【摘要】：二維(2D)氧化石墨烯(GO)和二硫化鉬(MoS2)納米片作為良好的光熱劑而作為抗腫瘤藥物的潛在載體,已被廣泛地研究和應(yīng)用。這兩種納米材料的發(fā)展大大促進(jìn)了診斷治療、能源轉(zhuǎn)換和水清潔等方面研究的發(fā)展。對(duì)于它們的空間熱效應(yīng),已經(jīng)在生理溫度和熱療溫度范圍內(nèi)(37-46℃)展開了較為深入的探索。調(diào)控這些納米片的空間熱分布,對(duì)低溫下(-196至37 ℃)的生物材料的微結(jié)構(gòu)控制則有更深遠(yuǎn)的應(yīng)用,這些應(yīng)用包括仿生的冷凍微鑄造、食品和藥品的凍干和生物材料的低溫保存等。然而,GO和MoS2納米片的熱效應(yīng)在低溫下的應(yīng)用還未被充分探索過(guò)。在本研究中,我們利用GO和MoS2納米片的近紅外激光誘導(dǎo)光熱效應(yīng),來(lái)研究其對(duì)生物樣品在復(fù)溫過(guò)程中抑制冰核形成和冰晶生長(zhǎng)的影響。采用此方法,快速的降溫到-196 ℃深低溫的細(xì)胞被成功的回收,有著高存活率和完整的生物學(xué)功能。這些納米片的光熱效應(yīng)從來(lái)沒(méi)有被應(yīng)用到低溫保存中從而獲得足夠快的升溫速度來(lái)減少?gòu)?fù)溫過(guò)程中的再結(jié)晶。為了解決低溫保存中的再結(jié)晶問(wèn)題,我們利用了納米片的光熱效應(yīng)。在研究過(guò)程中,我們采用化學(xué)合成和水熱法分別合成了 GO和MoS2納米片,利用他們的光熱效應(yīng)成功的實(shí)現(xiàn)了人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(HUVECs)的復(fù)溫。針對(duì)所采用的808 nm近紅外激光,我們自主搭建了一套激光輻射裝置來(lái)更好地實(shí)現(xiàn)激光能量脈沖對(duì)實(shí)驗(yàn)樣品的作用。同時(shí),為了提供對(duì)樣品冷凍和復(fù)溫過(guò)程的更全面的評(píng)估,我們使用有限元方法來(lái)研究在水浴復(fù)溫和激光照射下塑料麥管內(nèi)細(xì)胞樣品的傳熱。實(shí)驗(yàn)和模擬結(jié)果都表明,細(xì)胞懸液中的GO和MoS2納米片可以顯著提高冷凍速率并有效地降低復(fù)溫過(guò)程中的反玻璃化和再結(jié)晶。此外,我們還研究了兩種納米片在不同濃度和不同激光輻射能量下對(duì)細(xì)胞懸液樣品保存效果的影響。結(jié)果表明,808 nm激光分別作用在0.03%(w/v)的GO和0.06%(w/v)的MoS2濃度下,對(duì)細(xì)胞玻璃化冷凍保存具有最佳的效果。GO和MoS2納米片作為光熱劑來(lái)實(shí)現(xiàn)空間上均勻加熱是一個(gè)有前景的方法來(lái)提高很多細(xì)胞系的低溫保存效果。因此,我們提供了一種基于納米片光熱效應(yīng)的有效方法來(lái)控制玻璃化生物樣品在復(fù)溫過(guò)程中的結(jié)晶行為,這可能在材料科學(xué)和生物工程中具有廣泛的應(yīng)用。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：R318.08;R73-3

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2634637