纳米材料与细胞作用

纳米材料与细胞作用（共8篇）

篇1：纳米材料与细胞作用

上转换发光纳米材料是一种由低能量的近红外光激发发射出高能量可见光的发光材料，大部分是镧系元素掺杂的上转换纳米粒子。上转换发光材料有很多独特的优点: 毒性小、化学稳定性高、光稳定性好、发射和吸收带狭窄、荧光寿命长，另外由近红外激发发光有较深的光穿透深度、对生物样本和生物组织几乎无损伤、无背景荧光、耐光漂白。这些优异的特性使上转换发光纳米粒子在生物荧光标记染料、药物载体和以能量共振转移为基础的生物检测等医用领域得到广泛的应用。纳米粒子安全高效的进入细胞是这些应用成功实现的关键。然而，关于上转换发光纳米粒子与细胞相互作用的研究尚未见报道。因此，本文对稀土上转换发光纳米粒子与细胞相互作用的机制做了初步的研究。

上转换发光纳米材料中发光效率最高的是稀土上转换发光纳米粒子，其中的佼佼者是离子对Yb3 + /Er3 + 或Yb3 + /Tm3 + 掺杂的NaYF4纳米粒子。据此，本文选用了两种类型的稀土上转换发光纳米粒子进行研究。第一种是根据文献报道合成的巯基丁二酸修饰的亲水性上转换NaYF4: Yb3 +，Er3 + 纳米粒子(HMNPs)。第二种是由本课题组合成的氨基修饰的亲水性上转换NaYF4:Yb3 +，Er3 + 纳米粒子(HINPs)。这两种粒子的物理化学性质相近，但表面电荷极性不同。HMNPs 因表面包覆巯基而带负电，HINPs 因表面接氨基而带正电。HMNPs 是文献报道中比较常用的一种稀土上转换纳米粒子因此很具代表性，而带有正电的HINPs 可以从另一个角度反映上转换发光纳米粒子与细胞的相互作用机制。实验

1.1 试剂和仪器

高糖培养基(DMEM)，胎牛血清(FBS)和0.25%胰蛋白酶，Gibco;1% 双抗，磷酸缓冲盐溶液(PBS)，Hyclone;曲拉通X-100，Aladdin。GATAN 832.20B 透射电镜;RF-5301 荧光分光光度计;Zetasizer Nano Seriesa ZEN4602 纳米粒度电位仪;BD FACS Calibur 流式检测仪;LeicaTCS SP8 共聚焦检测仪;Dimension Icon，BrukerAXS 原子力显微镜。

1.2 细胞培养

MDA-MB-231 细胞在完全培养基(高糖基础培养基∶ 胎牛血清∶ 双抗= 89∶ 10∶ 1)，37 ℃，5% CO2的条件下培养。

1.3 流式细胞检测

将2 mL 密度为1 × 105 个·mL-1 的细胞接种在细胞培养皿中培养10 h，然后将培养基吸掉，用PBS 清洗3 次，加入浓度为100 μg·mL-1 HINPs 或HMNPs 粒子的分散液，分别放在三种不同的培养条件下培养: 37 ℃(常规条件)，低温4 ℃和曲拉通X-100(Triton X-100)。

℃条件下，粒子的分散液是将纳米粒子原液添加到完全培养基制得，用其替换原培养基后放在37 ℃，5% CO2的条件下接着培养。低温4 ℃条件下，将粒子原液加入完全培养基得到分散液，用其替换原培养基放在低温4 ℃的条件下继续培养。曲拉通X-100 条件下，将粒子原液添加到含曲拉通X-100(体积分数为0.0033%)的完全培养基得到分散液，用其替换原培养基放在37 ℃，5%CO2的条件下继续培养。

每种条件下细胞都分别继续培养1，3，5 和10 h，然后将含粒子的培养基吸出，用PBS 清洗3次，用0.5 mL 0.25%的胰酶消化4 min，后用2 mL的完全培养基终止消化，将其放入离心管以1000r·min-1的速度离心5 min 得到细胞，向离心管内加入3 mL PBS 将细胞吹打均匀后再离心5 min，最后将得到的细胞分散在500 μL 的PBS 中做流式检测。每次至少测量10000 个细胞后再计算细胞平均荧光强度。

1.4 共聚焦成像

将2 mL 密度为2.5 × 104 个·mL-1 的细胞悬液接种在含直径为20 mm 玻片的35 mm 的培养皿中培养，培养方式和培养条件与做流式检测的实验相同，不同之处在最后样品处理的过程。细胞在含粒子的培养基中分别培养1，3，5，10 h后，用PBS 清洗3 次，最后向培养皿中加入1 mL 的PBS，接着进行共聚焦检测。

1.5 原子力显微镜检测(AFM)

在研究表面活性剂对上转换纳米粒子与细胞相互作用影响之前，我们先用原子力显微镜做了一些前期实验来研究表面活性剂对细胞形态的影响。培养皿中加入2 mL 密度为3.25 × 104个·mL-1的细胞培养10 h。将培养基替换成含有0.0033% 曲拉通X-100 的完全培养基继续培养10 h。用PBS 将细胞清洗3 次，接着用3% 的甲醛溶液在4 ℃固定2 h，用PBS 清洗5 次，后依次用10%，30%，40%，60%，70%，80%，90% 和100%的乙醇处理5 min 脱水。最后样品用原子力显微镜进行检测。结果和讨论

HINPs 和HMNPs 是平均粒径为30 nm 的近似六边形的亲水性稀土上转换发光纳米粒子，HINPs因表面氨基带正电，HMNPs 因表面巯基带负电。稀土上转换发光纳米粒子可以由低能量近红外光激发发射出高能量的可见光，所以进行体内或体外的荧光检测时，可直接使用上转换发光纳米粒子而不需要标记荧光染料。由于没有荧光染料释放到体内环境，所以用这种材料进行荧光成像和流式检测时会获得更准确的数据。虽然HINPs和HMNPs 的表面基团不同，但是浓度相同的HINPs 和HMNPs 溶液由激发光980 nm 激发发射的荧光强度基本相近，所以细胞荧光成像时不会因荧光强度的不同造成巨大的成像差异。HINPs 和HMNPs 在三种不同的培养环境中与细胞相互作用，包括37 ℃(常规条件)，低温4 ℃和曲拉通X-100。通过使用共聚焦成像和流式检测两种检测手段对细胞进行表征。

2.1 HINPs 与细胞相互作用的探究

2.1.1 37 ℃常规条件

℃条件下，将细胞放在含有100 μg·mL-1HINPs 的完全培养基中培养一段时间。由共聚焦图3 可以看到，1 h 时几乎没有HINPs 进入细胞，大部分的颗粒粘附在细胞膜上。3 h 后，大量颗粒进入细胞，使得细胞荧光强度有了显著提高。5 和10h 后，颗粒更加均匀地分布在细胞内，吸附在细胞膜上的颗粒少。随着时间的推移，细胞荧光强度整体上有增加的趋势。通过使用流式细胞仪对细胞荧光强度做定量检测，由图4可知细胞的荧光强度的确随着时间的推移而增长，3 h 内颗粒进入细胞的速度最快，此后粒子进入细胞的数量增长缓慢且逐渐趋于平衡。另外，细胞内有显著的点状荧光分布格局，可以推论HINPs 是被囊泡包裹进入细胞。

2.1.2 低温4 ℃℃条件下 4 ℃的条件下基本没有HINPs 进入细胞。根据文献报道在4 ℃的培养条件下为细胞膜转运物质提供能量的途径会受到抑制，从而阻碍胞吞和胞吐等需消耗能量的跨膜运输方式。因此可以推论出细胞对HINPs 的摄取需要消耗能量。

2.1.3 曲拉通X-100

将细胞在含HINPs 和曲拉通X-100 的完全培养基的条件下培养，进一步探究HINPs 的转运是否与膜蛋白有关。曲拉通X-100 作为一种非离子去污剂，可以破坏蛋白质-脂质以及脂质-脂质之间的连接，但不破坏蛋白质-蛋白质的连接，使蛋白质从细胞膜上溶解和分离。曾有研究表明当曲拉通X-100 的浓度低于0.15 mmol·L-1 时，细胞膜的通透性没有变化且不影响细胞活性。为了证明这一点我们先做了预实验，将细胞放在含0.0033%(0.04 mmol·L-1)曲拉通X-100 的完全培养基中培养10 h，用AFM 进行检测。在没有加曲拉通X-100 的空白对照组中，统计了50 处不同位置不同细胞剖面高度的数值，得出对照组细胞膜的平均高度差为81 nm。在曲拉通X-100 处理过的实验组中，统计了50 处不同位置不同细胞剖面高度的数值，得出对照组细胞膜的平均高度差为193 nm。实验组的高度差要远大于对照组的高度差，说明曲拉通X-100 确实能在细胞保持活性的情况下使细胞膜产生孔洞。将细胞在含HINPs 与0.0033% 曲拉通X-100的培养基中培养，细胞内看不到绿色荧光与37 ℃ 条件含HINPs 培养基中培养的细胞相比，在仅是添加了曲拉通X-100 的情况下就导致了细胞内没有绿色荧光的出现，即无纳米粒子的进入。通过前面对曲拉通X-100 作用的讨论可知，虽然细胞膜上出现一些空洞，但细胞仍然保活性、细胞膜的整体构架完整且通透性没有变化，由此可推论出曲拉通X-100 主要影响的是膜蛋白的活性，甚至使得膜蛋白与细胞膜分离。因此HINPs 纳米粒子未能进入细胞，可以理解为由于膜蛋白的失活或缺失而导致纳米粒子不能进入细胞。因此，膜蛋白在HINPs 的跨膜过程中有着非常重要的作用。

通过对37 ℃，4 ℃和曲拉通X-100 三种条件的实验结果的分析可推出HINPs 进入细胞应该先与细胞膜上的受体蛋白结合，导致膜凹陷，继而形成內吞囊泡进入细胞。这一过程也称为消耗能量的受体介导的胞吞运输方式。

2.2 HMNPs 与细胞相互作用的探究

为了从另一个角度探究上转换纳米粒子与细胞的相互作用，我们采用另一种表面带负电的HMNPs 纳米粒子做相同的实验进行对比。HMNPs与HINPs 细胞荧光强度的变化在总体趋势上没有明显的区别。在37 ℃ 条件下培养时，细胞摄取HMNPs 的量是最大的。在其它情况下基本没有粒子进入细胞。HMNPs 进入细胞的过程同样是一种消耗能量的受体介导的胞吞运输方式。虽然HMNPs 与HINPs 的运输方式相同，但是由共聚焦看到HMNPs 的细胞荧光强度要比HINPs 的细胞荧光强度弱，即HMNPs 进入细胞的量要小于HINPs 的进入量。两种粒子各自相对荧光强度图，计算方法是将每个时间点的实验组与空白对照组的细胞荧光强度相减得到差值，后将每个差值除以1 h 的差值得到相对强度。这样排除了粒子荧光发光强度不同的因素，可以直接定量得出正常条件下细胞对HMNPs 的摄取量的确远低于对HINPs的摄入量，说明带正电的HINPs 更容易和带负电的细胞膜结合进入细胞。结论

表面包覆氨基而带正电的HINPs 和包覆巯基带负电的HMNPs 是两种典型的稀土上转换发光纳米粒子。通过研究发现，37 ℃条件下这两种纳米粒子在10 h 内进入细胞的数量呈逐渐增加的趋势，并且呈显著的点状荧光分布。由此表明这些纳米粒子是以囊泡包裹的方式进入细胞的。低温4 ℃时细胞内消耗能量的转运方式受到抑制而此时粒子基本未进入细胞，说明细胞对这些粒子的摄取是消耗能量的过程。适量曲拉通X-100 能在细胞保持活性的状态下使膜蛋白失活甚至脱落，此种条件下也没有粒子进入细胞，证明膜蛋白在纳米粒子的转运中有着重要的作用。综上所述可推断HINPs和HMNPs 的跨膜是一种能量消耗的受体介导的胞吞运输方式。另一方面，带正电的HINPs 相较于带负电的HMNPs 更容易与细胞膜相互作用进入细胞，表明带正电的上转换发光纳米粒子作为运输药物的载体会更有优势。由共聚焦成像和流式检测可知HINPs 在细胞内受激发射出很强的荧光，证明这种材料能够成为优异的体内成像材料。通过对上述研究的分析，我们相信这项工作会为探究上转换发光纳米粒子与细胞相互作用的机制开启新思路，为设计安全高效的纳米药物载体和体内成像材料提供实验和理论依据。

篇2：纳米材料与细胞作用

刘建峰（广东澄海苏北中学 515829）

新陈代谢部分内容是高中生物学的重点内容，知识点众多，与其他章节的联系也较为密切，探索《光合作用与细胞呼吸》的复习方法。其中绿色植物的光合作用和细胞呼吸又是重中之重。复习时要注意在理解的基础上构建合理的知识网络；在条理清晰的基础上纵横睥睨，突出和强化重点内容，应用起来才能做到游刃有余。

1．构建知识网络 可以先找重点，再连成知识链，最后形成知识网络。由点及面，由浅入深，水到渠成。例如在复习光合作用部分时，我们首先可以找到其中的知识要点：光反应，暗反应，光能，化学能，无机物，有机物，叶绿素，类胡萝卜素，片层结构薄膜，叶绿体基质等。然后横向找联系，建立合理的知识锁链：

光反应（叶绿素，类胡萝卜素）（片层结构薄膜）暗反应（叶绿体基质）； 光能 活跃的化学能 稳定的化学能；

无机物（水，二氧化碳）有机物（如葡萄糖等）

最后，把以上知识锁链连接成知识网络：

无机物（水，二氧化碳）有机物（如葡萄糖等）

光反应 暗反应 稳定的化学能

（片层结构薄膜）（叶绿体基质）

（叶绿素，类胡萝卜素）光能 活跃的化学能

2．突出重点内容的理解掌握 对于重点内容，必须在理解的基础上强化理解记忆，范文《探索《光合作用与细胞呼吸》的复习方法》。在理解的基础上我们可以通过多种形式帮助记忆。例如：通过编顺口溜可以牢固地理解记忆光合作用和有氧呼吸的过程特点。1）光合作用的光反应阶段：光反应，在基粒；氢，ATp和氧气。（其中还原氢和氧气来自于水的光解，ATp的合成储存了能量，实现了光能到活跃化学能的转化）暗反应阶段：二氧化碳有惰性，合并C5被固定；C3还原成葡萄糖（代表C（H2O）等有机产物），氢﹑ATp要帮忙。从口诀中能明显读出光反应的场所，产物，暗反应的基本过程，暗反应与光反应的联系（还原氢﹑ATp）等重要信息。2）有氧呼吸的过程：4H﹑20H，加氧水生成。显然，我们在这里是从有氧呼吸过程中H的变化入手的。4H指的是第一个阶段1分子的葡萄糖脱去4个氢原子，那么同时生成的两个分子的丙酮酸就可以很容易写出其分子式，20 H指的是第二个阶段要脱去20个氢原子，由于2个分子的丙酮酸只有8个H，所以自然而然地就联想到另一种反应物6分子的H2O。产物是2C3H4O3和6H2O脱氢后的6C---12O=6CO2。加氧水生成指的是前两个阶段脱去的24个氢与6个氧气分子发生氧化还原反应生成12分子的水。再比如，同样是上面的光合作用，我们也可以利用知识点间的关系，通过画图帮助思考记忆：

光合作用图解：（请补充完整）

氧气 光能

光反应

暗反应

3．注意与其它章节知识点的联系 例如光合作用部分可以做如下联系：光合作用 化能合成作用 自养型 生产者；

光反应 ATp的合成； 暗反应 ATp的水解；

光合作用 细胞呼吸。

篇3：纳米材料与细胞作用

1实验材料

1.1实验动物

SD大鼠,体重(200±20)g,由浙江省实验动物中心提供。自由采食饮水。实验动物使用许可证号: SYXK(苏)2010-0006。

1.2试剂

RPMI-1640培养基:美国invitrogen公司;消化液:胰蛋白酶,国药集团化学试剂有限公司;EDTA: 上海生工;胎牛血清:杭州四季青生物工程材料有限公司;免疫组化抗体(波形蛋白抗体,角蛋白抗体,第 Ⅷ因子抗体,CD45抗体,ElivisionTMplus广谱试剂盒):福建迈新公司;肿瘤坏死因子 -α(tumor necrosis factor-α,TNF-α):美国Peproteeh公司; 四氮唑盐 (MTT):美国Sigma公司;二甲基亚砜 (DMSO):上海久亿化学试剂有限公司;PBS液:自配;4%多聚甲醛:自配;酒精等。

TNF-α 溶液的配制:将5μg的TNF-α 10 000 r/min高速离心1 min后溶解于0.5 ml蒸馏水中配成10μg/ml的TNF-α 的原液,-20℃保存备用。使用前,根据分组按比例与培养液配成对应的浓度, 4℃冰箱保存,1周之内使用。

1.3实验器材及仪器

眼科剪;25 cm2培养瓶:Costar公司;二氧化碳CO2培养箱:FORMA;无菌工作台:苏净集团安泰公司制造;倒置相差显微镜:Olympus;精密移液器:法国杰尔森公司;离心机:美国BECKMAN公司;纯水仪:美国USF公司;全自动高压灭菌锅:日本SANYO公司;酶标仪:美国Bio-Tek公司;15 ml尖底离心管;0.22μm滤膜过滤器;细胞计数器;96孔培养板; 盖玻片;弯头吸管等。

1.4川芎嗪纳米制剂的制备

以投料比1∶4的比例取川芎嗪和聚乳酸溶于丙酮溶液,并且使得丙酮溶液中聚乳酸的浓度为20 mg/ml,此溶液作为油相;取体积为油相体积4倍量的0.25%泊洛沙姆溶液作为水相,将油相在高速磁力搅拌的条件下注入水相之中,在恒温30℃的条件下继续高速搅拌70 min,挥尽丙酮,得1 mg/ml平均粒径约为200 nm的川芎嗪纳米粒溶液。将溶液灌装,密封,经辐射灭菌之后即可得到川芎嗪纳米制剂[4]。用单培1640培养液依次稀释至100、10和1μg/ml备用。

1.5方法

1.5.1大鼠腹膜间皮细胞原代细胞的培养大鼠颈椎脱臼处死,75%酒精浸泡10 min;以0.250%胰酶 ~0.016% EDTA 20 ml注入腹腔进行消化20 min,同时对大鼠腹部进行揉捏;以含15%胎牛血清、1%青、 链霉素的1640完全培养基10 ml注入腹腔5 min终止消化;无菌条件下大鼠开腹,用弯头吸管收集腹腔液,离心1 000 r/min,10 min;弃去上清,加入完全培养基5 ml,吹打细胞沉淀使其均匀,离心1 000 r/min,5 min;弃去上清,再次加入完全培养基5 ml, 吹打细胞沉淀使其均匀,再离心1 000 r/min,5 min; 弃去上清,加入完全培养液5 ml,吹打细胞沉淀使其均匀,接种于25 cm2的培养瓶中,将培养瓶置于37℃,5%二氧化碳CO2,湿度95%的培养箱中静置培养。原代培养初次换液间隔3 d,之后间隔1~2 d换1次液,至细胞完全融合后传代。

1.5.2大鼠腹膜间皮细胞的鉴定将经泡酸、清洗、 酒精脱脂后灭菌处理的盖玻片覆于6孔板内;将1×105个 /ml的第2代细胞接种于六孔板上,并置于37℃,5%二氧化碳CO2,湿度95%的培养箱中静置培养,至细胞达完全贴壁伸展;将盖玻片取出,以PBS冲洗两遍,自然晾干;将盖玻片浸入4℃预冷的4%多聚甲醛中固定30 min,PBS冲洗盖玻片两次, 自然晾干;滴加即用型一抗,室温下孵育60 min, PBS洗3次;每张盖玻片滴加50μl ElivisionTMplus广谱试剂盒中的试剂A,室温下20 min,PBS洗3次;每张盖玻片滴加50μl ElivisionTMplus广谱试剂盒中的试剂B,室温下30 min,PBS洗4次;浸入新鲜配置的DAB显色溶液,在室温下置暗处6 min, 自来水洗5 min;细胞核衬染:苏木素复染;逐级脱水:过70%、80%、90%和95%酒精各1次,100%酒精两次,每次1 min;将有细胞的一面向下,用中性树胶封片自然通风干燥。普通光学显微镜观察,拍照。

1.5.3 MTT法测定川芎嗪纳米制剂对经TNF-α 诱导的RPMCs活力的影响收集细胞状态良好的第3代RPMCs,调整细胞悬液浓度至1×105个 /ml, 每孔100μl,接种于96孔板;置37℃、5%二氧化碳CO2温箱培养使细胞贴壁,根据细胞的生长状况,待长至70%~80%时进行实验。实验分组:正常对照孔:只加细胞不加药物及TNF-α;药物孔:1组1: 加入药物浓度为5μg/ml;2组2:加入药物浓度为10μg/ml;3组3:加入药物浓度为20μg/ml。经过培养24 h后,加入TNF-α 进行刺激,4 h;TNF-α 刺激孔:不加药物,与加药物组同时加入5 ng/ml TNF-α 刺激4 h;加入20μl MTT溶液(5 mg/ml,即0.5%MTT)置37℃、5%二氧化碳CO2温箱进行继续培养,4 h;取出96孔板,将上清弃掉,每孔加入200μl二甲基亚砜,置摇床上低速震荡10 min,使结晶物充分溶解。在酶联免疫监测仪上490 nm处对各孔的吸光值进行测定。

2结果

2.1大鼠腹膜间皮细胞培养与鉴定结果

2.1.1细胞形态原代细胞24 h后贴壁,在倒置显微镜下观察细胞,培养初期呈椭圆形,1周后融合的细胞成多边形,边缘不齐,形成典型的腹膜间皮细胞的外观—铺路鹅卵石样外观。细胞经传代培养后,传至第3代细胞的形态、生长方式与原代细胞无异。第4代到第5代细胞贴壁率逐渐降低,镜下呈现荒芜的表现,细胞形态也发生改变。

2.1.2免疫组化鉴定结果免疫组化鉴定结果见图1,结果表明所培养的细胞呈细胞角蛋白和波形蛋白抗体双阳性表达,第Ⅷ因子相关抗原及白细胞CD45抗原染色双阴性表达,进一步确定了所培养的细胞为RPMCs。间皮细胞免疫组化差异见表1。

2.2MTT法测定川芎嗪纳米制剂对经TNF-α诱导的RPMCs活力的影响

MTT法测定川芎嗪纳米制剂对经TNF-α 诱导的RPMCs活力的影响,结果见表2和图2。

由表2,图2可以得出,TNF-α 刺激组RPMCs活力比正常对照组明显降低(P <0.01)。与TNF-α 刺激组比较,川芎嗪纳米给药组5μg/ml时差异存在统计学意义(P <0.05),10和20μg/ml时差异存在极显著的统计学意义。说明给药组RPMCs的活力均高于TNF-α 刺激组。

注:1)与正常对照组比较,P <0.01;2)与 TNF-α 刺激组比较,P <0.05;3)与 TNF-α 刺激组比较,P <0.01

3讨论

篇4：纳米材料与细胞作用

一、实验材料用具的选取

材料用具：白萝卜、土豆、豆腐；一次性手套、毫米尺、餐巾纸、小刀、筷子、烧杯；清水、红墨水。

二、实验材料的处理

（一）把生白萝卜、生土豆、鲜豆腐用小刀分别切成边长为3cm、2cm、1cm的正方体，将切好的白萝卜、土豆以及豆腐块同时放入大烧杯中，加入红墨水将切块淹没浸泡15分钟。用筷子不时地翻动各切块（注意：不要用筷子将切块扣挖其表面）。15分钟后，戴上一次性手套取出各切块，并用小刀将各切块切成两半，观察切面，测量各切块上红墨水扩散的深度并求平均值，记录如下表。

通过对以上三种实验材料的处理，得到三组实验数据，对比分析都能得出正方体的体积越小，表面积与体积的比值越大，红墨水的扩散效率越高，进一步说明了细胞的体积越小，相对表面积越大，这样细胞的物质运输效率就会越高。

在实际实验过程中，材料按上面的实验要求处理后，效果不甚理想。原因有二，一是扩散深度不够，测量误差相对较大；二是生萝卜的含水量较多，生土豆组织比较紧密，鲜豆腐比较软，切块表面易受损，都会影响红墨水的扩散，影响实验效果。

（二）把熟白萝卜、熟土豆、熟豆腐用小刀分别切成边长为3cm、2cm、1cm的正方体。其他处理与操作和（一）相同。

用煮熟的白萝卜、土豆、豆腐做实验，得到的实验数据与用生的材料实验得到的数据对比后，发现熟材料的实验效果均好于生材料的实验效果，尤其是熟的白萝卜效果显著，豆腐次之。土豆存在一个问题，就是煮的时间不能太长（根据土豆的大小来定），时间短了效果不好，时间长了切块易碎。综上所述，煮熟的白萝卜做实验材料及其处理方法值得推广。

三、实验材料的再处理

通过上面两个表格内实验数据的对比。我们可以看出用煮熟的白萝卜实验效果显著。为了激发学生学习生物的兴趣，把煮熟的白萝卜进行再处理：将萝卜制作成正方体、球体、圆柱体以及正三棱锥，让不同的形状的萝卜来模拟不同形状的细胞，用材料体积大小来模拟细胞的大小，这样的模拟实验更具说服力。学生对实验的探索兴趣更浓了，有些学生还问我：“老师，能用红薯来代替萝卜吗？”……对于学生的问题，我对他们说：“同学们的想法都很有趣，选择哪种材料，如何处理，我们只能做合理的推理、假说，至于推理、假说是否正确，只能通过实验来验证。同学们提出的有趣的问题就留给大家在课后通过实验来证实。”

四、实践意义

生物是一门以实验为主的学科。对于相对偏远的地方，基础设施差，实验室配置往往无法跟上生物科学发展的速度。作为生物教师，要有积极主动的实验意识和创新意识，要用发展的眼光探寻身边的实验材料及实验机遇，来丰富自己的实验素养，丰富实验资源，丰富实验课堂，用科学合理又简单易行的实验去诠释生物学现象和生物学规律，逐步培养学生学习生物的兴趣，增强学生的创新意识和动手实验的能力。

篇5：纳米材料与细胞作用

摘要：本文对微课的发展现状进行了评价，探讨了微课应用于细胞生物学扩展知识上的适应性，并对微课制作的要点进行了分析。

关键词：微课；细胞生物学；扩展知识点

中图分类号：G642.4文献标志码：A文章编号：1674-9324（2018）05-0178-02

近年来，微课越来越受到高校的重视，微课比赛也进行得如火如荼，但是如何将微课应用于课堂，如何将微课与传统教学相融合，提高教学质量，并逐步在潜移默化中改变学生的学习方式，一直是微课下一阶段需要探索的地方。

一、微课的发展与应用

在日益深化教育体制改革的背景下，提高教学质量，提升教学水平，改善教学方法，一直是教学改革的重点，微课这种新的教学资源与方式迅速受到教育者的重视。1993年美国北爱荷华大学LeRoyA.McGrew教授提出的“60秒有机化学课程”，被认为是微课的最早起源。美国新墨西哥州胡安学院的戴维彭罗斯正式提出“微课”这一概念，并将其应用于在线课程中。微课的出现可以说改变了传统教学的模式，对传统的教学方式进行了有力补充，一方面教师可以将微课引入传统课堂教学，增加课堂的生动性和趣味性；另一方面，学生可以针对某个知识点进行自主学习，满足了学生的个性化学习需求。微课的意义在于推动了教师的专业发展和教学能力的提升；拓展了学生学习的空间，满足了学生个性化自主学习的需求；拓宽了知识的覆盖面。

微课从出现发展到今天，逐渐走向成熟，以其实用、便捷、生动的特点吸引了广大学习者的青睐，但由于其发展时间较短，在研究、制作、应用及资源建设等方面都存在着一定的问题，具体表现在多个方面。例如对微课的研究还有待加强，需要建立更完善的微课平台；微课的设计和制作还不够规范，需要加大加强教师的培训；微课的应用非常薄弱，对学生自主学习习惯的建立，还缺乏有意识的培养[1]。

对于平台建设，目前国内已有多个微课平台，例如中国微课网以及高效微课资源网等等。但是我们应该明确的是，知识本身是在不断地更新中，应该用发展的眼光看待微课的制作与网络微课库，当知识更新后，必然有新的微课来不断地充实微课库的资源。所以，未来的重点不应该拘泥于建立一个大型完备的微课库，而应该关注微课平台中微课资源的更新频率。对于教师培训方面，自上而下的各种微课比赛起到了巨大的推动作用，相信随着时间的推移，会有越来越多的教师掌握微课的设计与制作。但是只有教师掌握微课的设计还不够，从目前的微课发展水平看，更多的微课只是教师间互相交流或教师专业能力提升的一种手段，大部分微课知识是用来展播，真正在教学上应用的不多，并没有完全融合到日常教学中。有资料统计，在日常教学中应用微课的案例非常少，也就是说一线教师并没有真正在自己的课堂上使用微课[2]。这一点值得我们思考，为什么教师热衷微课，但使用却不多？究其原因可能是缺乏将微课与传统课堂融合的方式，缺乏找到一个切入点将这种新兴的教学媒介引入课堂教学中。国内微课概念提出者胡铁生教授认为：从长远来看，微课必须“慕课化”才有更大的发展[3]。可是这种网络学习和课堂学习相融合的学习习惯的养成非一日之功，在此之前，必须逐渐将微课融入课堂，才能逐步地改变传统教学模式。那么寻找到微课融入课堂教学的切入点，就是目前最重要的问题。而教学过程中对扩增知识点的微课辅助教学，是高等教育教学中微课的一个很好的切入点。

二、微课应用于细胞生物学扩展知识点的教学

目前国内的教材更新速度很快，可是科学发展的`速度更快。即使是最新版的教材，也无法包含大量的最新研究成果，只能通过教师在授课过程中自主添加介绍。所以把新出现的研究成果及时有效地融入课堂教学，是提高教育教学质量比较重要的一个环节。只有在系统教学的基础上不断地融入前沿的新知识点，才能使学生有意识地跟踪前沿，較清晰地把握研究动向，并与基础知识相融合，帮助学生能够以最新的视角来看待科学的发展。

细胞生物学是研究和揭示细胞基本生命活动规律的科学，细胞生物学既是生命科学的基础学科，也是前沿学科；细胞生物学已成为当前生命科学中发展最快的领域之一。作为快速发展的学科，细胞生物学知识覆盖面广，内容更新快，那么如何在课堂教学中引入这些略显分散的扩展知识点并快速理解，是对教学手段的一个考验。同时细胞生物学作为生物学的基础学科，其与生物化学、遗传学等其他学科又有着较强的联系，如何将扩展知识点与已有知识体系进行系统整合，又是一个亟待解决的难题。微课的出现，有助于将新的学习方式与传统课堂教学有机结合，对细胞生物学扩展知识点的学习有巨大帮助。

目前微课的实际应用并未迅速铺开，怎么将微课融于课堂，怎么将微课的强大作用发挥出来，这是一个重要的课题。那么利用微课来学习细胞生物学的前沿扩展知识点，是一个非常有意义的突破点。因为细胞生物学作为发展迅猛的前沿学科，这就要求教师在教学过程中能够跟踪前沿，不定时、不定量地加入新的知识点。而这些知识点的加入势必与传统课堂教学有一定的冲突，而这些冲突恰恰可以利用微课的形式进行化解与补充。

同时，新加入的知识点一般都是小的知识点，这种小知识点的阐述正是微课的强项所在，这种零散知识点的阐述归纳讲解，与微课的微小特点非常吻合。这种散在的知识点，规律性不强，理解困难，用视频的表现形式更容易、更便于理解。扩展的知识内容可能在不同的章节出现，添加的课时不固定，无规律，正好满足微课学习方式的灵活性。前沿知识点一般稍显复杂，理解起来比较困难，有必要让学生利用课外零散时间进行提前了解，与微课的移动学习泛在学习相吻合，提前学习也有利于教师在课堂的讲解与分析，所以针对这种新增扩展知识点的学习，微课的学习方式非常适合。

三、以扩展知识点为目的的微课制作需要关注的要点

微课的制作必须关注知识体系的系统与连贯。很多扩展知识点是在某一个基本方向上的延伸，只有在相对完整的体系中，才有利于学生将扩展知识融会贯通。这就要求我们必须在制作微课的时候有一个背景的交代，以及知识的延伸描述。例如对单克隆抗体的应用进行微课制作时，需要对单克隆抗体技术进行交代，同时如何与多克隆抗体进行有效区别，单克隆抗体制备的两步筛选原理，都是有效理解该技术巨大应用前景的基础[4]。

同时扩充知识点通常是最新的发现，理解起来比较困难，微课的表现形式最好能够采用动画视频的方式，而避免采用说课的方式，这样更加有利于课程的理解，更有利于知识点的阐释。

通常最新的研究进展集中在细胞重大生命活动方面，为了更好地引起学生的学习兴趣，最好将知识点的切入与人类病症与生理联系起来，引起学生对研究内容的兴趣，进而为理解机理而关注最新的研究成果。如果是技术手段的革新，最好能清晰地描述该技术的历史发展脉络，使学生有历史发展观。例如在介绍冷冻电镜时，引入电镜的历史发展，使同学们既知道大分子结构研究的前沿技术，又将冷冻电镜的新知识点与电镜的发展历程相互融合。

四、可能存在的问题与对策

微课适用于扩展知识点的学习与其自身的特点高度吻合，例如时间较短，一般不超过10分钟，针对一个主题，以视频为表现形式，能吸引注意力，符合学习的认知特点与学习规律；可以在线观看、灵活使用，实现移动学习等等。

但是在微课学习过程中也可能存在背景知识不够、理解不易的情况。这就需要老师在课堂上进行归纳总结，进行要点分析，充分发挥传统课堂的优势，使微课与传统课堂形成联系，达到有机结合，部分达到翻转课堂的效果。也可以在微课中给出背景知识的引申链接，让学有余力的同学可以自己主动扩展知识面。

总之，微课是信息时代学习方式的革新，应该充分发挥微课的优势与特点，结合传统教学，使微课为学生的学习提供更多的便利与选择，达到更好的效果。从扩展知识点的微课教学开始，找到更多的结合方式，使微课与传统教学形成有机的结合与统一，为探索微课的深入应用打下基础，使微课这种新的学习模式有越来越多的广泛应用。

参考文献：

[1]朱海生.微课在高校教学中的意义、存在问题及对策[J].黑龙江畜牧兽医，2016，（3）：265-267.

[2]唐烨伟，樊雅琴，庞敬文，钟绍春，王伟.基于内容分析法的微课研究综述[J].中国电化教育，2015，（4）：74-80.

[3]郭运庆.微课创始人谈微课的现状、问题与未来[J].数字教育，2016，（1）：1-8.

篇6：纳米材料与细胞作用

细胞色素c氧化酶固态薄膜电子传递特性与可擦写纳米存储器

细胞色素c氧化酶的固态薄膜仍具有电子传递活性、其分子内金属活性中心的结构特点及其氧化还原和配位循环变化、光谱特征、物理性控制电子供体或物理性电子供体、开关特性等,使得它适合于分子电子学研究和纳米分子器件的研制,如可擦写纳米存储器.

作 者：王敖金 徐建兴  作者单位：中国科学院生物物理研究所,北京,100101 刊 名：生物化学与生物物理进展  ISTIC SCI PKU英文刊名：PROGRESS IN BIOCHEMISTRY AND BIOPHYSICS 年，卷(期)： 29(3) 分类号：O484.4+2 Q554+.9 TP333 关键词：可擦写纳米存储器   细胞色素c氧化酶薄膜   电子传递  

篇7：纳米材料与细胞作用

作 者：王岩松 刘丹平周大利 梅晰凡 WANG Yansong LIU Danping ZHOU Dali MEI Xifan 作者单位：王岩松,WANG Yansong(辽宁医学院附属第一医院急诊科)

刘丹平,梅晰凡,LIU Danping,MEI Xifan(辽宁医学院附属第一医院骨外科,辽宁,锦州,121001)

周大利,ZHOU Dali(四川大学材料科学与工程学院,四川,成都,610064)

篇8：纳米材料与细胞作用

本研究在综合文献基础上,设计并制备了含羟基和氨基的多官能度的水溶性纳米富勒烯衍生物,利用有机元素分析仪、红外光谱、光电子能谱、热失重等手段对其元素组成和结构进行了表征,用激光粒度仪测定其粒径分布和Zeta电势表征其在水溶液中的稳定性,并进一步研究HeLa细胞受H2O2的氧化应激后,水溶性富勒烯衍生物对HeLa细胞的保护作用。

1 实验部分

1.1 试剂与材料

细胞培养基(DMEM,美国Hyclone实验室);胎牛血清(FBS,美国Hyclone实验室);青霉素、链霉素、磷酸缓冲液(PBS),北京拜尔迪生物技术有限公司;实验中使用的水均为Millipore超纯水;葡聚糖凝胶(Sephadex G-25)、阳离子螯合剂(Chelex-100),西格玛(上海)有限公司。

1.2 仪器

傅里叶红外光谱仪(TENSOR-27型,范围400~4000cm-1,固体粉末采用KBr压片法),德国Bruker公司;热失重仪(DTA/TGA,METTLERTOLLEDO 1SF型),N2氛围测定富勒烯衍生物的失重情况;X-射线光电子能谱(XPS,ESCALab220i-XL型),英国VG公司;激光光散射系统型号(ALV/DLS/SLS-5022F型)测定其在水溶液中的动态光散射(DLS)强度,测定样品的粒径范围及其分散性;激光粒度仪(NanoZS ZEN3600型,马尔文公司)测定所制备富勒烯衍生物的Zeta电势(超纯水中进行,pH=7.0)。

1.3 水溶性富勒烯的衍生物的制备

富勒烯羟基氨基衍生物制备:称取100mg C60加入到10mL 30%H2O2和4mL 28%氨水的混合溶剂中,70℃下反应12h后,可以看到黑色悬浮液逐渐变成黄棕色溶液,然后高速离心分离,得到上清液,在上清液中加入30mL乙醇出现黄色沉淀,用乙醇洗涤得到的黄色沉淀,使用葡聚糖凝胶(Sephadex G-25型)分离得到深棕色改性富勒烯衍生物。

1.4 H2O2的氧化应激诱导细胞的凋亡

接种96孔板,接种密度为1×104个/mL,每孔加200μL细胞分散液,周围一圈的孔中加入PBS溶液,细胞培养好后,吸出2-9列中旧的培养基,加入90μL新的培养基和10μL H2O2溶液,使得双氧水最终浓度为100μmol/L,孵育1h。

1.5 富勒烯衍生物对细胞氧化应激的保护作用

吸出含有双氧水的培养基,用PBS洗3遍,2、3、4、5、6、7列分别加入0.5、1.0、2.0、2.5、5.0和10.0μmol/L C60富勒烯衍生物,在37℃,5%二氧化碳孵箱中孵育24h。吸出培养基,加入90μL无色的培养基和10μL CCK-8(细胞活性检测剂),孵育30~60min,观察颜色变化,当颜色变成亮橙色时,用酶标仪测定细胞的成活率,得到数据后,处理作图。

2 结果与讨论

2.1 富勒烯衍生物的表征

2.1.1 红外光谱分析

图1为富勒烯C60衍生物的红外光谱图,由图可知富勒烯衍生物键合了羟基(3180cm-1)和氨基(3390cm-1)。

2.1.2 元素分析

元素分析结果显示C、N和H的含量分别为39.20%、5.98%和3.80%,

2.1.3 热重表征

图2是制备的水溶性富勒烯衍生物的DTA和TGA曲线。测试条件为以10℃/min的升温速率从室温升至600℃。

由图可知,共有3个失重阶段。温度低于130℃时,主要为样品中结晶水质量损失,占15.89%;130~480℃,主要为碳球上羟基和氨基的降解,质量损失占60.45%;温度大于480℃时,主要为剩余碳骨架的降解,质量损失占23.66%。

2.1.4 XPS光电子能谱分析

表1为富勒烯衍生物的光电子能谱数据,从此数据可以推知表面键合了羟基和氨基双官能团。

TGA数据显示结晶水的含量为15.89%,元素分析显示C、N和H的含量(质量比)分别为39.25%、5.91%和3.8%,再综合XPS数据可以推测该富勒烯衍生物的分子式为:C60O~10(OH)~16(NH2)~6(NO2)~6·24H2O。

2.1.5 粒径分布和Zeta电势的测定

用激光粒度仪测定其粒径分布和Zeta电势,粒径分布在170nm,Zeta电势为-3.54mV(pH=7.0水溶液)。这些数据表明羟基、氨基官能团引入使得富勒烯衍生物可以较好分散在水溶液,其在水溶液中比较稳定存在,以纳米形式存在。

2.2 富勒烯衍生物对细胞的保护作用

研究所制备的富勒烯衍生物对细胞有保护作用:首先用H2O2对细胞产生氧化应激,然后再加入不同浓度富勒烯衍生物进行孵育,用酶标仪(iMark Bio-RAD,美国)测定细胞成活率,结果如图3所示。

从图3可知,细胞受到H2O2的氧化应激作用后,使细胞产生部分死亡,加入富勒烯衍生物后,可产生保护作用,降低细胞的死亡率,富勒烯衍生物浓度为5μmol/L,成活率为86.9%,提高了67%,当加入富勒烯衍生物浓度为10μmol/L,成活率达到91.4%,提高了75%,富勒烯浓度增加,细胞成活率提高。

H2O2产生的活性氧,引发细胞氧化应激而导致细胞受损伤或死亡。加入富勒烯衍生物后,富勒烯衍生物可以清除自由基,产生保护作用,降低细胞的死亡率。

细胞膜带负电,氨基带正电性,通过引入氨基,不仅可增强富勒烯衍生物在水溶液中的溶解性,同时还能提高细胞对富勒烯衍生物的摄入量。

3 结论

研制了一种含羟基、氨基多官能度的水溶性富勒烯衍生物,采用有机元素分析仪、红外光谱、紫外光谱仪、光电子能谱、热失重等手段对其元素组成和结构进行表征,其结构式为:C60O~10(OH)~16(NH2)~6(NO2)~6·24H2O。研制的水溶性富勒烯衍生物由于氨基的引入,能显著提高细胞对富勒烯衍生物的摄取量,从而更显著使细胞免于氧化应激伤害,进而提高细胞成活率。同时进一步证明富勒烯衍生物可以吸收氧化应激所产生的单线态氧和羟基自由基等多种自由基,可保护H2O2诱导的细胞损伤及死亡。上述研究结果为制备富勒烯化妆品、富勒烯保健品、富勒烯的医学应用提供了基础数据。

参考文献

[1]Krusic P J,Wasserman E,Keizer P N,et al.Radical reactions of C60[J].Science,1991,254(22):1183-1185.

[2]Chiang L Y,Lu F J,Lin J T.Free radical scavenging activity of water-soluble fullerenols[J].J Chem Soc Chem Commun,1995(12):1283-1284.

[3]马冬梅,蔡艳华,彭汝芳,等.C60富勒烯三元环化反应及其衍生物功能研究[J].化学与生物工程,2007,24(4):5-9.

[4]黄彬,郑启新,杨大志,等.富勒烯C60甘氨酸衍生物对小鼠骨肉瘤细胞生长的影响[J].华中科技大学学报(医学版),2006,35(4):493.

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