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硅纳米结构的独特性质导致其纳入了广泛的生物医学应用。硅纳米结构会产生有趣的光学和光电效应,例如光致发光,这对生物成像应用非常有利。硅纳米结构的量子限制有利于高灵敏度生物传感器的设计。随着尺寸的减小,这些材料的相对表面积与体积比也增加。这种大的表面积,尤其是多孔形式表现出来,有利于药物和基因的负载。这种材料的生物相容性已经被证明适用于多种纳米结构形式,包括薄膜,纤维,棒和颗粒,以及更复杂的结构。其中,荧光硅纳米粒子(SiNPs)由于其优异的生物相容性和相对强的荧光以及超高光稳定性,已经在从电子学到生物医学的广泛应用中获得了相当大的关注。迄今为止,荧光SiNPs在其各种生物学应用方面已经取得了很大进展,包括生物成像,生物传感器,基因转染和药物递送。此外,作为多功能药物载体,具有强荧光的SiNP成功用于光学成像引导的体外和体内癌症治疗。然而,作为药物载体,其进入细胞这一过程对药物载体来说至关重要,但其跨膜过程由于研究手段的限制并不清楚。因此,我们基于单分子技术——力示踪技术,对单个荧光SiNPs的跨膜转运过程进行了详细的研究。本研究主要集中在荧光SiNPs的内吞过程上,并为这一过程提供了有用的信息。这对设计理想的药物载体提供了非常有价值的参考,以及对医学和生物学领域的研究也具有重大的意义。主要研究内容包括:1.运用力示踪技术实时记录荧光SiNPs在非洲绿猴肾(Verda reno,Vero,正常的体细胞)细胞和宫颈癌(Human cervical cancer cell,HeLa,癌细胞)细胞膜上的跨膜过程,并得到相应的跨膜动力学参数,如跨膜时间,跨膜力,跨膜位移和跨膜速率。同时,与体细胞相比,我们得到癌细胞对荧光SiNPs的摄取需要更小的力,但具有更快的摄取速率。2.运用力示踪技术和荧光成像技术研究了Vero细胞摄取荧光SiNPs的机制。通过多种抑制剂与Vero细胞共孵育,运用力示踪实验,我们得到网格蛋白依赖性内吞,小窝蛋白依赖性内吞和大胞饮都参与了Vero细胞对荧光SiNPs的摄取。同时,荧光成像得到的结论与力示踪实验得到的结论一致。