C60及其衍生物粗粒化分子动力学模拟
摘要：随着纳米技术的迅猛发展和纳米材料的广泛应用,越来越多的人开始关注并研究纳米材料的环境安全性,特别是生物 毒性。在介绍碳纳米材料的基础上,分析了碳纳米颗粒进入生物体的可能途径及在生物体内的迁移和分布,重点综述了碳纳米材料 的生物毒性效应及致毒机制方面的研究进展,并展望了碳纳米材料生物毒性领域的研究方向。
关键词: 纳米技术; 纳米颗粒; 生物毒性; 效应
纳米技术是当前生物医学研究的热点。纳米颗粒应用于临床疾病诊断和治疗时，和细胞的相互作用是研究的关键问题，包括细胞的粘附作用，细胞对颗粒的跨膜吸收，颗粒在细胞内的分布转运等。其中，人们主要关心是设计的纳米颗粒如何才能相对容易的进入靶细胞， 以及潜在的风险，如细胞毒性等。只有充分了解这些相关作用的基础上，才能使纳米颗粒高效的被靶细胞摄取，并尽量减少对正常细胞的毒性作用，加强对肿瘤细胞的杀伤等，从而更有效地应用于临床。
纳米尺度材料是至少在一个维度上介于1~100 nm的材料。 与相同化学组分的大块材料相比, 纳米尺度材料往往展现出奇特的光学、电学、力学和化学性质。比如石墨烯和碳纳米管的电学、力学性能, 金纳米颗粒的光学和化学性能等。这些卓越的性能不仅增加了其在工业方面的应用, 也使得它们在生物医疗领域有着巨大的应用前景。 譬如, 癌症药物由于其低溶解度和较差的生物相溶性而限制了它的临床应用。发展药物缓释系统, 定向地靶向癌细胞并释放药物成为一种有效的解决手段。 纳米颗粒由于其较小的尺寸和较高的比表面积成为药物缓释载体的首要候选者。它们能够携带药物或者成像剂有效地进入病灶位点, 用来诊断和治疗疾病。一系列的纳米颗粒, 如二氧化硅颗粒、金纳米颗粒、聚合物纳米颗粒, 都展现出在生物医疗领域的巨大应用前景。然而, 在药物输运的过程中, 也有较多的问题需要关注。首先颗粒必须具有良好的分散性, 能够在血液中较长时间地循环并且避免在调理素作用(opsonization)下被巨噬细胞所吞噬。其次通过颗粒表面修饰的特定配体或局部环境因素的调控, 颗粒能够靶向癌细胞, 并越过细胞膜这一障碍进入细胞内部。这一过程主要通过细胞内吞作用来实现。之后, 内吞的颗粒需要在核内体中分离出来以避免被溶酶体分解。后颗粒将药物释放到细胞质或细胞器中, 以起到杀灭癌细胞的作用。我们发现此系列过程中, 纳米颗粒高效、准确地靶向癌细胞并内化进入细胞显得特别重要。正是基于这一背景, 我们需要更好地研究、理解细胞与纳米颗粒之间的交互作用。
同时, 随着工业化生产和应用纳米材料的快速增加, 它们对生态环境以及人类健康的影响也不容忽视。 除了工业生产释放到环境中的纳米颗粒, 我们的个人用品如化妆品、洗发水、防晒霜、纺织品中也含有纳米材料。 通过皮肤渗入、呼吸系统、消化系统、或静脉注射等方式进入人体血液循环系统后, 纳米颗粒还可能进入人体的不同组织器官, 与不同的生物大分子接触, 从而可能带来生物安全性问题。
纳米颗粒主要通过内吞和渗入的方式进入细胞。大量的实验和理论分析表明, 颗粒的尺寸、形状、化学性质、表面结构、颗粒弹性性能、表面修饰、表面电荷分布等直接影响其与细胞的交互作用。 理解这些因素在两者交互作用中的角色, 可以帮助我们更好地设计应用于工业和生物医疗领域的纳米材料, 使之成为安全、有效的载体。
1 碳纳米材料
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