生物医用纳米材料对细胞的作用

目 录《纳米科学与技术》丛书序前目第1章 绪论 11. 1 基于扫描探针显微术观细胞微纳结构及生物过程 2 1. 2 单细胞检测与分析技术 4 1.2.1 先进光学方法 51.2.2 质谱等谱学方法 81.2.3 电化学与电磁探极技术 91.3 细胞内生长与仿生制备纳米材 111.3.1 细胞中生长金、银等贵金属纳米颗粒 121.3.2 磁细菌与磁小体 151.3.3 细胞中生长化合物纳米颗粒 171.3.4 基于生物分子(仿生)合成纳米材料 181.4 人工纳米颗粒作用于细胞 20参考文献 21第2章 生物医用纳米材料的制备、特性与质量控制 33 2.1 具有生物医学应用前景的米材料 332.1.1 (贵)金属纳米颗粒 33 2.1.2 半导体纳米颗粒 34 2.1.3 磁性氧化物纳米颗粒 34 2.1.4 有机/聚合物纳米颗粒(含生物分子构建的纳米粒〕 34 2.1.5 碳纳米材料 342.2 生物医用纳米材料制备、表征与质量控制 342.2.1 化学组成 352.2.2 晶体结构与结晶度 35 2.2.3形状、尺寸及尺寸分布 36 2.2.4 表面修饰分子 36 2.2.5 等电点 36 2.2.6 聚集态 37 2.2.7 表面化学特性 372.2.8 光、电、磁等物理特性 37 2.2.9 稳定性 38 2.2.10 生物相容性 38 2.3 重要的生物医用纳米材料 382.3.1 贵金属纳米材料 38 2.3.2 金属氧化物、硫化物等无机化合物纳米材料 542.3.3 碳纳米材料 78 2. 3. 4有机纳米材料 892.4 生物医用纳米材料的体内制剂 96 2.4.1 纳米靶向制剂 96 2.4.2 透皮给药制剂 100 2.4.3 纳米制剂的体内外要求 103参考文献 108第3章 单细胞的操控、检测与分析 117 3.1 单细胞控制 1183.1.1 毛细管电泳 118 3.1.2 微流控技术 1193.1.3 光镊 1203.1.4 磁镊 121 3.1.5 电场 122 3.1. 6 声场 1233.2 胞结构的显微与分析 1243.2.1 光学显微术 125 3.2.2 电子显微术 132 3.2.3 扫描探针显微术 140 3.2.4 电化学阻抗显微镜 1433.3 单细胞的电学测量与分析 144 3.3.1 电化学方法 1443.3.2 细胞电生理技术 145 3.3.3微纳探极技术 1473.4 细胞结构和成分的质谱表征与分析 151 3.4.1 基底辅助激光解吸电离质谱 1513.4.2 二级离子质谱技术 1523.5 小结与展望 154参考文献 154第4章 基于微流控芯片的纳米材料细胞分析 1634.1 微流控芯片在细胞生物学中的应用 163 4.1.1 微流控芯片上的细胞分离、分选 164 4.1.2微流控芯片上的细胞培养 164 4.1.3微流控芯片上的单细胞分析 165 4.2纳米材料在微流控芯片细胞生物学分析中的应用 167 4.2.1碳纳米管、金等纳米材料 167 4.2.2量子点 171 4.2.3 其他 173参考文献 175第5章 细胞的三维培养及其显微成像与分析 179 5.1 细胞的微环境与三维培养 179 5.1.1 肿瘤细胞与细胞之间的作用 180 5.1.2 肿瘤细胞与细胞基质之间的作用 180 5.1.3 低氧诱导因子对肿瘤细胞的作用 180 5.2 肿瘤细胞三维培养的基质 181 5.2.1 细胞三维培养基质的定义 181 5.2.2 细胞三维培养基质的设计原则 181 5.2.3 细胞三维培养基质的种类 181 5.2.4 细胞三维培养基质的制备方法 182 5.3 三维培养在肿瘤研究中的应用 187 5.3.1 用于肿瘤细胞的药物评价 187 5.3.2 肿瘤干细胞的富集 190 5.3.3 用于肿瘤细胞侵袭转移的研究 190 5.4 细胞三维生长的显微成像与分析 191 5.4.1 以显微成像与分析技术研究细胞的三维生长 191 5.4.2 Micro-CT技术的发展现状 192 5.4.3 细胞团研究用Micro-CT系统的主要关键技术 194 5.5 小结与展望 197参考文献 198第6章 纳米材料与生物分子的作用 203 6.1 纳米材料与生物分子作用的影响因素 203 6.2 纳米粒子与蛋白分子的相互作用 204 6.3 纳米粒子与凝血因子的相互作用 204 6.3.1 凝血因子的组成和主要功能 2056.3.2 纳米粒子与凝血因子的相互作用 205 6.4 纳米粒子与核酸的相互作用 208 6.5 纳米粒子与生物分子的相互作用及其应用研究举例 209 6.5.1 金属纳米颗粒 2096.5.2 二氧化桂纳米颗粒 211 6.5.3 磁性纳米果页粒 212参考文献 213第7章 纳米材料对细胞膜的作用 218 7.1 纳米材料的跨膜转运及其机制 220 7.1.1 纳米材料的人胞方式和机制 220 7.1.2 纳米材料人胞后的代谢归宿 227 7.1.3 不同细胞摄取纳米材料的差异 228 7.2 纳米材料对细胞膜离子舰的影响 228 7.2.1 纳米材料对细胞膜钾通道的影响 228 7.2.2 纳米材料对钙通道的影响 232 7.2.3 纳米材料对钠通道的影响 232 7.2.4 纳米材料对氯通道的影响 232 7.2.5 纳米材料对超极化激活环核苷酸门控阳离子通道的影响 233 7.3 纳米材料对细胞膜离子泵的影响 233 7.3.1 纳米材料对恤Na -K -ATP酶的影响 233 7.3.2 纳米材料对钙泵和中枢神经递质的影响 234 7.3.3 纳米材料对细胞膜受体的影响 235 7.3.4 纳米材料对G蛋白的影响 235 7.4 纳米材料对神经细胞膜结构和功能的影响 236 7.4.1 纳米材料对突触传递和突触重塑的影响 236 7.4.2 碳纳米管在神经网络构建中的特殊优势和应用 236 7.5 纳米材料的膜毒性和膜相容性 237 7.5.1 纳米材料的膜毒性 237 7.5.2 纳米材料的性状和内吞对其膜毒性的影响 238 7.5.3 不同纳米材料的毒性差异以及不同生物种群对纳米材料毒性敏感性的差异 238 7.6 纳米技术在细胞膜功能蛋白质研究中的应用 239 7.6.1 纳米量子点技术用于研究膜蛋白循环 239 7.6.2 利用纳米技术研究内源性大麻素的人胞机制 2397.7 展望 240参考文献 241第8章 纳米材料作用于细胞膜的模拟研究 2468.1 引言 2468.1.1 细胞膜 246 8.1.2 纳米材料对细胞膜的作用机制及对细胞膜的影响 249 8.2 材料性质对纳米材料与细胞膜作用影响的模拟研究 252 8.2.1 尺寸 2528.2.2 形状 2538.2.3 表面电荷性质 253 8.2.4 亲疏水性质 2548.2.5 表面特异性修饰 255 8.2.6 浓度与聚集态 2568.3 医用纳米载体对细胞膜的作用仿真 256 8.3.1 树枝状大分子 257 8.3.2 聚合物胶束 258 8.3.3 脂质体囊泡 261 8.4 相关研究中计算方法及模型的研究进展 264 8.4.1 不同时空尺度的舰模拟方法 265 8.4.2 分子动力学方法理论及应用概述 2708.5 小结 279参考文献 280第9章 功能纳米材料及结构对细胞遗传特性的影响 286 9.1 纳米材料对细胞基因组的影响 286 9.1.1 纳米材料诱发遗传毒性的潜在机制 286 9.1.2 金属及金属氧化物纳米材料对细胞基因组的影响 288 9.1.3 非金属纳米材料对细胞基因组的影响 291 9.2 基因芯片技术在分析铁纳米材料基因毒性中的应用 301 9.2.1 基因芯片技术概况 301 9.2.2 基因芯片技术在分析铁纳米颗粒细胞效应中的应用 302 9.2.3 铁纳米颗粒对小鼠巨噬细胞基因表达谱的影响 304 9.2.4 铁纳米颗粒对两种小鼠细胞基因表达影响的比较 306 9.2.5 铁纳米颗粒对铁稳态相关基因表达的影响 312 9.3 问题与展望 315 9.3.1 纳米材料对细胞遗传特性评价的影响 315 9.3.2 检测方法对细胞遗传特性评价的影响 3179.3.3 展望 319参考文献 319第10章 纳米材料对细胞周期及特性的影响 33110.1 细胞周期 331 10.2 细胞周期调控的分子机制 333 10.3 纳米材料对细胞周期的影响 334 10.3.1 金属纳米颗粒 334 10.3.2 无机纳米颗粒 338 10.3.3 高分子纳米颗粒 340 10.3.4 功能化纳米材料 341 10.4 利用纳米材料雛细胞周期的应用 341 10.4.1 细胞周期与肿瘤治疗 342 10.4.2 利用纳米材料调控细胞周期在生物医学研究中应用 34210.5 小结 343参考文献 344第11章 纳米粒子对细胞信号通路的影响 34811.1 概述 34811.2 纳米粒子对信号通路影响的研究进展 35011.2.1 二氧化钛纳米粒子 35011.2.2 银纳米粒子 35211.2.3 磁性纳米粒子 35411.2.4 金纳米粒子 35511.2.5 碳纳米材料 35611.2.6 其他纳米粒子 35711.3 小结和展望 358参考文献 358第12章 生物医用纳米材料对单核吞噬细胞系统的作用 362 12.1单核吞噬细胞系统简介 363 12.2生物医用纳米颗粒对单核细胞的作用 366 12.2.1纳米金属材料 367 12.2.2无机非金属材料 372 12.3纳米颗粒对巨噬细胞的作用 37612.3.1 量子点 37612.3.2 纳米金 37812.3.3 纳米银 37912.3.4铁基磁性纳米颗粒 38112.3.5 脂质体材料 38312.3.6 其他纳米材料 38512.3.7 蛋白冠 385 12.3.8 巨噬细胞对纳米材料特殊的吞噬方式 38712.4 小结与展望 388参考文献 389第13章 纳米材料对细胞自噬的影响 394 13.1 细胞自噬简介 394 13.1.1 自噬是细胞维持自稳态的关键生物学过程 39413.1.2 完整自噬和非完整自噬 395 13.2 纳米材料的细胞自噬效应 40113.2.1 稀土纳米材料 403 13.2.2 半导体量子点 404 13. 2. 3 碳纳米材料 405 13.2.4 金属纳米材料 40513.2.5 有机纳米材料 406 13.2.6 其他纳米材料 40613.3 纳米材料诱导细胞自噬的生物安全性问题 407 13.3.1 细胞自噬不是细胞死亡的一种形式 407 13.3.2纳米材料诱导的细胞自噬与细胞命运的关系 407 13.3.3 通过调控纳米材料的理化性质及表面性能调控其自噬能力 408 13.4 纳米材料诱导细胞自噬效应的应用 409 13.4.1 诊疗一体化 40913.4.2肿瘤放化疗增敏 41113.4.3 提高抗原呈递效率 411 13.4.4 消除细胞内沉积物 41213.5 小结与展望 413 13.5.1 细胞如何识别纳米材料而启动自噬 414 13.5.2 纳米材料引发自噬早期信号通路的过程 41413.5.3 纳米材料在细胞中的命运 41513.5.4 自噬溶酶体命运 416参考文献 417第14章 碳纳米管对免疫细胞的作用及其在抗肿瘤免疫治疗中的应用前景426 14.1 巨噬细胞对碳纳米管的吞噬作用 42614.2 巨噬细胞对碳纳米管的免疫响应 428 14.3 碳纳米管的免疫刺激效应 433 14.4 碳纳米管的免疫效应对于抗肿瘤免疫治疗的意义 438 14.5 碳纳米管作为抗肿瘤疫苗载体的研究 44314.6 小结与展望 445参考文献 445第15 章纳米材料对神经细胞的作用 449 15.1 银纳米颗粒对神经细胞的影响 450 15.1.1 银纳米颗粒的安全评价与毒性作用研究 450 15.1.2 银纳米颗粒神经毒性作用机制 452 15.2 氧化铁纳米颗粒对神经细胞的作用 453 15.2.1 氧化铁纳米颗粒在神经系统疾病治疗中的应用研究 453 15.2.2氧化铁纳米粒子的毒性作用及机制 455 15.3碳纳米管对神经细胞的作用 458 15.3.1单壁碳纳米管的毒理学 458 15.3.2单壁碳纳米管对神经细胞的作用 458 15.3.3多壁碳纳米管对神经细胞的影响 46015.4 二氧化钛纳米颗粒对神经细胞的作用 46115.4.1 TiO2纳米颗粒的安全性评价 462 15.4.2 TiO2纳米颗粒对神经细胞作用的机制 462 15.4.3 TiO2纳米颗粒对神经细胞的作用 46315.5 硅纳米颗粒对神经细胞的作用 464 15.6 聚合物纳米粒对神经细胞的作用 466 15.6.1 可生物降解聚合物 46615.6.2 Tween80包被的纳米粒 46615.6.3 长循环纳米粒 46815.6.4 主动靶向纳米粒 46815.6 其他 469 15.7 纳米金应用于神经研究 470参考文献 472第16章 噬菌体在生物医药领域中的应用 47616.1 噬菌体的概述 476 16.1.1 噬菌体是一种以微生物为宿主的病毒体 47616.1.2 噬菌体的发现 47616.1.3 噬菌体的分布 47716.1.4 噬菌体的种类 477 16.1.5 噬菌体感染机理及侵染过程 479 16.2 噬菌体展示技术用于筛选相互作用分子 481 16.2.1 噬菌体展示原理 48116.2.2 噬菌体展示基本步骤 48216.2.3 噬菌体展本在研允中的应用 484 16.3噬菌体作为基因载体的研究 48516.3.1 ?噬菌体简介 48516.3.2 ?噬菌体生活史 48616.3.3 ?噬菌体的可取代区 48816.3.4 ?噬菌体的基因组特征 489 16.3.5常用的代表性?噬菌体载体 49016.3.6 ?噬菌体载体的克隆原理及步骤 49316.3.7 ?噬菌体作为基因载体的研究举例 494 16. 4 噬菌体与细胞相互作用及用于组织工程材料抗菌的研究 49416.4.1 M13噬菌体引导细胞生长 495 16.4.2 M13噬菌体用做组装纳米材料 49516.4.3 噬菌体用于抗菌试剂 496 16.4.4 M13噬菌体作为诊断试剂检测细菌 497 16.5 噬菌体鮮其他临細究 498 16.5.1 噬菌体用于肿瘤显影剂 498 16.5.2 噬菌体用于肿瘤疫苗 499 16.6 噬菌体纳米材料在生物医学中的应用前景 500参考文献 502索引 507

《生物医用纳米材料对细胞的作用》共16章，分为四个部分，第1部分主要介绍纳米生物学及技术的由来，特别是纳米表征测量与分析技术在纳米生物学研究中的重要意义与典型进展（第1章绪论）；第二部分介绍生物医用纳米材料与制剂的研究，尤其是细胞相关研究中需要特别重视的工具与方法（第2-5章）；第三部分从分子与细胞的不同层面介绍纳米材料对细胞作用的研究进展（第6-13章）；第四部分主要包括纳米材料对不同细胞作用的专述及其医学应用的探索等（第14-16章）。