對碳納米材料的細(xì)胞生物效應(yīng)分析

孫詩禹 沈陽科技學(xué)院

對碳納米材料的細(xì)胞生物效應(yīng)分析

孫詩禹 沈陽科技學(xué)院

碳納米材料具有獨(dú)特的物理性質(zhì)和結(jié)構(gòu)，碳納米材料在醫(yī)藥學(xué)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，能夠有效醫(yī)療的水平，對促進(jìn)醫(yī)藥學(xué)的可持續(xù)發(fā)展，具有重要作用。本文在對碳納米材料進(jìn)行簡單介紹的基礎(chǔ)上，從富勒烯納米顆粒跨膜進(jìn)入細(xì)胞和富勒烯納米顆粒在細(xì)胞內(nèi)的分布和定位兩方面論述了碳納米材料的細(xì)胞生物效應(yīng)，以期為相關(guān)人士提供借鑒和參考。

富勒烯納米顆粒 細(xì)胞膜 生物效應(yīng)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和社會(huì)生產(chǎn)力的進(jìn)一步提升，碳納米材料被廣泛應(yīng)用在社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域，尤其在醫(yī)藥學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用成效最為顯著。與普通材料相比，碳納米材料具有小尺寸、高反應(yīng)活性的特點(diǎn)，同時(shí)還具有超強(qiáng)的吸附能力，將碳納米材料應(yīng)用于醫(yī)療行業(yè)，能夠有效增強(qiáng)醫(yī)療的能力和水平。因此，探究碳納米材料的細(xì)胞生物效應(yīng)，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 碳納米材料簡介

碳納米材料主要包含富勒烯納米顆粒、碳納米管、金屬富勒烯以及其他的衍生物。其中富勒烯主要由碳原子組成，金屬富勒烯是在碳原子基礎(chǔ)上形成的新納米材料。碳納米材料具有不溶于水的特性，因此，對其水溶性的研究一直是科學(xué)界的熱門研究話題。碳納米材料的細(xì)胞具有一定程度的毒性，能夠造成生物的脂質(zhì)過氧化。但同時(shí)，碳納米材料具有抗癌性能，通過清除生物體內(nèi)的自由基，實(shí)現(xiàn)對其神經(jīng)中樞形成保護(hù)作用，從而治療帕金森綜合癥等病癥。碳納米材料的特性是在體內(nèi)細(xì)胞的交互作用下形成的，要想探究碳納米材料細(xì)胞的生物效應(yīng)，就必須研究碳納米材料進(jìn)入生物細(xì)胞的方式，并明確碳納米顆粒在生物細(xì)胞中的分布和定位。

2 碳納米材料的生物學(xué)效應(yīng)

2.1 富勒烯納米顆粒跨膜進(jìn)入細(xì)胞

通常情況下，富勒烯納米顆粒不具備水較強(qiáng)的溶解性，只能在特定的環(huán)境中產(chǎn)生微小的溶解度，并且很難溶于水。由于富勒烯納米顆粒具有不溶于水的特性，使其很難與生物細(xì)胞進(jìn)行作用，因而，對碳納米材料的研究也受到一定程度上的限制，對碳納米材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的有效應(yīng)用形成阻礙。近年來，隨著對富勒烯納米顆粒衍生物水溶性的不斷發(fā)掘，并取得初步成效，有效拓寬了富勒烯的研究范圍，對氨基、多肽衍生物的研究進(jìn)程也顯著加快。富勒烯納米顆粒以團(tuán)聚的形式存在水溶液中，且生物細(xì)胞會(huì)受富勒烯納米顆粒形態(tài)和大小的影響而與其發(fā)生相互作用。

富勒烯納米顆粒利用碳原子的擴(kuò)散作用實(shí)現(xiàn)與生物細(xì)胞的結(jié)合。研究發(fā)現(xiàn)，富勒烯納米顆粒衍生物能夠迅速穿越磷脂膜，表明水分子與富勒烯納米顆粒衍生物存在相互作用。同時(shí)，碳納米顆粒與生物細(xì)胞進(jìn)行相互作用，實(shí)現(xiàn)了其衍生物與生物體內(nèi)DNA的有機(jī)結(jié)合，結(jié)合形成的團(tuán)聚體能夠被生物細(xì)胞胞吞，且釋放一定數(shù)量的DNA分子，使其能夠進(jìn)入生物細(xì)胞的細(xì)胞核，利用納米細(xì)胞的這一特性，能夠?yàn)榭拱┧幤返难兄铺峁┮欢ǖ睦碚撘罁?jù)。

2.2 富勒烯納米顆粒在細(xì)胞內(nèi)的分布和定位

碳納米材料研究學(xué)者經(jīng)過試驗(yàn)，合成了碳納米材料的衍生物，通過在小白鼠體內(nèi)注射的方式，研究了碳納米衍生物在生物體內(nèi)的代謝和分布，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，碳納米顆粒的衍生物迅速分布到小白鼠體內(nèi)的各個(gè)部位，尤其以肝臟器官聚集數(shù)量最多。研究結(jié)果表明了富勒烯納米顆粒的水溶性衍生物，能夠迅速通過血管壁，并通過肝臟進(jìn)行排泄。同時(shí)，學(xué)者還通過實(shí)驗(yàn)的方式研究了富勒烯納米顆粒衍生物在肝癌荷瘤鼠體內(nèi)的分布情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在給藥結(jié)束后的24小時(shí)，富勒烯納米顆粒衍生物在生物內(nèi)肝臟、骨骼、腎等部位的分布呈現(xiàn)依次遞減的趨勢。富勒烯納米顆粒衍生物在生物細(xì)胞內(nèi)定位在線粒體，能夠?qū)崿F(xiàn)對生物細(xì)胞內(nèi)自由基的清除，有效增強(qiáng)了生物細(xì)胞的抗氧化能力。

然而，由于科學(xué)研究手段的限制，對于不同富勒烯納米顆粒衍生物在細(xì)胞內(nèi)的分布情況和定位有所不同的原因，科學(xué)界尚未得出統(tǒng)一定論。部分學(xué)者認(rèn)為，與碳納米分子進(jìn)入生物細(xì)胞的方式有關(guān)，另一部分學(xué)者認(rèn)為，碳納米顆粒的大小才是影響細(xì)胞生物效應(yīng)的關(guān)鍵。還有少量專家認(rèn)為，富勒烯納米顆粒在生物細(xì)胞內(nèi)的分布規(guī)律導(dǎo)致了細(xì)胞生物效應(yīng)的不同。筆者認(rèn)為，對碳納米材料的細(xì)胞生物性研究是實(shí)現(xiàn)對納米材料有效應(yīng)用的關(guān)鍵。要探究碳納米材料的細(xì)胞生物效應(yīng)，應(yīng)重點(diǎn)探究富勒烯納米顆粒與細(xì)胞的相互作用，同時(shí)還用注重對富勒烯納米顆粒在細(xì)胞內(nèi)引起的生物反應(yīng)的研究。

通過以上研究發(fā)現(xiàn)，在分析碳納米材料的細(xì)胞生物效應(yīng)過程中，通過探究富勒烯納米顆粒進(jìn)入生物細(xì)胞的方式，能夠有效拓寬碳納米材料的研究范圍。在此基礎(chǔ)上，通過實(shí)驗(yàn)的方式，分析富勒烯納米顆粒在生物細(xì)胞內(nèi)的分布和定位，能夠促進(jìn)對碳納米材料抗氧化能力的有效應(yīng)用。因此，在分析碳納米材料的細(xì)胞生物效應(yīng)過程中，可以應(yīng)用上述方法。

[1]常雪靈，楊勝韜，趙宇亮.碳納米材料的同位素標(biāo)記及其在納米毒理分析研究中的應(yīng)用[J].中國科學(xué):化學(xué)，2016，4602:173-187.[2017-08-17].

[2]諸穎，林俊，黃慶.培養(yǎng)液中鈣對碳納米材料細(xì)胞毒性作用機(jī)制的同步輻射初步研究[J].生物物理學(xué)報(bào)，2010，2612:1119-1129.[2017-08-17].