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PEG-MoS2纳米球细胞毒性与光热性能的研究

摘要：本文采用微波水热法合成PEG-MoS2纳米球材料，研究发现PEG-MoS2生物毒性小，生物相容性好，在近红外区有很强的光吸收，可作为一种新型的纳米光热试剂。
关键词：PEG-MoS2纳米球；光热试剂；二硫化钼
二硫化钼晶体是六方晶系典型的二维层状结构，晶体由单层或多层MoS2组成，具有“三明治夹心”结构[1,2]。近年来，二硫化钼纳米材料被研究发现具有较宽的内在带隙、高的载流子迁移率和连续可调的表面等离子体共振性质，引起二硫化钼的光热转换效率高，是受科研人员广泛关注的新兴光热材料[3,4,5]。纳米MoS2的表面积大，活性位点多，具有很强的吸附能力，已有研究发现二硫化钼制备成本低，生物相容性好，在肿瘤药物输送和光热治疗方面具有巨大的潜在应用前景[6,7]。Yin[8]等合成了壳聚糖修饰MoS2纳米片，并发现其可作为一种化疗药物纳米载体用于近红外（NIR）光热触发药物释放，促进联合化疗-光热治疗。聚乙二醇（PEG）是一种水溶性聚合物，PEG具有良好的生物相容性。Prabaharan等[9]人合成了叶酸-阿霉素-PEG，并将其耦连在纳米金颗粒上，以纳米金为药物载体实现对癌组织的靶向给药。本文采取微波水热法一步制备PEG-MoS2纳米球，探讨材料的生物相容性和光热转化活性。
1 实验部分
1.1 主要试剂
四水合钼酸铵、硫脲、聚乙二醇-600（ 国药集团化学试剂有限公司）；MTT粉末、二甲亚砜（DMSO）、PBS缓冲液（pH=7.4）、4%多聚甲醛 （美国Sigma公司）；链霉素-青霉素混合液双抗、胎牛血清、DMEM高糖培养基（杭州吉诺生物医药技术有限公司）
1.2 主要仪器
高分辨透射电子显微镜（荷兰Philips公司），二氧化碳细胞培养箱美国（NBS公司），高速多通道连续波长酶标仪（奥地利TECAN Model Safire）、DZF-6032真空干燥箱（上海一恒）
1.3 MoS2、PEGMoS2纳米球的制备[10]
MoS2制备：将1.83g硫脲、0.353g钼酸铵溶解，在微波消解仪中在220℃条件下反应10 min，然后冷却离心，取黑色沉淀依次用去离子水、无水乙醇洗涤三次，在50℃真空干燥箱内干燥24小时，收集备用。
PEG-MoS2制备：将1.83g硫脲、0.353g钼酸铵溶解和聚乙二醇（PEG）溶解，以下制备方法与MoS2制备方法相同。
1.4透射电子显微镜（TEM）
透射电子显微镜对MoS2、PEG-MoS2纳米材料表征
1.5 MTT法检测MoS2、PEG-MoS2的生物相容性
采用MTT法测定MoS2、PEG-MoS2纳米材料对人正常乳腺细胞（MCF10A）和人乳腺癌细胞（MCF-7）的生物相容性。将细胞以5000个/孔的密度接种于96孔板中，每种浓度的纳米材料和空白细胞各种5个平行孔，每孔细胞悬浮液为100uL。加药组的MoS2、PEG-MoS2终浓度分别为10、30、60、90、120、150ug/mL，在5% CO2、37℃培养箱内生长24 h。24h后，将10uL的MTT溶液加入到每孔细胞里，在避光条件下培养4h，吸去每孔的培养液，每孔加入100uL DMSO溶液，振荡5min左右，用酶标仪在570nm波长检测每孔光吸收OD值，求出平均值，计算出细胞存活率。
1.6 PEG-MoS2纳米材料升温曲线的测定
配制不同浓度的PEG-MoS2溶液，808 nm 激光器照射溶液，用温度检测器测量温度。
2 结果与讨论
2.1透射电子显微镜（TEM）表征
没加入PEG调节的MoS2尺寸大，呈连片的大块状（图2.1左）；PEG-MoS2尺寸大约为200 nm，呈球形结构，表面含丰富褶皱（图2.1右）

图2.1 MoS2、PEG-MoS2的TEM图

2.2 PEG-MoS2纳米球对细胞的生物相容性
对于乳腺癌细胞MCF-7，随着MoS2浓度的增加（图2.10A），细胞存活率从（98.51%±2.6%）下降到（95.12%±3.8%）；随着PEG-MoS2浓度的增加（图2.10B），细胞存活率从（99.13%±2.3%）只下降到（96.32%±2.2%）。对于人正常乳腺细胞MCF-10A，随着MoS2浓度的增加（图2.10C），细胞存活率从（98.10%±1.2%）下降到（96.53%±1.0%）；随着PEG-MoS2浓度的增加（图2.10D），细胞存活率从（99.45%±1.5%）下降到（98.33%±1.8%）。上述数据表明，高浓度的MoS2和PEG-MoS2（150µg/mL）对肿瘤细胞和正常细胞都具有良好的细胞相容性，细胞存活率都达到95%以上。与MoS
2相比，PEG-MoS2的细胞毒性更小，这与在MoS2晶体上修饰了具有良好生物相容性PEG密切相关。

图2.2 MoS2和PEG-MoS2对人正常乳腺细胞（MCF-10A）、人乳腺癌细胞（MCF-7）细胞毒性
图2.3 MoS2、PEG-MoS2在纯水、PBS、细胞培养液和血清中的稳定性
2.3 PEG-MoS2纳米球的光热效应
随着PEG-MoS2浓度的增加（25-75 µg/mL），PEG-MoS2溶液的升温变快(图2.12)。表明合成的PEG-MoS2纳米球在近红外区有很强的光吸收，具有良好的光热效果。当PEG-MoS2浓度为75 µg/mL时，照射溶液10 min，溶液温度由20℃上升至45℃(图2.12B)。上述结果表明PEG-MoS2作为一种新型的光热复合材料应用于癌细胞的光热治疗

图2.3 去离子水、不同浓度PEG-MoS2在808nm激光照射下（激光功率密度为0.5W/cm2）的升温曲线图

3 结论
合成的PEG-MoS2纳米球的生物毒性。MTT毒性实验表明，0-150μg/mL 范围内的PEG-MoS2粒子具有良好的生物相容性，细胞的存活率达到95%以上，用于细胞研究不会引起细胞损伤。PEG-MoS2纳米球在近红外区有很强的光吸收，可作为纳米光热试剂应用于癌细胞的光热治疗。

参考文献
1. Shi Y, Zhou W, Lu A, et al. Van der Waals epitaxy of MoS2 layers using graphene as growth templates. Nano letters. 2012, 12: 2784–2791.
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[3] Radisavljevic B, Radenovic A. Single-layer MoS2 transistors. Nat Nanotechnol. 2011, 6: 147-150
[4] Lee H, Min S, Chang YG, Park MK,et al. MoS₂ nanosheet phototransistors with thickness-modulated optical energy gap. Nano Lett. 2012,12: 3695-3700.
[5] Liu C, Chen J, et al．Highly Sensitive MoS2 In- docyanine Green Hybrid for Photoacoustic Imaging of Or- thotopic Brain Glioma at Deep Site［J］．Nano－Micro Lett, 2018，10( 3) : 48－59．
[6] Yin W, Yan L, Yu J, Tian G,et al. High-throughput synthesis of single-layer MoS2 nanosheets as a near-infrared photothermal-triggered drug delivery for effective cancer therapy. ACS Nano. 2014, 8: 6922-6933.
[7] Jabeen F, Najam-ul-Haq M, Javeed R,Au-nanomaterials as a superior choice for near-infrared photothermal therapy. Molecules.2014, 19: 20580-20593.
[8] Yin W, Yan L, Yu J, Tian G, et al. High-throughput synthesis of single-layer MoS2 nanosheets as a near-infrared photothermal-triggered drug delivery for effective cancer therapy. ACS Nano. 2014 8: 6922-6933.
[9] Hooftman G, Herman S, SSchacht E. Poly(ethylene glycols)s with reactive endgroups. II. Practical consideration for the preparation of protein-PEG conjugates. J Bioact Compat Polym. 1996, 11: 135–159.
[10] Liu N, Yang LC, Wang SN, Zhong ZW, et al. Ultrathin MoS2 nanosheets growing within an in-situ formed template as efficient electrocatalysts for hydrogen evolution, Journal of Power Sources. 2015, 275: 588-594.

黎宝乐（1988-），女，硕士研究生，茂名职业技术学院，从事化工检测、化工环保技术等方面工作。
杨璐璐（1983-），女，茂名职业技术学院，从事食品检测、实验室管理等方面工作。
陈颖峰（1969-），男，茂名职业技术学院，从事化工油品分析、实验室管理等方面工作。

-全文完-