- 學位論文
奈米碳球表面官能基團對細胞毒性影響之探討
The effects of different surface functionalized carbon nanoparticles on cytotoxicity
摘要
摘要 本文使用固態微波電弧法製備具有殼－核結構之石墨層－金屬鐵的磁性奈米碳球 (Fe@CNPs) ，尺寸為4~30 nm，並於石墨表面修飾上各種具有不同物理化學特性的高分子官能基團，並利用FTIR、TGA鑑定Fe@CNPs表面接上的官能基結構及數量，同時量測不同溶液中碳球的zeta potential來確認個別官能基化後其表面的有效電荷，並且探討這些奈米碳球在具有相同尺寸、材料化學組成的情況下，不同表面特性對於細胞毒性的效應。 在MTT細胞毒性測試實驗當中，採用HeLa細胞株並在兩種培養液條件中，利用MTT assay、AnnexinV-PE & 7-AAD螢光雙染法偵測細胞凋亡以及DCFH-DA偵測reactive oxygen species (ROS) 的產生來探討奈米碳球的表面特性對於細胞毒性的效應以及可能死亡途徑。在各項結果中我們發現不同培養液會改變奈米碳球的表面電荷，而表面為正電荷的奈米碳球對於HeLa cell有較顯著的細胞毒性，其中針對TMAEA、Imi.與AA修飾的碳球所做進一步細胞凋亡的偵測中，在1小時培養條件中發現這三種奈米碳球的刺激會使得細胞膜的通透性增加，尤其以Fe@CNP-Imi.引發的程度最為明顯；而48小時內引起的細胞凋亡比例以無血清條件下的Fe@CNP-TMAEA和Fe@CNP-Imi.較高，而這與MTT所得的毒性結果和細胞凋亡有高度關聯性。另外細胞內活性氧分子的偵測結果中，含血清培養液中血清蛋白本身具有抗氧化特性，這亦是造成碳球毒性較低的可能因素；在無血清培養液中，正電荷的Fe@CNP-Imi.引發細胞內大量ROS累積，並且在抗氧化劑N-acetyl cystein的情況下，可發現其對ROS的抑制使Fe@CNP-Imi.的細胞毒性大幅降低，顯示Fe@CNP-Imi.導致細胞死亡與其引發細胞內大量ROS的產生有高度相關，而Fe@CNP-TMAEA和Fe@CNP-AA引起的ROS比例則減少許多，與其細胞毒性關聯性較小。 而在Fe@CNP-Imi.和Fe@CNP-TMAEA做為基因轉染載體的應用當中，Fe@CNP-Imi.整體轉染效率明顯高於Fe@CNP-TMAEA，而DNA與Fe@CNP-Imi.的結合力較高且較強導致其可攜帶的DNA量較多為主要可能原因；另外持續提高DNA的混合比例時，反而使Fe@CNP-Imi.基因轉染效率降低，經由DNA結合量與表面電荷的測量與細胞凋亡比例的偵測，表面負電荷減少細胞攝取同時降低了細胞毒性，但也進而造成基因轉染效率下降為其中可能的原因。