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碳纳米管作为载体在生物医学中的应用 目录 TOC \o "1-9" \h \z \u 目录 1 正文 1 文1：碳纳米管作为载体在生物医学中的应用 1 1　功能化CNT进入细胞的机制 2 2　功能化CNT作为不同生物分子或药物进入细胞的载体 3 3　CNT的生物安全性 8 4　结语 9 文2：原子力显微镜在生物医学中的应用 9 1原子力显微镜工作原理 9 2原子力显微镜的应用 10 3AFM在染色体研究方面的进展 13 参考文摘引言： 14 原创性声明（模板） 17 文章致谢（模板） 18 正文 碳纳米管作为载体在生物医学中的应用 文1：碳纳米管作为载体在生物医学中的应用 碳纳米管（carbon nanotube，CNT）是由日本NEC公司的Iijima［１］于1991年发现的新型纳米材料，由碳原子形成的石墨片绕中心轴按一定的螺旋角卷曲而成的无缝、中空的管体。管子一般由单层（single-walled CNT，SWCNT）或多层（multi-walled CNT，MWCNT）组成。由于CNT具有良好的力学、电磁学和化学性能，目前在物理、化学和材料 科学 中已成为研究前沿，并在很多领域有了探索性的应用，如场致发射［２］、能量储藏［３］、分子电极［4］、原子力显微镜［５］等，但其不溶于任何溶剂的特性限制了其在生物医学中的应用。提高CNT的分散性和溶解性的方法主要分为两大类：第一类是非共价结合表面活性剂、核酸、多肽、多聚物或寡聚体；另一类方法是CNT的共价功能化，通过浓酸氧化截短或环加成作用在其表面或顶端连接有机分子，通过侧链分子间的相互排斥作用使其分散与溶解［６］。对CNT进行改性的过程称为CNT的功能化，功能化CNT可以进入细胞，并且其共价连接的侧链可以进一步与生物分子，如多肽、蛋白质、核酸以及药物等相结合；而且CNT本身就可以非共价结合多肽、蛋白质或核酸作为功能化的修饰基团，以上2个条件可使CNT成为载体并在生物医学领域广泛应用。 1　功能化CNT进入细胞的机制 荧光标记的胺基化CNT（ mg/mL）与人早幼粒白血病细胞 （human leukemian line，HL60）在37 ℃共培养1 h后，应用荧光显微镜可以看到细胞表面有较多的荧光聚集，更为重要的是细胞内也可看到荧光，这说明功能化的CNT能进入细胞内［７］。异硫氰酸荧光素（fluorescein isothiocynate, FITC）标记的胺基化CNT主要分布于细胞质，进入细胞核较慢；而肽结合的CNT可以快速的进入细胞核［８］。目前有关功能化CNT进入细胞的机制尚有争论，普遍认为有被动吞噬和主动穿透两种可能途径。Kam等［９］将FITC绿色荧光标记的胺基化SWCNT与HL60细胞共培育后，再用内含体特异的红色荧光标记物将内含体染色，荧光显微镜可以观察到细胞内红、绿两种颜色叠加的黄色荧光标记物，提示功能化CNT是通过细胞内吞作用进入细胞的。降低共培养温度至4℃细胞内就没有荧光，提示低温能抑制细胞内吞作用。进一步的研究表明CNT携带生物分子进入细胞是通过网格蛋白依赖性细胞内吞途径，而与细胞膜内陷途径无关［９］。Bottini等［１０］研究也认为CNT是通过细胞内吞作用进入Jurkat 细胞的，而且可以被CD3受体介导的细胞内吞作用放大，但不进入细胞核。而Pantarotto等［１１］将胺基化SWCNT（ mg/mL）与HeLa细胞共培育1 h后以环氧树脂包埋制成超薄切片，通过对连续切片的细致观察可以看到CNT穿过细胞膜的过程，所以认为有一定刚性和长度的CNT并非通过细胞内吞作用进入细胞，而是象一根针一样主动地刺穿细胞膜进入细胞而不引起细胞的损伤。Bianco等［８］也认为可以排除细胞内吞作用，因为应用叠氮化钠或2,4－二硝基酚抑制细胞内吞作用或降低培养温度至4 ℃，并不能抑制细胞摄入不同的CNT。最近的分子动力模型数据显示疏水的CNT连接亲水基团后可以主动地插入脂质双分子层［１２］。功能化CNT进入细胞的不同机制和在细胞内的不同分布也许取决于CNT的不同功能化基团。 2　功能化CNT作为不同生物分子或药物进入细胞的载体 多肽、蛋白质　螺旋形的多肽具有两性分子的特点，因此可以通过疏水作用与CNT结合形成可溶性的超分子聚合物［13］，功能化的CNT带正电荷的侧链也可以通过正负电荷引力结合多肽或蛋白质。原子力显微镜可以直接观察到蛋白质在功能化CNT表面的聚集，蛋白质单体在CNT表面的间距约为20～100 nm，Kam等［14］形象地将其描述为“麦穗样”结构。通过比较细胞色素C、牛血清白蛋白蛋白质A与羧基化CNT的结合图像，发现细胞色素C的聚集最多，而其等电点约为，另外两个蛋白质的等电点均<7，