量子点的合成、毒理学及其应用

作为荧光标记物,与传统的有机荧光材料相比,量子点具有更强的发射光强度和稳定性,并且量子点发射光的波峰位置仅受量子点半径大小的影响,因而在生物医学领域有着极大的应用前景.水溶性量子点作为一种生物亲和性材料,能够和各种生物大分子共轭连接,弥补了传统有机荧光材料稳定性差和激发光范围狭窄的不足.本文主要讨论了Ⅱ-Ⅵ族量子点的合成、毒性及其在生物医学领域的应用     

量子毒理学在药理学和毒理学上的潜在发展与应用

随着量子科学的发展以及新材料技术的出现,量子毒理学已成为毒理学研究领域的一个新的分支。量子毒理学主要研究药物、化学品和量子等的毒理作用机制。量子毒理学在药理学和毒理学领域有着潜在的发展前景。本文简介了量子毒理学的概念、研究方法以及其在药理学和毒理学方面的发展前景。化学反应的量子效应会增强毒理效应,这是预测量子和纳米化合物的毒性以及其他毒理机制的重点。量子毒理学研究外源物质与机体靶标分子之间的相互作用和结构-效应关系,采用量子化学、量子生物学和量子药理学等的理论和方法研究毒理机制及毒性防治方法。     

代谢组学在量子点毒性研究中的应用进展及前景

量子点是由Ⅱ～Ⅵ或Ⅲ～Ⅴ族元素组成的半导体纳米微晶体。因其独特的光电学特性,例如荧光强度高和稳定性好,被广泛应用于生命科学领域,用于荧光探针、药学研究、医学成像和生物芯片等。但是,由于应用较广的量子点成分通常含有重金属,研究者普遍认为量子点具有一定的毒性,因而通过毒理学研究来评价量子点的生物安全性对于量子点的生物学应用至关重要。代谢组学是利用分析化学方法来研究一个代谢组中小分子代谢相关物质的含量,以及内外因素导致其变化规律的学科。目前,越来越多的研究者将代谢组学应用于量子点毒性研究中,利用其生物标志物的特异性,为量子点毒性研究提供了新的思路和技术。应用代谢组学不但提高了纳米毒理学研究的完善度,更可以准确地研究某些以前在量子点低剂量暴露后无法发现的生化反应。本文重点阐述了代谢组学在量子点毒性研究中的应用进展及发展前景,为以后相关的研究方向和研究内容提供有价值的参考。     

掺氮碳量子点的制备及对偶氮类色素的荧光检测

以苯酚为碳源、乙二胺为氮源,采用一步水热法制备了水溶性的掺氮碳量子点(N-CQDs),用于偶氮类色素的荧光检测.首先对N-CQDs的形貌、组成和荧光特性进行了表征,然后研究了色素柠檬黄和胭脂红对N-CQDs体系显著的荧光猝灭效应,优化了实验条件.结果表明,该氮掺杂方法当苯酚-乙二胺摩尔比接近1∶1时,在N-CQDs表面可形成大量强供电子基团,有效提高了其荧光效率;柠檬黄、胭脂红对N-CQDs的荧光猝灭在5min内达到平衡,在磷酸盐缓冲溶液(pH=7.5)的条件下荧光猝灭效率最高,且均为静态猝灭.最佳条件下,柠檬黄浓度[Q]在0—80 nmol·L~(-1)范围内与N-CQDs体系的荧光猝灭程度(lgF_0/F)呈现良好的线性关系:lg F_0/F=0.0047[Q]-0.015,R~2=0.994,检出限为8.20 nmol·L~(-1);胭脂红浓度[Q]在0—40 nmol·L~(-1)范围内与N-CQDs体系的荧光猝灭程度(lg F_0/F)也呈现良好的线性关系:lg F_0/F=0.0252[Q]-0.0052,R~2=0.996,检出限为1.54 nmol·L~(-1).本研究为简便、快捷、灵敏地检测废水中偶氮类色素柠檬黄和胭脂红提供了新的方法.     

基于Mn∶ZnS量子点荧光共振能量转移法测定水体中孔雀石绿

以L-半胱氨酸(L-Cys)为稳定剂水相直接合成了高荧光性能的Mn∶ZnS量子点(Quantum dots,QDs),以Mn∶ZnS QDs作为能量供体,孔雀石绿(Malachite green,MG)作为能量受体,通过它们间的静电作用,建立了荧光共振能量转移(Fluorescence resonance energy transfer,FRET)体系,从而实现了对孔雀石绿的定量检测,孔雀石绿在5.0×10-8—1.0×10-6mol·L-1浓度范围内与Mn∶ZnS QDs量子点荧光强度的对数值呈良好线性,检测限为1.0×10-8mol·L-1,经过干扰实验及添加回收率实验证实,该方法具有良好的选择性,满足实际样品水体中孔雀石绿的检测分析.     

基于氮掺杂碳量子点的制备及其对Hg2+的响应

以乙二胺和抗坏血酸为原料,通过一步水热法制备了水溶性的氮掺杂碳量子点(N-CQDs).研究了N-CQDs的形貌特征、光学性能和应用分析.表征结果说明,N-CQDs形态为均匀分散的球形,有明显的晶格条纹,抗光漂白性能良好,表面富有含氧官能团,具有良好的水溶性.此外发现N-CQDs还具有优良的荧光性能和荧光稳定性,量子产率可以高达12.29%.分析得出,Hg²⁺对N-CQDs在1.0—120μmol·L^-1范围内有一定的猝灭效应,可作为Hg²⁺的荧光探针,检出限达230 nmol·L^-1.     

毒理学领域的新思维：功能基因组学在毒理学中的应用

功能医学要求应用国际上最先进的检查技术定量检查反应器官功能的各种分子,从而评估器官功能。将功能医学应用到毒理学研究中,必将更早发现环境中有害因素对人体的早期损害,因此它能够将毒理学研究推向一个新高度。     

FTIR在环境毒理学研究中的应用

傅里叶变换红外光谱(FTIR)作为一种常用化学分析方法,与多元统计分析方法相结合,可以识别生物分子的变化情况.红外光谱具有操作简单、快速、灵敏、样品无损等特点,逐渐在环境监测和污染物毒性效应方面被广泛应用.通过研究生物体受到外界胁迫时生物大分子在结构上的变化情况,可从分子水平揭示污染物的毒性效应及其毒性机制.笔者从FT...     

蛋白组学技术的发展及在水生态毒理学中的应用

作为后基因组时代重要的研究工具,蛋白组学技术的发展对水生态毒理学研究产生了巨大的促进作用。对近年来应用于水生态毒理学研究中的蛋白组学技术的发展历程和应用现状进行了全面的阐述。从蛋白提取、蛋白分离和鉴定、蛋白定量等方面对蛋白组学研究技术的发展进行了系统的介绍,重点介绍和比较了蛋白分离和鉴定技术中的基于胶的技术和非胶技术。在简介蛋白组学技术发展的基础上,以蛋白的识别和定量,特定功能蛋白的研究,蛋白相互作用研究这3个蛋白组学的研究方向为切入点,详细阐述了各类技术在水生态毒理学研究中的应用,如蛋白组学在阐明各种污染物对水生生物的毒性作用机制方面的应用,以及在水体污染状况的监测和评价方面的应用等。最后,指出了目前蛋白组学研究的不足,并有针对性地提出了水生态毒理学研究中蛋白组学的发展方向。     

斑马鱼及其胚胎在毒理学中的实验研究与应用进展

作为一种模式生物,斑马鱼具有很多其他模式生物所不具备的优点,已被广泛应用于生物学各领域,具有十分广阔的发展前景.论文首先介绍了斑马鱼的基因组学,包括正向遗传学、反向遗传学以及斑马鱼在药物研发和人类疾病研究中的应用;其次就斑马鱼在发育生物学中的应用进行了概述;最后,介绍了斑马鱼在毒理学各方面(急性毒性、内分泌干扰、发育毒性、神经毒性、血管研究和癌症研究)的应用进展.     

碲化镉量子点细胞毒性研究进展

随着纳米技术和纳米医学的飞速发展,越来越多的纳米材料应用于生物医学领域。量子点(QDs)作为一种新型的荧光材料在工业和医学领域有着广阔的应用前景,而碲化镉量子点(cadmium telluride quantum dots,CdTeQDs)是目前常用的一种QDs,其生物安全性引起了极大的关注。体内外的研究表明CdTeQDs可以对生物体造成损害。CdTeQDs的细胞毒性主要表现为细胞活力和生存率降低,细胞正常形态被破坏,基因突变,染色体畸变以及细胞凋亡的出现。而毒性机制的研究集中于活性氧(ROS)水平的升高,线粒体形态和功能的破坏,DNA受损和自噬作用等方面。笔者综述了CdTeQDs对体外细胞造成的毒性作用及其机制,旨在为CdTeQDs的生物安全性研究和更好的应用提供有价值的参考。     

碲化镉量子点暴露对小鼠凝血相关因子的影响

研究碲化镉量子点(cadmium telluride quantum dots, Cd Te QDs)对小鼠凝血相关因子的影响,进一步探讨QDs的心血管毒性机制。将48只雄性ICR小鼠随机分成6组,每组8只。分别使用不同剂量(0.15μmol·kg~(-1)、1.5μmol·kg~(-1)和15μmol·kg~(-1))的Cd Te QDs和生理盐水一次性经尾静脉注射染毒小鼠1 d,15μmol·kg~(-1)剂量的Cd Te QDs染毒3 d和7 d,检测小鼠血浆中凝血相关因子的含量变化。结果显示,与对照组相比,随着染毒剂量增加小鼠组织型纤溶酶原激活剂(t-PA)和纤维蛋白原(FIB)含量逐渐增高,组织因子途径抑制物(TFPI)含量逐渐降低,具有明显的剂量-效应关系。除15μmol·kg~(-1)剂量组外,组织因子(TF)、凝血因子XII(FXII)和纤溶酶原(Plg)含量具有升高的趋势,抗凝血酶Ⅲ(AT-Ⅲ)含量则无明显变化;随着染毒时间增加,TF、FXII、FIB、Plg和t-PA含量有明显的先升高后降低的变化趋势,TFPI含量在1 d达到最低,之后逐渐升高,AT-Ⅲ含量则在7 d达到最低。Cd Te QDs急性染毒可引起小鼠血浆中TF、FXII、FIB、TFPI、Plg和t-PA的含量明显改变,并且具有不同的变化趋势。提示Cd Te QDs可能会激活凝血系统和纤溶系统,抑制抗凝系统,从而引起凝血功能紊乱。     

碲化镉量子点Cd~(2+)释放对小鼠肝、肾组织毒作用的研究

探讨碲化镉量子点(cadmium telluride quantum dots,Cd Te QDs)Cd2+释放与其体内毒性之间的关系。将24只雄性ICR小鼠(24.7~26.8g)随机分为4组,每组6只,分别为0 nmol组(对照组)、5 nmol染毒组、50 nmol染毒组和500 nmol染毒组(以Cd2+的摩尔浓度计算)。采用尾静脉注射方式进行染毒,染毒组注射0.15 ml不同浓度的Cd Te QDs溶液,对照组注射同等体积的生理盐水。染毒24h后小鼠脱臼处死,计算脏器系数,进行血常规和血清生化指标分析以及肝、肾组织的病理组织学检查。选取金属硫蛋白(metallothionein,MT)作为生物体内游离Cd2+水平的生物标志物,通过酶联免疫吸附实验(ELISA)和免疫组织化学技术检测小鼠肝、肾组织中的MT水平。结果表明,各染毒组小鼠肝、肾脏器系数与对照组相比,差异无统计学意义(P0.05),尿素氮水平与对照组相比显著降低(P0.01)。随着染毒剂量增加,小鼠肝、肾组织病理改变逐渐加重,肝细胞可见不同程度的水性样变和肿胀;肾小管管腔水肿、肾上皮细胞水样变性,以及远曲小管水肿。染毒组小鼠肝、肾组织中MT的含量与对照组相比明显升高(P0.05),且随着染毒剂量增加MT表达增强。研究结果提示,Cd Te QDs对小鼠肝、肾组织具有一定的毒作用,其毒作用大小与Cd Te QDs降解释放的游离Cd2+含量呈正相关。     

碲化镉量子点诱导氧自由基产生的检测

随着量子点(quantum dots,QDs)在生物标记和医学影像等领域的应用日益广泛,其环境暴露量逐渐增加,深入探讨QDs的毒性机制具有重要意义。QDs通过产生活性氧(ROS)诱发毒性效应是目前普遍接受的毒作用模式。为了探讨量子点的毒性与所诱发的ROS的种类和数量的关系,选用碲化镉量子点(CdTe QDs和CdTe/ZnS QDs),利用电子顺磁共振技术(EPR)分别测定了CdTe QDs和CdTe/ZnS QDs在无细胞体系中诱导ROS产生的种类和强度;利用EPR法、紫外可见分光光度法和荧光分光光度法分别测定了4、20和100nmol·mL-1的CdTe QDs和CdTe/ZnS QDs对超氧阴离子(·O2-)和羟基自由基(·OH)产生的促进作用。实验结果显示,CdTe QDs可诱导·O2-的产生;CdTe QDs和CdTe/ZnS QDs对·OH与·O2-的产生有明显的促进作用,且具有剂量-效应关系。研究表明,量子点可诱导和促进ROS产生,不同结构量子点对ROS的诱导和促进作用不同。     

硫化镉量子点对人胚肝细胞L-02的毒性研究(Cadmium Sulfide Quantum Dots Induce Cytotoxicity in Human Embryo Liver Cells)

采用乳化液膜法自组合成硫化镉量子点(CdS quantum dots,CdS QDs),探讨CdS QDs的体外毒性作用及可能的作用机制.选用人胚肝细胞(L-02)作为细胞模型,采用不同浓度的CdS QDs(0.00、1.25、2.50、5.00、10.00、20.00、40.00μg·mL-1)对L-02细胞进行染毒.24h后,检测细胞内乳酸脱氢酶(LDH)释放量、谷胱甘肽(GSH)含量和超氧化物歧化酶(SOD)活力,并比较加入抗氧化剂N-乙酞半胱氨酸(NAC)后细胞存活率的变化,同时测定了细胞内外的镉离子浓度.结果表明,与空白对照组相比,CdS QDs单独染毒组细胞存活率显著降低(p<0.05或p<0.01);加入抗氧化剂NAC后,10.00、20.00、40.00μg·mL-1染毒组细胞存活率与单独染毒组相比显著上升(p<0.01).CdS QDs浓度为5.00μg·mL-1时,细胞内Cd2+的浓度略高于细胞外Cd2+的浓度,在其他浓度下,细胞外Cd2+的浓度均显著高于细胞内Cd2+的浓度.当作用浓度上升至10.00μg·mL-1时,人胚肝细胞内LDH含量显著增加,且随着作用剂量的升高,LDH含量逐渐增加.与空白对照组相比,40.00μg·mL-1CdS QDs染毒组SOD活力和20.00μg·mL-1CdS QDs染毒组GSH含量均显著降低(p<0.05).Cd2+易透过L-02细胞的细胞膜而进入细胞内,从而造成细胞损伤.氧化损伤可能是CdSQDs对L-02细胞毒性作用的机制之一.     

纳米硫化镉量子点细胞毒性作用机制

为初步探讨硫化镉量子点(CdS QDs)的细胞毒性作用机制,采用MTT毒性实验比较了CdS QDs和常规CdS对仓鼠肺细胞(CHL)的毒性效应以及细胞内外活性氧水平.结果表明,1)在较低暴露浓度(≤20μg·mL-1)时,CdS QDs细胞毒性显著高于常规CdS,而在较高暴露浓度(>20μg·mL-1)时,两者相差不大.2)在较低暴露浓度(≤40μg·mL-1)时,添加N-乙酰半胱氨酸(NAC)可显著降低CdS QDs的细胞毒性,而在较高暴露浓度(>40μg·mL-1)时,添加NAC对CdS QDs的细胞毒性没有明显影响.添加NAC对常规CdS细胞毒性没有显著影响.综合实验结果推测CdS QDs的细胞毒性与暴露剂量有关:在低浓度(<20μg·mL-1)时,主要是活性氧的氧化损伤作用;在中等浓度(20~40μg·mL-1)时,活性氧和Cd2+的释放共同作用;在高浓度(>40μg·mL-1)时,则是Cd2+的释放占主导地位.     

碲化镉量子点对小鼠肝脏超微结构及重要生物酶活性的影响

探讨了碲化镉量子点(cadmium telluride quantum dots,CdTeQDs)对小鼠肝组织超微结构及琥珀酸脱氢酶(succinate dehydrogenase,SDH)和三磷酸腺苷酶(adenosine triphosphatase,ATPase)活性的影响。将20只雄性ICR小鼠随机分成QDs染毒组和对照组,采用尾静脉注射方式进行一次性染毒,染毒组每只小鼠注射2μmol·kg-1体重的CdTeQDs(以Cd~(2+)的摩尔浓度计算)。每5只为一组分别在染毒后的1 d、3 d和7 d处死小鼠,另外5只注射生理盐水作为对照组。取部分肝组织在透射电镜下观察其超微结构变化并使用试剂盒测定肝脏中SDH、Na~+/K~+-ATP酶、Ca~(~(2+))/Mg~(2+)-ATP酶的活性。结果显示CdTeQDs暴露后染毒组小鼠肝细胞胞浆疏松,线粒体出现肿胀、空泡、嵴减少等结构变化,表明肝细胞受到损伤且染毒1 d后损伤最严重;肝脏中染毒组SDH活性与对照组相比显著降低(P0.05);染毒1 d后,Na~+/K~+-ATP酶和Ca~(2+)/Mg~(2+)-ATP酶活性与对照组相比显著升高,随着染毒后时间的延长,其活性呈现下降的变化趋势。单次量注射CdTeQDs能够引起小鼠肝脏损伤,抑制SDH活性,引起ATP酶活性改变,这些症状在暴露时间内呈现恢复趋势。     

硫化镉量子点与常规硫化镉对小鼠遗传毒性的比较研究

为比较硫化镉量子点(CdS quantum dots,CdSQDs)与常规硫化镉(CdS)对小鼠的遗传毒性作用,将30只昆明种健康雄性小鼠随机分为对照组、CdSQDs组和常规CdS组,通过经口灌胃法进行染毒,其中CdSQDs组和常规CdS组染毒剂量为100mg·kg-1,对照组为等体积的生理盐水.染毒35d后将小鼠处死,通过单细胞凝胶电泳观察外周血淋巴细胞DNA损伤情况,取小鼠一侧附睾观察精子畸形率,并取双侧肾脏做组织病理学检验.结果表明,与对照组小鼠比较,CdSQDs组和常规CdS组小鼠DNA损伤和精子畸形率均显著升高(p<0.05);CdSQDs组小鼠DNA损伤程度及精子畸形率均显著低于常规CdS组(p<0.05);组织病理切片观察显示,两种材料均可引起小鼠肾脏病变,但CdSQDs组小鼠病变程度明显轻于常规CdS组.以上结果提示,CdSQDs和常规CdS均会对小鼠产生一定程度的遗传毒性作用,但CdSQDs毒性低于相同剂量的常规CdS.     

碲化镉量子点对小鼠睾丸组织的氧化损伤（Effects of CdTe Quantum Dots on the Antioxidant Enzymes Activity and Lipid Peroxidation in Testes of Mice）

为探讨碲化镉量子点(CdTeQDs)对小鼠睾丸的急性氧化损伤作用,将20只雄性ICR小鼠随机分成4组:对照组、1d、3d、7d(3个不同时间组),采用尾静脉注射进行一次性染毒2.5μmol·kg-1CdTeQDs,对照组注射等体积生理盐水.染毒后对睾丸的脏器系数以及组织中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性,丙二醛(MDA)含量分别进行测定,从而检测CdTeQDs对睾丸组织的急性氧化损伤作用.结果显示,与对照组相比,随染毒时间的延长,睾丸脏器系数无显著性变化(p>0.05);GSH-Px和SOD活性随染毒时间的延长呈逐渐升高趋势;而CAT活性呈逐渐降低趋势,且与对照组差异显著(p<0.01);MDA含量显著高于对照(p<0.01),且随时间变化不大.CdTeQDs染毒可导致小鼠睾丸组织氧化损伤,其损伤程度与染毒时间之间具有一定的时间-效应关系.