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纳米银的制备及其体外抗菌和抗肿瘤活性研究

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目录

摘要

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 制备不同形貌的纳米银粒子

1.2.1 物理法

1.2.2 生物学法

1.2.3 化学法

1.3 银系纳米材料的抗菌活性研究

1.4 银系纳米材料的抗肿瘤活性研究

1.5 银系纳米材料研究中存在的不足及其发展趋势

1.6 本课题的研究目的、意义及主要内容

第二章 CTAB体系制备纳米银粒子

2.1 引言

2.2 实验试剂及仪器

2.3 实验方法

2.3.1 制备纳米银粒子

2.3.2 纳米银粒子的分离

2.3.3 纳米银粒子的表征

2.4 结果与讨论

2.4.1 两种晶种粒径比较

2.4.2 以A晶种制备纳米银粒子

2.4.3 以B晶种制备纳米银粒子

2.4.4 不同晶种形成纳米银粒子的可能机制

2.5 小结

第三章 几种形貌纳米银粒子的制备与抗菌活性

3.1 引言

3.2 实验试剂及仪器

3.3 实验方法

3.3.1 制备纳米银立方体AgNPs-1

3.3.2 制各纳米银粒子AgNPs-2、AgNPs-3、AgNPs-4

3.3.3 纳米银粒子的表征

3.3.4 纳米银粒子的抗菌实验

3.4 结果与讨论

3.4.1 纳米银粒子的紫外表征

3.4.2 纳米银粒子的粒径分析

3.4.3 纳米银粒子的抗菌实验及可能机制

3.5 小结

第四章 纳米银粒子的制备、修饰与抗肿瘤活性

4.1 引言

4.2 实验试剂及仪器

4.3 实验方法

4.3.1 纳米银的制备

4.3.2 纳米银的修饰

4.3.3 纳米银粒子及复合物的表征

4.3.4 细胞实验

4.4 结果与讨论

4.4.1 纳米银粒子的表征

4.4.2 纳米银的修饰与红外分析

4.4.3 纳米银的细胞实验

4.4.4 纳米银复合物的细胞实验

4.4.5 纳米银复合物的抗肿瘤机制

4.5 小结

第五章 全文总结

5.1 主要结论

5.2 主要创新

5.2 需进一步完善的工作

缩写词简表

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

声明

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摘要

纳米银粒子(Silver nanoparticles,AgNPs)因为具有表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等而表现出独特的物理、化学和生物学性质,它们在多个领域中都有研究应用。因为不同形貌和尺寸大小的纳米银粒子会表现出不同的性质,因此制备形貌相同、尺寸均一的纳米银粒子具有重要的研究意义,这也是纳米银基材料研究领域中的一个难题。
  细菌感染是一种严重的感染性疾病,抗生素是其重要的治疗药物。随着抗生素滥用现象的日益严重,人们的健康受到很大的威胁。纳米银具有很好的抗菌能力且不易产生耐药性,可能是有效治疗细菌感染的一个新制剂。不同形貌的纳米银具有不同的抗菌活性,它们形貌与抗菌活性之间的关系仍不是很清楚,已有的研究表明:纳米银三角片的主要晶面是{111}晶面;纳米银球和纳米银立方体的主要晶面是{100}晶面;纳米银棒同时具有{111}和{100}晶面。以上纳米银粒子的抗菌活性不同,可能是因为它们含有不同的晶面结构所导致的,但仍不清楚含有{111}晶面多的纳米银粒子是否就具有更好的抗菌活性。
  肿瘤疾病具有很高的患病率和致死率,严重危害了人们的身体健康。化疗是治疗肿瘤的重要方法但是毒副作用明显,例如损伤正常细胞、没有选择性、毒性大、会产生耐药性等等。随着关于纳米银研究的逐渐深入,人们发现纳米银对肿瘤细胞具有良好的杀伤效果,在治疗肿瘤疾病中有很大的应用前景。但纳米银材料对于健康组织具有毒副作用,限制了其在医疗领域中的进一步应用,如何将纳米银基材料安全应用于肿瘤研究领域中是一个难题。
  针对上述三个问题,本论文主要从以下三部分进行研究:
  第一部分(第二章),在十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)体系中制备不同形貌的纳米银粒子,并研究其中的影响因素,以期获得单分散性较高的纳米银粒子。主要的实验结果有:
  a)以A品种制备纳米银粒子时,加入不同体积的CTAB后影响了硝酸银的浓度而得到不同分散性的纳米银棒。本实验加入15.0 mL的CTAB后得到单分散性较好的纳米银棒。
  b)以B品种制备纳米银粒子时,能够得到纳米银三角片,纳米银三角片如果以紧密的方式排列,会表现出与纳米银棒相似的两个紫外吸收峰;如果以疏松的方式排列,则表现出三个紫外吸收峰。
  c)以B晶种制备纳米银三角片时,CTAB浓度在0.1 M~0.035 M之间;NaOH浓度在9.0 mM~18mM之间;AgNO3浓度在0.18 mM~0.45 mM之间和晶种浓度在0.023 mM~0.0022 mM之间时能得到纳米银三角片。根据浓度不同纳米银三角片具有不同的尺寸和粒径分布。
  d)以B晶种制备纳米银粒子时,当Vc/Ag+的摩尔比较高(25~40)时,得到的纳米银三角片尺寸较小;当Vc/Ag+的摩尔比较低(5~20)时,得到的纳米银三角片尺寸较大。
  第二部分(第三章),比较纳米银立方体、纳米球、纳米棒、纳米三角片之间的抗菌活性,以期从另一角度证明含有{111}晶面多的纳米银粒子具有更好的抗菌活性。主要的实验结果有:
  a)制备了四种纳米银粒子AgNPs-1,AgNPs-2,AgNPs-3和AgNPs-4。AgNPs-1主要是纳米银球,AgNPs-2主要是银纳米立方体,AgNPs-3主要是纳米银短棒和纳米银球的混合物,AgNPs-4主要是纳米银长棒及一些纳米银三角片。
  b)抗菌实验表明:纳米银对于革兰阳性菌(金黄色葡萄球菌)的抗菌活性强于阳性对照药物物(环丙沙星),对于革兰阴性菌(大肠杆菌)的抗菌活性弱于阳性对照药物。
  c)AgNPs-1和AgNPs-2两种纳米粒子具有相似的抗菌活性。因为它们的粒径相近,和细菌的结合能力没有明显区别;而且两种粒子的主要晶面都为{100}晶面,具有相似的释放银离子能力。
  d)AgNPs-3和AgNPs-2表现出相似的抗菌活性。这是因为,虽然AgNPs-3中纳米银短棒具有{111}晶面,能够释放更多的银离子,但是纳米银棒的比表面积比纳米银球要小,和细菌的结合能力弱于纳米银球。综合考虑两者的影响,纳米银短棒和纳米银球的抗菌活性没有明显区别。
  e)AgNPs-4在四种纳米银粒子中具有最好的抗菌活性。因为纳米银三角片中{111}晶面不仅能够释放更多的银离子,还使得纳米粒子能更容易与细菌结合。
  第三部分(第四章),首次利用生育酚琥珀酸酯(α-TOS)和组氨酸修饰纳米银粒子,以期在提高纳米银抗肿瘤活性的同时减少纳米银的毒副作用。主要的实验结果有:
  a)制备了三种特定形貌的纳米银粒子,它们对乳腺癌细胞(MCF-7)、白血病细胞(K562)、肺癌细胞(A549)三种肿瘤细胞都具有良好的细胞毒性。
  b)使用α-TOS修饰以上纳米银粒子,红外分析显示AgNPs和α-TOS中环醚的CH2-O-CH2结合。高浓度α-TOS修饰的纳米银复合物在实验浓度范围中能够完全杀死肿瘤细胞MCF-7,同时对正常肝细胞HL7702的生物相容性有所提高;低浓度α-TOS修饰的纳米银粒子能够明显减少纳米银对于正常肝细胞HL7702的毒副作用,且不影响纳米银对MCF-7肿瘤细胞的杀伤作用。
  c)使用组氨酸修饰纳米银粒子,红外分析显示AgNPs和组氨酸中咪唑基的C-N结合。组氨酸修饰的纳米银复合物能够减少纳米银对于正常肝细胞HL7702的细胞毒性,且不影响纳米银对于MCF-7肿瘤细胞的杀伤作用。

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