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纳米尺度材料表现出很多新的特性,具有广阔的应用前景。在纳米材料应用领域还有很多的空白需要用大量的科学研究成果去填补。纳米层状双氢氧化物(layered double hydroxides,LDHs)是由二价金属氢氧化物和三金属氢氧化物有机结合组成的片层状结构的无机纳米材料,具有生物相容性好、低毒、保存条件要求低等等特点。LDH可以在实验室中制备且成本较低,不同的二价、三价金属离子的组合以及比率的变化,可以合成出各种各样具有独特性质的LDHs。镁铝LDH已被美国FDA批准用于治疗胃酸过多。通过研究LDH与各种生物大分子及其化学基团与其表面的吸附机理,可以更好的指导其作为基因载体、药物载体、生物传感器等等的应用。生物机体对于铝的需求或耐受相对于铁而言要小的多;相对于镁铝LDH,对镁铁LDH的研究较少。目前,镁铁LDH的应用已进入临床试验阶段,对其深入研究的数据可以用来对其进行正确评价。已有一些关于LDH吸附DNA以及吸附癌症治疗药物的研究,然而,在吸附的机理上还不是很明确。吸附是通过什么作用力?DNA或药物中的哪些机团参与了吸附?LDH中的双金属是否起同样的作用等等。吸附机理的研究对于DNA和药物的吸附和释放具有重要意义。本论文研究了镁铁LDH的合成、吸附DNA和药物的机理及其在生物学中的应用。首先,进行了镁铁LDH的合成及其材料表征研究。研究了LDH的快速合成方法和镁铁比率不同对LDH特性的影响。比率不同对合成的LDH纳米材料的实际比率、颜色和大小差异较大。合成时所配制的溶液的比例比实际制备的LDH中镁铁的比例略高,主要表现为镁的游离。两者之间呈现良好的线性关系,因此,可以通过控制合成溶液中的镁铁的比率获得所需要的镁铁比率的LDH。快速合成得到的LDH的晶型与典型LDH的晶型一致。较大幅度的减少了合成所需要的时间。随着镁铁比率的提高,产物颜色从棕色逐渐地变化到浅黄色透明、再到无色透明。LDH的粒度也呈现上升的趋势。从2:1、2.5:1、3:1到4:1,它们的大小分别为25±12nm,38±21nm,68±24nm和64±28nm。且粒度分布均匀。几种不同比率的LDH的表面电势很高,都在60mV左右,所以胶体学稳定性好。XRD数据显示,不同的晶化时间对晶形没有影响。镁铁比率3:1的ldh的结构和大小较为理想,以此为基础,研究了ldh吸附dna的机理。fam标记dna被镁铁ldh吸附后,其荧光信号被淬灭。在不同缓冲液中,ldh的表面电势受到较大影响,其在偏碱的水中很稳定。通过竞争试验发现,碱基、核糖和肽核酸对dna的吸附没有作用;单核苷酸与磷酸缓冲液对吸附有较大影响,表明是dna的磷酸骨架与ldh相互作用。1mm的磷酸缓冲液可以影响ldh对dna的吸附,而40mm的磷酸缓冲液对已吸附了的dna有洗脱作用。在dna与ldh的吸附中,是磷酸基团发挥作用。铁、镁与dna都有较强的吸附作用,ftir试验也验证了铁与磷酸基团产生了配位作用,而镁通过表面的水合分子与磷酸吸引。氯化钠对ldh吸附dna没有影响,通过ldh与碱基、单核苷酸和dna结合物的xrd证明,dna只吸附在ldh的表面,没有进入层间。在碱基长度相同的单、双链dna中,ldh对双链的吸附作用远大于单链dna。在前面研究的基础上,进行了ldh作为dna的载体的输入效果和细胞毒性研究。二株肿瘤细胞系分别为乳腺癌细胞mda-mb-231和肺癌细胞a549。用dna(fam-24mer)替代sirna做了细胞传输和细胞毒性。在20nm到1000nm的dna浓度范围的试验表明,相对于单纯的dna,ldh可以大幅度提高基因的传输效率。dna的浓度、处理时间对其细胞传输有很大的影响。dna浓度为100nm时细胞传输效率最高。随着处理时间的增加,mda-mb-231细胞传输的效果增加,然而,a549细胞传输效果在3小时达到最好,时间继续增加,则细胞传输效果降低。检测的荧光信号显示,对a549细胞传输的效果要略好于mda-mb-231细胞。ldh对两个肿瘤细胞的毒性有差异,a549细胞对ldh耐受性很高,在72小时的实验中,细胞生长不受影响。相反,ldh对mda-mb-231的细胞毒性较高,72小时的实验结果表明60%以上的细胞死亡。细胞毒性和ldh的浓度与作用时间密切相关,可以通过调整ldh的浓度和作用时间的方法降低细胞毒性。激光共聚焦照片显示,细胞对单纯的dna摄入能力很弱,而通过ldh大幅度地提高了dna的细胞传输。同时,显微照片大面积荧光表明,ldh已不能淬灭fam的荧光,dna已从ldh表面释放,这有利于传输的基因发挥作用。ldh在增加dna的细胞传输中起到了桥梁作用,使细胞对dna的吸附、摄入大幅增加。ldh可以在基因治疗中发挥重要作用。阿霉素是蒽环类抗肿瘤抗生素,对多种癌症有效,是癌症化学疗法中经常使用的一种重要药物。ldh可以作为阿霉素药物载体,对其吸附机理进行了研究。ldh能够淬灭阿霉素的荧光信号,且对其有较强吸附能力。结果显示,阿霉素的类似物:蒽、7脱氧阿霉素和阿霉素-M都能与ldh吸附,后两种的吸附作用要强于蒽。而高浓度的葡萄糖和尿素的竞争吸附实验显示阿霉素的吸附没有受到影响。因此,阿霉素中呈现出负电性的蒽环和其上的酮基与ldh的表面正电荷相互吸引,静电是两者之间吸附的主要作用力,乙醇洗脱试验表明,疏水作用力也对吸附起到了一定的作用。而阿霉素中的糖环和氨基对吸附没有发挥作用。ldh中的铁、镁都可以淬灭阿霉素荧光信号,从淬灭荧光信号的程度中看,它们对阿霉素的吸附都有作用。氯化钠因破坏了ldh的水合层,造成ldh发生一定程度的聚集而对吸附有一定的影响,这只在一定的浓度范围内(60mmnacl)发挥作用,超过了60mm则影响不再增加。傅立叶远红外光谱的也显示蒽环、酮基与ldh的相互作用。ldh吸附阿霉素的晶体衍射表明阿霉素进入了ldh的层间。根据层间距推测,阿霉素的蒽环面与ldh的层面相结合的,两个阿霉素相互重叠,蒽环向外(蒽环π电子极化和酮基的酸性),氨基部分在内(显示正电)。即,阿霉素通过蒽环的静电和疏水作用力与ldh吸附,进入了ldh的片层之间。通过药物载体增加药效以及实现靶向给药是癌症治疗中的核心目标,分别研究了ldh作为阿霉素的载体对癌细胞的作用效果,用脂质体对ldh和药物进行包裹的作用效果,以及在脂质体上链接核酸适配体(aptamer)以识别目标细胞的作用效果。试验表明,在中性pbs缓冲液的条件下,ldh吸附阿霉素,可以对药物起到缓释的作用。酸度增加,ldh对阿霉素的释放增加。这有利于药物在细胞内细胞器中的释放。ldh对阿霉素的吸附量较大,是一个较好的药物载体。用超声的方法可以使脂质体对ldh与药物结合物进行较为理想的包裹,结合物的粒度只有较小的变化,没有聚集、絮凝发生,粒度大小仍然适合作为静脉用药。脂质体对药物起到了保护作用,在不同ph的磷酸缓冲液中其释放的量要少于未包裹的。镁铁ldh本身对mda-mb-231肿瘤细胞具有一定的细胞毒性,而对a549肿瘤细胞则没有细胞毒性;其能够促进细胞对药物的摄取作用。脂质体本身对细胞也表现出了毒性差异,对a549的细胞毒性要高于对mda-mb-231。脂质体可以与细胞膜进行融合,增加了肿瘤细胞对药物的摄入。对两种肿瘤细胞的杀灭作用都较大幅度地提高。syl3c是可以与肿瘤细胞分泌的上皮细胞粘附因子(epcam)结合的核酸核配体,然而,在本试验中没有体现出识别效应。用化学方法链接适配体后,构型是否正确以及影响识别率因素,还需要进一步的研究。柠檬酸是一种重要的食品添加剂,在轻工,食品,化妆等行业的产品生产中具有重要作用。在研究中发现低浓度的柠檬酸对ldh吸附dna的影响很大,在各种酸根阴离子中,ldh对柠檬酸根的选择性很高;即使在10倍于柠檬酸根离子的其它各种酸根离子存在的情况下,仍然具有较高的选择性。检测结果显示,线性关系好,检测限可以达到10.66 nM。可以应用于低浓度情况下的柠檬酸的检测。通FTIR检测,柠檬酸根通过羰基与LDH吸附。结合了柠檬酸根的LDH的XRD结果显示,LDH的晶形变化较大,层间距变大,柠檬酸根进入了LDH的层间。柠檬酸根通过静电与LDH结合,没有特异性,在复杂体系中,干扰大,特别是磷酸根对其亲和力也很强,但由于其检测限低,对一些相对单纯的体系中的柠檬酸进行定量分析,这是一种简便、快捷的方法。