納米技術(shù)的快速發(fā)展使得人類在日常生活中接觸到納米材料的幾率大大增加。納米材料可以通過(guò)皮膚、呼吸道和消化道等途徑進(jìn)入人體內(nèi),引發(fā)后續(xù)一系列復(fù)雜反應(yīng)。這些納米材料在與免疫細(xì)胞和后續(xù)細(xì)胞作用時(shí),均可能穿過(guò)細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部。同時(shí),由于獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì),納米材料在生物成像、疾病診斷、藥物輸運(yùn)等方面具有重要應(yīng)用。這些基于納米材料的生物醫(yī)藥產(chǎn)品為了發(fā)揮效果也將頻繁地和細(xì)胞膜作用。因而,深入地理解納米材料與細(xì)胞膜的相互作用對(duì)于評(píng)價(jià)納米材料的安全性、指導(dǎo)基于納米材料的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用具有重要意義。本文針對(duì)低維納米材料與生物膜的耦合力學(xué)行為進(jìn)行連續(xù)體建模與分析。重點(diǎn)研究了納米材料的尺寸、形狀、變形剛度、細(xì)胞膜的表面張力、黏附強(qiáng)度等對(duì)納米材料與細(xì)胞膜作用的影響。本文主要研究工作包括以下六個(gè)部分:第一、針對(duì)基底支撐的碳納米管與細(xì)胞膜作用的情況,建立了考慮碳納米管徑向變形和碳原子之間的長(zhǎng)程范德華作用力的連續(xù)體模型,并基于此模型分析了碳納米管在基底支撐和細(xì)胞膜包覆雙重作用下的坍塌條件。結(jié)果表明,在細(xì)胞膜彎曲剛度較大且碳納米管與細(xì)胞膜黏附較弱的情況下,坍塌構(gòu)型為穩(wěn)定構(gòu)型。研究通過(guò)構(gòu)型幾何簡(jiǎn)化模型給出了系統(tǒng)坍塌的臨界... 

【文章來(lái)源】：大連理工大學(xué)遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２納米顆粒進(jìn)入人體內(nèi)的主要途徑ｍ??Ｆｉｇ．?１．２?Ｍａｊｏｒ?ｒｏｕｔｅｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｅｎｔｒｙ?ｏｆ?ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ?ｉｎｔｏ?ｔｈｅ?ｂｏｄｙ［１］??

．ｃ，ａｖｅｏｎ－）涉及到在質(zhì)膜的細(xì)胞質(zhì)側(cè)組裝成發(fā)夾狀的小窩蛋白覆蓋層，形的燒瓶狀細(xì)胞膜穴樣內(nèi)陷１５１］。目前已知依賴于網(wǎng)格蛋白和小窩蛋復(fù)雜的生物化學(xué)信號(hào)級(jí)聯(lián)［５２］。然而，研究人員對(duì)納米材料進(jìn)入細(xì)到生物化學(xué)信號(hào)傳遞的調(diào)控仍然知之甚少。如圖１．４（ｄ）所示，在作用（Ｃｌａｔｈｒｉｎ－Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ?Ｅｎｄｏｃｙｔｏｓｉｓ）中受體－配體的結(jié)合將觸被的凹坑”（網(wǎng)格蛋白）的聚集和形成１５３＇５４］。凹坑將自組裝成有多邊形籠子。網(wǎng)格蛋白的組裝還在囊泡縮頸的形成和納米顆粒包作用。依賴于網(wǎng)格蛋白的胞吞作用是病毒體進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部最常利白和小窩蛋白能夠?yàn)閮?nèi)吞作用提供額外的驅(qū)動(dòng)力，但是不依賴于內(nèi)吞作用仍然可以通過(guò)受體分子和配體分子的結(jié)合發(fā)生［５６￣５７］，如導(dǎo)胞吞作用。表面不帶有關(guān)聯(lián)配體分子的納米顆粒也可通過(guò)非特如圖１．４〇）所示。對(duì)于大尺寸的納米材料，如果與細(xì)胞膜的相互發(fā)生跨膜穿透［１４，５８＜１］。然而，在此過(guò)程中為了納米顆粒進(jìn)入細(xì)胞尺寸的孔洞，因而可能對(duì)細(xì)胞有害。小尺寸的納米材料和分子可穿過(guò)磷脂雙分子層進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，如圖１．４（ｇ）所示。??（ａ）?Ｐｈａｇｏｃｙｔｏｓｉｓ?（ｂ）?Ｍａｃｒｏｐｉｎｏｃｙｔｏｓｉｓ?（ｄ）?（ｅ）?（９）??

研究了碳納米管與真核細(xì)胞膜的相互作用，揭示了柱形一維納米材料進(jìn)入細(xì)胞的機(jī)理??［ｎｉ］，如圖１．９所示。對(duì)于端部帶有球帽的納米管，實(shí)驗(yàn)與模擬結(jié)果均表明納米管進(jìn)入??細(xì)胞的過(guò)程包括端部識(shí)別、旋轉(zhuǎn)和接近垂直進(jìn)入幾個(gè)階段。納米管最終進(jìn)入細(xì)胞的角度??由納米管－細(xì)胞膜界面處的彈性能，納米管旋轉(zhuǎn)和受體分子擴(kuò)散的相對(duì)時(shí)間尺度決定。??并且，這種端部進(jìn)入的機(jī)制被認(rèn)為是細(xì)胞攝入碳納米管受阻和毒性的關(guān)鍵誘導(dǎo)因素。??ａ?ａ?Ｔｏｐ?ｖｉｅｗ?Ｓｉｄｅ?ｖｉｅｗ?ｂ?Ｔｏｐ?ｖｉｅｗ?Ｓｉｄｅ?ｖｉｅｗ??匾圏ｉａＲｉＲ??漏■卞齡??圖１．９?一維納米材料進(jìn)入細(xì)胞的掃描電鏡圖和粗粒化分子動(dòng)力學(xué)模擬。左側(cè)圖中（ａ）為??碳納米管進(jìn)入小鼠肝細(xì)胞，（ｂ）為碳納米管進(jìn)入人體間皮細(xì)胞，（ｃ）中左右圖分別為金納米??線和青石棉纖維進(jìn)入人體間皮細(xì)胞［１１１］??Ｆｉｇ．?１．９?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ａｎｄ?ｃｏａｒｓｅ－ｇｒａｉｎｅｄ?ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｅｎｔｒｙ?ｏｆ?ｏｎｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ??ｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓ?ｉｎｔｏ?ｃｅｌｌｓ．?Ｉｎ?ｔｈｅ?ｌｅｆｔ?ｐｉｃｔｕｒｅｓ，?（ａ）?ｓｈｏｗｓ?ｔｈｅ?ｅｎｔｒｙ?ｏｆ?ｃａｒｂｏｎ?ｎａｎｏｔｕｂｅｓ?ｉｎｔｏ??ｍｕｒｉｎｅ?ｌｉｖｅｒ?ｃｅｌｌｓ

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
[1]低維納米材料與生物細(xì)胞相互作用模擬分析[D]. 李歡.大連理工大學(xué) 2018



本文編號(hào)：2912406