生物效应与安全性

随着纳米科技的发展,越来越多的纳米材料被应用于生物医学领域。因其特殊的物理化学性质,纳米材料在进入生命体和环境以后,它们之间的相互作用与常规物质有很大不同。纳米医学材料的安全性评价以及生物效应研究已经成为研究的热点。

纳米颗粒与生物体的相互作用不仅取决于细胞的种类,还取决于颗粒的尺寸以及表面性质。因此我们考察了细胞培养液中的蛋白对带有不同官能团的硅烷修饰的单分散氧化铁纳米颗粒表面性质的影响。


The process of surface silanes functionalization of MNPs


Cellular uptake by SMMC-7721


Zeta potentials of (a) silanes-MNPs and (b) protein-silanes-MNPs

不同表面修饰氧化铁磁性纳米颗粒对SD大鼠主动脉平滑肌细胞的作用。


pH-dependent zeta potential curves


The thin-section TEM images of SMC incubated with 0.1 mg/mL of DMSA-MNPs for 24 h. a: Control SMC, b,c: SMC incubated with DMSA-MNPs. Arrows denote the MNPs or their aggregates


Cellular uptake of MNPs by smooth muscle cell (SMC). (a) 24 h; (b) 0.1 mg/mL DMSAMNPs; (c) 0.1mg/mL, 24 h

磁性纳米颗粒的表面电荷、聚集态对癌细胞摄取的影响研究


TEM


Hydrodynamic size


zeta potential


Cytotoxicity by MTT assay


TEM image of KB cells when incubation with (a) control, (b) DMSA@MNPs, (c) CS@MNPs, and (d) CSDMSA@MNPs for 24h.

纳米颗粒的放射增敏效应



小鼠尿样的核磁共振谱,不同代谢物为不同脏器病理改变的标志


单次灌胃后收集的24h尿液

采用目前国际上最新的三大组学(基因组、蛋白质组和代谢组学)技术平台,初步揭示了纳米铜致大鼠肝肾毒性的机制和寻找到纳米铜对大鼠毒性作用的靶器官是肝脏、肾脏和脾脏。

********以前的成果********

As2O3/Fe3O4复合纳米粒的制备与生物安全性评价

本课题研究目的为:①研究Fe3O4磁性纳米粒及As2O3/Fe3O4复合纳米粒的制备及表征;② Fe3O4磁性纳米粒及As2O3/Fe3O4复合纳米粒热动力学检测;③ Fe3O4磁性纳米粒及As2O3/Fe3O4复合纳米粒生物安全性评价。

具体研究内容包括:① 采用化学共沉淀法制备Fe3O4磁性纳米粒,采用浸渍法制备As2O3/Fe3O4复合纳米粒,运用透射电子显微镜(transmission electron microscope,TEM)、X射线衍射分析(x-ray diffraction,XRD)、扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM)、能谱仪 (energy dispersive spectrometer, EDS) 及图象分析等技术进行特性研究;②在交变磁场(alternating magnetic field,AMF)作用下观察不同浓度的Fe3O4及As2O3/Fe3O4纳米磁流体的体外升温情况;③ 采用MTT实验、溶血试验、微核试验、小鼠LD50 (median lethal dose)检测等方法评价Fe3O4磁性纳米粒及As2O3/Fe3O4复合纳米粒的生物安全性。

研究结果表明: ① 制备的Fe3O4磁性纳米粒表征:TEM检测显示Fe3O4磁性纳米粒为圆形、电子密度高、大小较一致、分散良好;图像分析仪粒径统计学分析其平均粒径约为20nm;EDS证实制备的Fe3O4磁性纳米粒只含有Fe与O两种元素;XRD显示制备的纳米粒子各衍射峰所对应的面间距(d值)与粉末衍射标准联合会(JCPDS)编制的代表物质为尖晶石型磁性Fe3O4的PDF(Powder Diffraction File)卡片d值吻合一致。② 制备的As2O3/Fe3O4复合纳米粒表征:TEM检测显示为圆形、分散良好;图像分析仪粒径统计学分析其平均粒径约为50nm;EDS证实制备的纳米材料含有As、Fe与O三种元素。③ 体外升温试验:在输出电流20A,输出频率230kHz的AMF作用下不同浓度的Fe3O4磁性纳米粒及As2O3/ Fe3O4复合纳米粒混悬液能升温到42℃~65℃,且加热40min后温度能恒定在某一水平不发生改变。④ L-929细胞MTT实验、溶血试验、微核实验证实Fe3O4磁性纳米粒无溶血作用、毒性低及无致畸致突变作用、符合生物材料的安全性要求,As2O3/Fe3O4复合纳米粒亦无溶血作用、无致畸致突变作用;小鼠LD50检测发现Fe3O4磁性纳米粒LD50为7.57g/kg,As2O3/Fe3O4复合纳米粒LD50为6.59g/kg,具有较广的安全值范围。

结论:① 应用化学共沉淀法及浸渍法已成功制备了Fe3O4磁性纳米粒和As2O3/Fe3O4复合纳米粒。② 制备的Fe3O4磁性纳米粒和As2O3/Fe3O4复合纳米粒具有良好的磁响应性及吸收磁能而升温的能力。③ 制备的Fe3O4磁性纳米粒和As2O3/Fe3O4复合纳米粒具有良好的生物安全性、可以进一步用于肿瘤热化疗。