墨鱼骨有机质材料在组织工程与生物传感领域的应用研究

摘要

几丁质(Chitin)及其衍生物是一类生物来源的天然高分子材料，具有良好的生物相容性、可降解性和低抗原性，并且能够被加工形成包括凝胶，薄膜，纤维和海绵状等各种形态。这些优良的特性使其在生物医学领域具有广泛的应用，如创伤愈合，组织工程支架，药物载体和制备纳米复合材料等。作为天然高分子材料，几丁质及其衍生物在自然界中的丰富程度仅次于纤维素，是真菌类和无脊椎动物体内的关键物质，甚至也存在于部分脊椎动物体内。值得注意的是，生物体内的几丁质材料往往是具有自然形成的微观有序结构的复合材料，具有独特的光学和力学性质，是极具应用前景的新型功能材料的合成原料和模板。
　　 金纳米棒(Gold Nanorods)作为一种典型的各项异性贵金属纳米材料，在具有贵金属纳米材料的共同特点的同时，还具有其独特光学性质和化学性质。最突出的一项是其具有可调的表面等离子共振(Surface Plasmon Resonance，SPR)。不同于各项同性的金属纳米颗粒，金纳米棒的表面等离子共振峰分为横向(Transverse SPR)和纵向(Longitudinal SPR)两个，其中LSPR的位置与金纳米棒的长径比(Aspect Ratio，AR)直接相关。而不同长径比的金纳米棒的合成在技术上已经成为可能，使得金纳米棒的SPR性质能够得到充分得利用。本文将墨鱼骨这种天然生物硬组织材料脱钙，得到其中的有机质成分(Cuttlebone DerivedOrganic Matrix，CDOM)。CDOM以B几丁质为主要成分，具有微观多孔结构，具有天然几丁质材料共有的各项优良特性，正符合组织工程支架材料与纳米复合基底材料的要求。基于这些特性，本文从组织工程和生物传感两个方面研究了CDOM在生物医学领域的应用前景。
　　 具体工作如下：
　　 1.CDOM的提取与组织上程性能评价。通过酸处理法，结合负压条件，从新鲜墨鱼骨材料中提取了墨鱼骨有机质材料CDOM。利用NIH-3T3小鼠成纤维细胞，以MTT法，通过不同浸提液、共培养等形式检测了CDOM的生物相容性。利用多聚赖氨酸，鼠尾胶原等材料对CDOM就行表面修饰，以增强其与细胞的相互作用。将修饰后的CDOM材料作为细胞的培养基底，将NIH-3T3细胞以及从小鼠肝脏中提取的肝实质细胞Hepatocytes接种于该基底上，观察细胞的贴附与生长情况，评价CDOM作为组织工程支架材料的应用前景。
　　 2.金纳米棒与CDOM复合物GNRs-CDOM的制备与表征。利用CDOM的高表面积与富含氨基的表面化学特性，将其作为一种附着基底，通过晶种诱导的两步合成法在CDOM上原位合成了金纳米棒材料。晶种的形成和金纳米棒的生长两个步骤均在CDOM基底上原位进行，CDOM作为载体与稳定剂。并且CDOM上的几丁质成分在这一过程中也提供了部分的还原力，而主要的还原剂为抗坏血酸(Vc)。使用紫外-可见-近红外(UV-vis-NIR)分光光度计和扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope，SEM)对制备出的复合物的光学性质和表面形貌进行了表征。讨论了生长溶液的配比对产物形貌与性质的影响。
　　 3.GNRs-CDOM的表面增强拉曼(Surface Enhanced Raman Scattering，SERS)性质研究。GNRs-CDOM复合物兼具有CDOM的透光性与GNRs的表面等离子共振特性。在此基础上将复合物作为一种光学检测基底，以1-萘硫醇(1-NAT)和尼罗蓝A(NBA)作为信号分子评价了其SERS性能。比较了带有不同形貌的金纳米棒的复合物SERS性能的差异。进一步利用该复合物的SERS，获取了一种实际细胞样品肝癌细胞HepG2的拉曼光谱，评价了该复合物用于实际样品SERS检测的性能。