【摘要】：纳米Zn O因其优异的理化性质已在传统和新兴领域中均展现出了良好的应用前景，随着纳米Zn O研究的不断深入，人们发现，传统安全无毒的Zn O材料在尺寸达到纳米量级时其生物毒性是不容忽视的。而作为维持细胞正常生理功能的重要电解质，Ca2+的作用广泛而复杂，其浓度的改变往往与许多重要的细胞生理活动存在着密不可分的关系。因此研究纳米Zn O对细胞Ca2+代谢的影响具有重要意义。在现今对离子浓度进行检测的各种手段中，选择性微电极技术由于可以对待测样品中特定离子的活度进行无损伤检测，相较于其它技术而言，更适合于研究细胞中离子的跨膜输运。


本文着重研究了钙离子选择性微电极的制备并利用钙离子选择性微电极研究了Zn O纳米粒子对芦荟细胞原生质体Ca2+释放的影响。本文从电极管的清洁、拉制、硅烷化以及灌充等方面对钙离子选择性微电极的制备过程进行了系统研究，并对其相关性能进行了检测，检测结果表明，在钙离子浓度为10-1~10-5 mol/L范围内，所制备的钙离子选择性微电极的能斯特斜率为26 m V/dec，拟合曲线的R-Square值为0.99976，且响应时间均小于1 s。在此基础上，对Zn O纳米粒子作用下芦荟细胞原生质体的钙离子释放过程进行了研究。所用的Zn O纳米粒子采用溶胶-凝胶法制备，透射电镜结果显示，其形貌均匀，粒径约在3~5 nm左右。芦荟原生质体利用酶解法制得，外形近似球形且叶绿体分布均匀，活性检测结果表明其存活率可达到90%以上。


利用超声波散法将Zn O纳米粒子分散于无钙培养基中，制备成浓度分别为20、30、40和50 mg/L的Zn O纳米粒子悬液。将经过无钙培养基洗涤的等量芦荟原生质体分别在上述Zn O悬液中进行培养，以未加Zn O纳米粒子的无钙培养基中培养的芦荟原生质体作为对照组。用钙离子选择性微电极检测悬液中的钙离子浓度随时间的变化，悬液中钙离子的背景浓度低于10-5 mol/L。测量结果发现:在实验初始阶段，实验组中培养基内Ca2+浓度明显高于对照组，且随着时间的推移，对照组和实验组中Ca2+浓度均逐渐升高并最终达到几近同一的饱和值，但是实验组达到饱和值所用时间显著小于对照组，表明Zn O纳米粒子的加入可以明显加快芦荟细胞原生质体的钙离子释放速度。


在对不同浓度Zn O纳米粒子的作用效果进行对比时发现，无论从Ca2+浓度差值的变化趋势还是从实验组达到饱和值所用时间方面来看，在20~40 mg/L浓度范围内，Ca2+的流失速度随着Zn O纳米粒子浓度的增加而增大，表现出一定的浓度效应，但在浓度达到50 mg/L时，加速作用有所缓减，其原因可能与高浓度下Zn O纳米粒子的自身团聚或对细胞的包覆作用有关。此外，实验发现当Ca2+浓度达到饱和值时绝大多数原生质体形态依然完好，这说明Ca2+的流失并不是完全由原生质体的破裂死亡造成的。以上结果有助于从Ca2+代谢角度进一步理解Zn O纳米粒子产生细胞毒性机制，对未来纳米Zn O的安全应用具有重要意义。