单壁碳纳米管作用于脑微血管内皮细胞的原子力显微术研究

Characters)：Nanobiological effects and nanosafety is the core of sustainable development of nanotechnology. But so far, one of the outstanding problems is that the discovery of a complex series of toxicology, but the mechanism is still unclear.Because of special physicochemical properties of nanomaterials, when they are into the living body, the biologcial effects are very different compared with the bulk phase. The study of the biologcial effects of nanomaterials is actually to study the interactions between nanomaterials and biologcial system interface. And the first one is cell membrane. We here focus on the study of the interaction between single carbon nanotube and brain microvascular endothelial cells membrane using atomic force microsocopy in combination with other microscopic imaging methods. First, we study the effects of membrane morpholgy and cell elasticity by SWCNT by AFM fast imaging and force curve methods to explore the effects and regulations of cell microenviroment and function by nanomaterials. Then, we use AFM single molecular force curve to study the interation force between SWCNT and cell membrane.

纳米生物效应与安全性是纳米技术可持续发展的核心。目前已发现大量复杂的毒理学现象，但机制不清是该领域存在的一个突出问题。纳米材料特殊的物理化学性质，使得其进入生命体后，与生命体产生的生物效应较化学成分相同的常规物质有着明显的不同。纳米材料生物效应归根结底是主要研究纳米材料与生物系统界面之间的相互作用。其相互作用的第一环节是细胞膜。本题以单壁碳纳米管与脑微血管内皮细胞的相互作用为研究体系，利用原子力显微镜技术，结合其他显微成像方法对不同尺寸，不同电荷和表面修饰的单壁碳纳米管与细胞膜相互作用进行研究。首先通过原子力显微镜成像与力谱技术对不同性质碳管作用于细胞后，对其细胞膜结构及细胞本身粘弹性质进行探讨，探索纳米材料对生物体系的微环境和功能的影响和调控。其次，通过原子力显微镜单分子力谱结合荧光成像，研究碳管与细胞膜的相互作用及细胞内吞作用能力和内吞机制。

基于本课题之前提出的纳米材料与细胞膜相互作用机制不清的问题，选取了金纳米颗粒（AuNPs）为研究对象，以血管平滑肌细胞（VSMC）为模式细胞，以AFM为主要研究工具，结合其他显微手段（如共聚焦显微镜，环境扫描电镜等），围绕AuNPs对VSMC的相互作用展开，通过对其细胞活性，细胞形貌，骨架蛋白，标志性蛋白，细胞弹性，AuNPs与细胞膜的相互作用等性质的测定，确定AuNPs表面性质对VSMC作用的影响。首先，利用CCK8测定了不同AuNPs对细胞的毒性影响；其次，利用荧光免疫与环扫电镜观察了不同颗粒作用后对VSMC的表面形貌及各种特异性蛋白的影响，利用AFM力谱方法研究了颗粒作用后对细胞力学性质的改变；再次，通过AFM单分子力谱，研究了AuNPs与VSMC的相互作用。结果显示，不同表面修饰的金纳米颗粒其对细胞的影响有着明显不同，电荷，表面修饰，表面蛋白，细胞类型是纳米颗粒对细胞影响的重要因素。本课题在一定程度上从分子水平揭示了不同修饰的AuNPs对细胞影响的机制，不仅为纳米颗粒表面性质与细胞相互作用提供了更多的证据，同时为纳米颗粒对心血管疾病的治疗提供了新的思路，基本完成了课题的计定目标。本课题将原子力显微镜技术引入纳米材料生物效应与安全性的研究领域中，为该领域的更深入的研究工作，揭示纳米毒理学过程的分子机制提出崭新的思路和手段。