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行簡單介紹的基礎(chǔ)上，從富勒烯納米顆粒跨膜進入細(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)

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展和社會生產(chǎn)力的進一步提升，碳納米材料被廣泛應(yīng)用在社會生活的各個領(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，同時還具有超強的吸附能力，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，碳納米材料具有抗癌性能，通過清除生物體內(nèi)的自由基，實現(xiàn)對其神經(jīng)中樞形成保護作用，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入細(xì)胞

通常情況下，富勒烯納米顆粒不具備水較強的溶解性，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程也顯著加快。富勒烯納米顆粒以團聚的形式存在水溶液中，且生物細(xì)胞會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散作用實現(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，碳納米顆粒與生物細(xì)胞進行相互作用，實現(xiàn)了其衍生物與生物體內(nèi)DNA的有機結(jié)合，結(jié)合形成的團聚體能夠被生物細(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，能夠為抗癌藥品的研制提供一定的理論依據(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，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，實驗結(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，并通過肝臟進行排泄。同時，學(xué)者還通過實驗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，實驗結(jié)果表明，在給藥結(jié)束后的24小時，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)重點探究富勒烯納米顆粒與細(xì)胞的相互作用，同時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，通過實驗的方式，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)胞毒性作用機制的同步輻射初步研究[J].生物物理學(xué)報，2010，2612:1119-1129.[2017-08-17].