弱恒定电场影响铁氮共掺二氧化钛纳米颗粒体外PDT灭活HL60细胞实验研究

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白血病是一种源于造血干细胞的血液系统恶性肿瘤,现已是危害人类健康的主要恶性肿瘤之一。由此,寻求治疗白血病的方法尤为重要。故本文将研究弱恒定电场对铁氮共掺二氧化钛纳米颗粒光催化灭活白血病HL60细胞的影响,以此来考量弱恒定电场用于二氧化钛纳米颗粒光动力疗法(PDT)体外净化白血病细胞过程中的可能。  首先采用溶胶凝胶法制备铁氮共掺二氧化钛粉末样品,即1% Fe1% N/TiO2粉末和0.5% Fe1% N/TiO2粉末,并利用X射线电子谱、X射线衍射谱、紫外可见光吸收光谱和漫反射光谱对其进行表征,同时,利用多通道分析仪对实验所用LED光源的发射光谱进行分析以考查其与铁氮共掺二氧化钛纳米颗粒的吸收是否相匹配,再利用HIOKI3664 optical power meter分别对光源稳定性和光均匀度分析来考量LED光源是否能达到实验要求;随后,用台盼蓝染色液计数法研究弱恒定电场对HL60细胞增值的影响;再者,利用CCK-8法、倒置显微镜无损形态观察和活性氧试剂检测活性氧来研究弱恒定电场对上述铁氮共掺二氧化钛纳米颗粒光催化灭活白血病HL60细胞的影响;最后,利用荧光光谱分析和理论分析初步探讨弱恒定电场对铁氮共掺二氧化钛纳米颗粒光催化灭活HL60细胞效率的影响的机理。具体研究结果和结论如下:  (1)表征结果显示,溶胶凝胶法制备的粉末样品都为铁氮共掺二氧化钛纳米颗粒,在400纳米至405纳米的可见光范围内有较好的吸收;LED光源分析得出,光源发射光谱与纳米颗粒吸收光谱是相匹配的,且稳定性和均匀度都能满足实验的要求。  (2)弱恒定电场对HL60细胞增殖的影响的实验研究表明,长时间的弱恒定电场作用对HL60细胞生长有明显的促进效果,而短时间的弱恒定电场对细胞生长的影响不明显。因此,在治疗白血病过程中,可引入短时间弱恒定电场的作用,而几乎不会对HL60细胞增殖产生影响。  (3)弱恒定电场对纳米颗粒PDT灭活HL60细胞效率的影响研究表明,弱恒定电场可提高铁氮共掺二氧化钛纳米颗粒光催化灭活HL60细胞的PDT效率,颗粒浓度为200μg/mL时,无电场作用下,1% Fe1% N/TiO2纳米颗粒和0.5% Fe3% N/TiO2纳米颗粒的1小时的PDT灭活效率分别为75.07%和76.01%,而在场强为600mv/mm的恒定电场作用下的PDT灭活效率分别可达到80.13%和81.24%;倒置显微镜观察和活性氧检测显示,弱恒定电场提高了铁氮共掺二氧化钛纳米颗粒光催化作用过程中活性氧的产量,增大了对细胞膜的损伤,进而破坏细胞膜的结构,由此提高了光催化灭活效率。  (4)对弱恒定电场提高纳米颗粒光催化作用效率的机理进行初探,实验分析可推测出,电场可能通过分离空穴电子对而延长空穴电子对的寿命和提供能量给价带电子跃迁产生更多的空穴电子对,使更多的空穴被还原和更多的电子被氧化生成更多的活性氧类物质,进而提高光催化作用效率。理论分析证实,电场可增加电子跃迁几率,提高光生空穴和电子的数量,进而增加空穴和电子的利用率,以此提高光催化效率;再者,电场可使光吸收边红移,提高光的利用率,进而提高光催化效率;此外,电场使催化剂表面与溶液间势垒宽度变窄,从而使催化剂表面的光生电子向溶液跃迁的机率增大,从而有效减少催化剂表面电子-空穴对的复合,提高电子和空穴的利用率,产生更多的活性氧类物质。  (5)结合上述数据信息和理论分析,在未来二氧化钛用于光动力治疗白血病的过程中,可加以弱恒定电场的辅助来提高治疗效果。
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