自制磁性微珠及固定化酶的细胞毒性研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

随着生物材料的研究与发展，近几年越来越多的新型材料被应用于生物医学领域，如人造血管^[1]、人工导管^[2]、人工骨^[3]、人工心脏瓣膜^[4]等。这些材料的出现使得医疗水平进一步提高，解决了尿道感染、手术截肢、心脏瓣膜疾病等的治疗问题^[5]。随着生物材料的广泛应用，人们发现不得不考虑以生物材料为中心的感染问题（biomaterial-centered infection,bci）^[6]。bci通常由细菌感染引起，顽固性感染则主要由一些细菌粘附于生物材料的表面, 并聚集形成生物被膜导致。生物被膜可以将细菌与抑菌药物分隔开，使内部的细菌对抗生素等不敏感，同时还可以保护细菌不受宿主免疫系统的清除^[7]，大大降低抗生素的杀菌作用。目前针对生物材料长期植入人体引发的感染问题主要有抗生素治疗、清创处理以及取出植入体等，但这些方法都存在一些问题。由于细菌生物膜的存在抗生素治疗的效果十分不理想；而清创处理则需将生物材料周围被感染的组织切除并清洗，还有很大程度存在再次感染的可能^[8]；取出植入体则需进行外科手术，给病人带来许多痛苦。因此，人们期望提出更好的解决植入体感染问题的治疗方法。

破坏细菌生物膜对于解决植入体感染有重要意义。β-n-乙酰葡萄糖胺酶(dispersin b, dspb)是一种结构简单，包含361个氨基酸的水解酶，具有很强的稳定性^[9]。kaplan等^[10]发现，伴放线嗜血杆菌在牙周聚集并形成生物膜，而dspb可以降解细胞外多糖（extracellular polysaccharide，eps）的主要成分聚β-（1，6）-n-乙酰葡萄糖胺（poly-β-1，6-n-acetyl-d-glucosamine，pnag），破坏生物膜的完整性。因此可以考虑使用dspb来水解细菌生物膜之间的糖苷键，从而使细菌分散，增强细菌对于抗生素的敏感性，有望用于解决植入材料的顽固性感染问题。

而如何将eps降解酶运送到植入材料的周围则是一个需要考虑的问题。磁性微粒作为一种新型材料，具有许多优良的物理化学特性，由于其良好的磁响应性^[11]，在外加磁场的作用下，可以到达特定的部位，因此被广泛应用于生物医学领域，如构建靶向载药系统^[12]、酶固定化^[13]、分离纯化^[14]等。我们通过合成sio₂-coated fe₃o₄磁性微粒，并对其进行表面修饰，得到多巴胺修饰磁珠、醛基修饰磁珠，并分别于两种磁珠上负载eps降解酶，从而期望其在外加磁场的作用下可以将酶运送到特定的靶部位，破坏细菌生物膜，提高抗生素的杀伤能力，为解决植入体感染问题提供治疗方法。

2. 研究的基本内容与方案

本课题的研究内容

1.磁性纳米粒子的制备：fe₃0₄纳米粒子、sio₂-coated fe₃0₄纳米粒子、ni-ida-sio₂-coated fe₃o₄纳米粒子、多巴胺修饰磁珠、醛基修饰磁珠的制备。

2.固定化酶的制备：多巴胺磁珠固定化酶、醛基磁珠固定化酶的制备。

3. 研究计划与安排

2019年9月上旬进行课题相关文献的查找、阅读，并根据所查资料设计实验的方案、流程。

9月中旬准备预实验所需的试剂、材料，了解实验所用仪器的使用方法。

9月末到10月中旬进行预试验，开始制备fe₃0₄纳米粒子、sio₂-coated fe₃0₄磁性微粒、ni-ida-sio₂-coated fe₃o₄磁性微粒，过程中还可以了解pc12细胞的培养方法，并准备细胞培养所需的仪器、试剂及材料。培养重组dspb大肠杆菌，平板划线、菌种活化、扩大培养，并进行细胞破碎，将得到的细胞破碎液于-20℃冰箱储存。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]王桂莲,孙云娜,姚锦元,王艳,丁桂甫,章巧琪.微型人造血管壁面特征对血液流动的影响[j].传感器与微系统,2019,38(10):4-7.

[2]陈钱,杨茂园,赵明达,蒋季,戴佳莹,许建梅.编织法制备人工神经导管的研究[j].现代纺织技术,2019,27(05):6-10.

[3]唐旭,陈帅,田鹏,庄万强.万古霉素人工骨联合外固定支架治疗慢性胫骨骨髓炎的疗效及其对膝关节功能、踝关节功能和炎性因子的影响[j].临床和实验医学杂志,2019,18(15):1650-1653.