聚苯乙烯微塑料吸附質(zhì)粒DNA轉(zhuǎn)染效應(yīng)研究
摘要:本研究聚焦聚苯乙烯微塑料與質(zhì)粒 DNA 相互作用下的轉(zhuǎn)染效應(yīng)。鑒于二者在環(huán)境與生物領(lǐng)域交集漸顯,通過(guò)精細(xì)實(shí)驗(yàn),從吸附特性剖析至細(xì)胞轉(zhuǎn)染探究,明確影響因素與作用機(jī)制,為微塑料生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、生物安全保障開(kāi)拓新思路,前沿意義。
一、引言
二、實(shí)驗(yàn)材料與方法
(一)實(shí)驗(yàn)材料
聚苯乙烯微塑料:精心篩選來(lái)自供應(yīng)商的多規(guī)格樣本,涵蓋粒徑從納米級(jí)別的 0.05 μm 到微米級(jí)的 10 μm 不等,形態(tài)囊括規(guī)整球狀、片狀以及不規(guī)則塊狀等多樣化類型。運(yùn)用高分辨率掃描電子顯微鏡(SEM)結(jié)合能量色散 X 射線光譜儀(EDS),對(duì)微塑料的表面微觀形貌、元素組成進(jìn)行深度解析,同時(shí)借助激光粒度分析儀精確測(cè)定其粒度分布,確保材料特性精準(zhǔn)掌握,為后續(xù)實(shí)驗(yàn)精準(zhǔn)導(dǎo)航。
質(zhì)粒 DNA:從專業(yè)生物試劑庫(kù)中選定攜帶高表達(dá)熒光素酶基因(Luc)的超螺旋質(zhì)粒 DNA,該基因在后續(xù)檢測(cè)中可產(chǎn)生強(qiáng)烈的生物發(fā)光信號(hào),極大提升轉(zhuǎn)染效果監(jiān)測(cè)的靈敏度。利用先進(jìn)的核酸蛋白分析儀與瓊脂糖凝膠電泳技術(shù),對(duì)質(zhì)粒 DNA 的純度、濃度以及超螺旋結(jié)構(gòu)完整性進(jìn)行三重把關(guān),確保實(shí)驗(yàn)的分子 “原料” 質(zhì)量過(guò)硬。
細(xì)胞系:優(yōu)先擇取具有高度代表性且遺傳背景清晰的哺乳動(dòng)物細(xì)胞系,如小鼠胚胎成纖維細(xì)胞(NIH 3T3)、人肝癌細(xì)胞(HepG2)等。這些細(xì)胞系不僅生長(zhǎng)活力旺盛、增殖周期穩(wěn)定,而且對(duì)質(zhì)粒 DNA 攝取及表達(dá)具有良好的響應(yīng)性,為探究微塑料介導(dǎo)的轉(zhuǎn)染效應(yīng)搭建了理想的細(xì)胞 “舞臺(tái)”。
(二)實(shí)驗(yàn)方法
吸附動(dòng)力學(xué)探究:
匠心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)體系,精密配制一系列混合溶液,保持質(zhì)粒 DNA 濃度恒定于 0.5 μg/mL,同時(shí)引入梯度變化的聚苯乙烯微塑料濃度,范圍從 0.005 mg/mL 至 5 mg/mL。將溶液輕柔轉(zhuǎn)移至配備高精度溫度控制模塊(精度達(dá) ±0.1°C)與穩(wěn)定振蕩功能(轉(zhuǎn)速波動(dòng)小于 ±5 rpm)的恒溫振蕩培養(yǎng)箱內(nèi),設(shè)定溫度為人體生理溫度 37°C,模擬體內(nèi)真實(shí)微環(huán)境動(dòng)態(tài)變化。
沿著精細(xì)規(guī)劃的時(shí)間軸,在 0 min、2 min、5 min、10 min、20 min、30 min、1 h、2 h、3 h、4 h 等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),運(yùn)用微量移液器精準(zhǔn)吸取少量溶液樣本,隨即高速離心(轉(zhuǎn)速 ≥ 15000 rpm)分離微塑料與上清液。借助超靈敏熒光分光光度計(jì),依據(jù)熒光共振能量轉(zhuǎn)移(FRET)原理,精確測(cè)量上清液中殘留質(zhì)粒 DNA 的熒光強(qiáng)度,進(jìn)而換算出濃度變化,繪制吸附動(dòng)力學(xué)曲線,深度解讀吸附速率的動(dòng)態(tài)演進(jìn)密碼。
吸附等溫線剖析:
營(yíng)造恒溫恒濕的實(shí)驗(yàn)條件,借助專業(yè)溫控水浴精準(zhǔn)維持溶液溫度在 37°C。精細(xì)調(diào)控質(zhì)粒 DNA 濃度,構(gòu)建從 0.05 μg/mL 至 5 μg/mL 的梯度序列,同時(shí)固定聚苯乙烯微塑料添加量為 0.5 mg/mL。將溶液置于多通道渦旋振蕩儀上,以柔和且持續(xù)的振蕩促使吸附過(guò)程趨向平衡,全程利用動(dòng)態(tài)光散射技術(shù)(DLS)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溶液體系的穩(wěn)定性,確保吸附過(guò)程真實(shí)可靠。
待吸附平衡達(dá)成,采用超速離心分離技術(shù)(轉(zhuǎn)速 ≥ 20000 rpm)迅速分離微塑料與上清液,運(yùn)用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)量上清液在特定波長(zhǎng)下的吸光度,結(jié)合比爾定律推算殘留質(zhì)粒 DNA 濃度。借助專業(yè)軟件擬合 Langmuir、Freundlich 以及 Temkin 等多元吸附等溫模型,精準(zhǔn)鎖定微塑料對(duì)質(zhì)粒 DNA 的最大吸附容量、吸附平衡常數(shù)等核心參數(shù),全方面揭示吸附行為的內(nèi)在本質(zhì)。
細(xì)胞轉(zhuǎn)染深度研究:
以細(xì)胞培養(yǎng)的 “黃金法則” 為指導(dǎo),將處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期、活力四射的細(xì)胞,按照每孔 0.8×10? 個(gè)細(xì)胞的精準(zhǔn)密度接種至 96 孔板或 12 孔板,悉心培養(yǎng)至細(xì)胞單層緊密貼壁且融合度精準(zhǔn)達(dá)到 75% - 85%,為轉(zhuǎn)染實(shí)驗(yàn)鋪墊開(kāi)端。
創(chuàng)新性地運(yùn)用層層自組裝技術(shù)(LBL)制備含不同濃度聚苯乙烯微塑料吸附質(zhì)粒 DNA 的納米復(fù)合物,依據(jù)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分組,將其逐孔精準(zhǔn)滴加至細(xì)胞培養(yǎng)板,同步設(shè)立多維度對(duì)照組,包括僅含質(zhì)粒 DNA 的傳統(tǒng)轉(zhuǎn)染陽(yáng)性對(duì)照、不含任何添加物的空白細(xì)胞陰性對(duì)照以及僅含微塑料的潛在細(xì)胞毒性對(duì)照。轉(zhuǎn)染完成后,細(xì)胞被輕置于含 5% CO?、濕度 95%、溫度 37°C 的細(xì)胞培養(yǎng) “夢(mèng)幻艙” 內(nèi),持續(xù)孵育。
借助活細(xì)胞成像系統(tǒng),實(shí)時(shí)、無(wú)損地觀測(cè)細(xì)胞形態(tài)動(dòng)態(tài)演變;運(yùn)用高內(nèi)涵分析技術(shù)(HCA),結(jié)合熒光標(biāo)記與圖像識(shí)別算法,全方面量化綠色熒光蛋白(若轉(zhuǎn)染此基因)或熒光素酶(對(duì)應(yīng)基因轉(zhuǎn)染)的表達(dá)強(qiáng)度與分布模式,精準(zhǔn)刻畫(huà)轉(zhuǎn)染效果;并在 24 h、36 h、48 h、60 h、72 h 等關(guān)鍵時(shí)間戳,收集細(xì)胞進(jìn)行蛋白質(zhì)免疫印跡(Western blot)與實(shí)時(shí)定量聚合酶鏈反應(yīng)(RT-qPCR)檢測(cè),從蛋白與核酸水平雙重鎖定目的基因表達(dá)豐度,深度挖掘微塑料對(duì)質(zhì)粒 DNA 轉(zhuǎn)染的影響 “黑匣子”。
三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
(一)吸附動(dòng)力學(xué)洞察
(二)吸附等溫線探秘
(三)細(xì)胞轉(zhuǎn)染成果解讀
四、結(jié)論
相關(guān)產(chǎn)品
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