d n ao nt h eq u e n c h i n go fc d t eq d s f l u o r e s c e n c e z 1 8 2 5e f f e c to fc d t eq d so nu v a b s o r p t i o ns p e c t r ao fc t d n a 4 8 2 6e f f e c to f c d t eq d so nc ds p e c t r ao f c t d n a 4 9 3c o n c l u s i o n s 5 0 c h a p t e r4s t r a t e g yf o rt h ee v a l u a t i o no f n a n ot i 0 2t o x i c i t yt a r g e t e dt ou s a 51 li n t r o d u c t i 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1 0 3 和0 7 9 3 8 5 。通过对二者作用体系的 紫外光谱与圆二色谱进行分析，发现量子点使得b s a 所处的微环境极性发生变 化，使得b s a 骨架结构松散。 第二部分：利用荧光光谱、共振光散射光谱、紫外可见光谱、圆二色谱等实 验手段，研究了谷胱甘肽修饰的c d t eq d s 对b s a 和c t d n a 的毒性作用。研究 表明谷胱甘肽修饰的c d t eq d s 与巯基乙酸修饰的c d t eq d s 对b s a 的作用模式 较相似，但前者的稳定性较差，在引发b s a 结构松散的同时，自身荧光活性也降 低。同时，本章利用c t d n a 对c d t e - q d 的荧光猝灭程度( f o f ) 评价了c d t eq d 的基因毒性作用强度。研究发现，c d t eq d s 主要与c t d n a 外部磷酸根相结合， 同时c t d n a 对c d t eq d s 产生静态荧光猝灭。c d t eq d s 的加入能够使得c t d n a 的构象发生变化，在c d t eq d 浓度为5 o 1 0 - 7 m o ll - 1 ，p h 值在8 左右时，c d t e i 山东大学硕士学位论文 q d 对c t d n a 的基因毒性作用最强。 第三部分：通过荧光光谱、紫外可见光谱、共振光散射光谱、圆二色谱等光 谱学方法研究近生理条件下纳米t i 0 2 对b s a 的毒性作用。通过分析二者的共振 光散射光谱发现二者能够聚合，使得颗粒粒径增大，体系共振光增强。通过分析 体系的荧光光谱发现，纳米t i 0 2 使b s a 自身的特征荧光发生猝灭，并且这种猝 灭作用随着纳米t i 0 2 的浓度的增大而增强。这种猝灭作用主要是由于纳米t i 0 2 的加入改变了b s a 所处的微环境，使得b s a 骨架结构松散，荧光基团暴露在亲 水环境中；紫外吸收光谱和圆二色谱的试验结果进一步证实了这一结论。 本论文的研究成果表明，纳米材料进入机体后，不仅能够影响载体蛋白的构 象，还会与机体的遗传物质d n a 发生相互作用，从而显示出一定的基因毒性。 该结论在生物大分子水平上对评价纳米粒子的生物毒性提供了依据。 关键词：牛血清白蛋白( b s a ) ；小牛胸腺d n a ( c t d n a ) ；碲化镉量子点( c d t e q d s ) ；纳米二氧化钛( n a n or i 0 2 ) ；荧光；毒性作用机理 一 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t a tp r e s e n t ，l l a n o - m a t e r i a ld i s p l a y sa l la m a z i n gp o t e n t i a li na l m o s te v e r ya r e a s b e c a u s eo fi t s u n i q u ep h y s i c a la n dc h e m i c a lp r o p e r t i e s w i t ht h er e d u c t i o no f _ i p r o d u c t i o nc o s t sa n dt h ec o n t i n u o u sd e v e l o p m e n to fn e wt e c h n o l o g i e s ，m o r ea n dm o r e n a n o - m a t e r i a l sc o m ei n t op e o p l e sl i v e s ，b u tr e p o r t so ft h et o x i c i t yo fn a n o - m a t e r i a l s e m e r g ef o l l o w e d i nr e c e n ty e a r s ，n u m b e r so fs t u d i e ss h o wt h a tn a n o s c a l es u b s t a n c e s h a v ep o t e n t i a lb i o l o g i c a lr i s k t h e yc a nt r a v e lt h r o u g ht h eb l o o d b r a i n ，b l o o d - t e s t i sa n d o t h e rn a t u r a lb a r r i e r s ，a n dd oh a r mt oh u m a nh e a l t ht h r o u g hav a r i e t yo fw a y s ，s u c ha s b r e a t h i n g ，s k i nc o n t a c t ，e s o p h a g u s ，i n j e c t i o n s p r o t e i na n dd n aa r ei m p o r t a n tm a t e r i a lf u n d a t i o n so fl i f ea c t i v i t i e sa n dm a j o r c o m p o n e n to fl i v i n go r g a n i s m s v a r i o u st o x i ca n dh a r m f u ls u b s t a n c e sc o m ei i 】 h u m a nb o d i e so f t e ni n t e r a c tw i t l lt h e s eb i o l o g i c a lm a c r o m o l e c u l e st os h o wt h e i r h a r m f u l n e s s t h e r e f o r e ，s t u d yt h e i n t e r a c t i o nb e t w e e nn a n o p a r t i c l e sa n db i o l o g i c a l m a c r o m o l e c u l e s ( s u c ha sp r o t e i n s ，d n a ) a tf u n c t i o n a lm a e r o b i o m o l e c u l a rl e v e l ， r e s e a r c ht h ei n f l u e n c eo fn a n o p a r t i c l e so nb i o l o g i c a lm a c r o m o l e c u l a r s s t r u c t u r ea n d f u n c t i o nw i l lp r o v i d ei m p o r t a n tr e f e r e n c e sa b o u tt h et o x i c i t yo fn a n o m a t e r i a l so nt h 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