金納米棒課件

（GNRs）簡(jiǎn)介1971年，F(xiàn)aulk和Taylor首先將膠體金作為標(biāo)記物引入免疫學(xué)研究中。從此，金納米粒子引起了許多科學(xué)家的關(guān)注和世界性的研究熱潮。近年來(lái),人們對(duì)金納米材料的研究取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步,不但可以制備出不同尺寸的球形粒子,還可以對(duì)其形貌加以控制,并且發(fā)現(xiàn)了一些特殊的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和物理性質(zhì)。其中研究最為廣泛、最具應(yīng)用潛力的是金納米棒(NRs),其制備過(guò)程中采用不同的實(shí)驗(yàn)參數(shù),可實(shí)現(xiàn)對(duì)其比率(長(zhǎng)比寬)的精確調(diào)控。更為重要的是,金納米棒有著獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)[棒狀粒子具有橫向和縱向表面等離子體共振(SPR)雙譜峰],且縱向SPR峰位(從可見(jiàn)區(qū)到近紅外區(qū))取決于棒狀粒子的比率,通過(guò)控制不同比率,可以實(shí)現(xiàn)縱向SPR峰位置的人為調(diào)控。合成方法金納米棒有多種合成方法，其中以晶種生長(zhǎng)法最為常用。晶種生長(zhǎng)法基本原理是在反應(yīng)溶液中加入一定量的金納米顆粒晶種（約3nm），在表面活性劑分子的作用下，晶種顆粒定向生長(zhǎng)為一定軸比的金納米棒。可通過(guò)改變?nèi)芤褐芯ХN的量、反應(yīng)物的濃度以及溶液pH值可調(diào)節(jié)納米棒的長(zhǎng)短軸比值。光學(xué)性質(zhì)金納米粒子具有非常奇異的光學(xué)性質(zhì)。這種特殊的性質(zhì)來(lái)源于入射光與金屬納米粒子的自由電子相互作用。當(dāng)入射光的波長(zhǎng)與自由電子的振動(dòng)頻率發(fā)生共振耦合時(shí),就會(huì)產(chǎn)生SPR,在紫外可見(jiàn)光譜上顯示強(qiáng)的吸收峰。光學(xué)性質(zhì)對(duì)于金納米棒，為電子在長(zhǎng)軸和短軸方向的振蕩頻率顯然有所差異,從而表現(xiàn)出兩種不同共振頻率,即縱向和橫向SPR。光學(xué)性質(zhì)不同長(zhǎng)短軸比率的金納米棒的SPR圖如下,

LSPR峰隨金納米棒的長(zhǎng)短軸比率增加而紅移。應(yīng)用許多癌細(xì)胞(腦癌、肺癌、前列腺癌和乳腺癌)的表面都覆蓋著一種特殊蛋白質(zhì)，這種蛋白質(zhì)被稱(chēng)為表皮生長(zhǎng)因子受俸(EFGR)，EFGR為癌癥提供治療新靶點(diǎn)，探明這種蛋白質(zhì)是癌癥診斷的關(guān)鍵。借助金納米材料可完成探測(cè)。對(duì)于皮膚癌治療和診斷，球形金納米顆粒是很好的選擇，但對(duì)于皮下組織的癌癥治療或者診斷，如乳腺癌，球形金納米顆粒就無(wú)能為力了，因?yàn)榻鸺{米顆粒的等離子共振峰在可見(jiàn)區(qū)，而可見(jiàn)光譜范圍的光源不容易穿透皮下深層組織。具有合適比率的金納米棒是最好的選擇，因?yàn)榻t外區(qū)對(duì)光的吸收和散射能力都很強(qiáng)。金納米棒生物探針能與近紅外的激光波長(zhǎng)相匹配，能使近紅外光穿透皮下深層組織，因此金納米棒生物探針能同時(shí)對(duì)皮下深層組織的癌細(xì)胞起到診斷和光熱治療作用。應(yīng)用——醫(yī)療診斷納米金由于體積小，可以被多種基團(tuán)修飾和其光學(xué)特性，成為疾病診斷新的研究對(duì)象。納米金可以被多種物質(zhì)修飾獲得對(duì)腫瘤細(xì)胞的靶向性。其診斷原理如下：①不同直徑的納米金具有特定的吸收光譜，可以對(duì)特定長(zhǎng)度的紅外線產(chǎn)生吸收的峰值。②由于EGFR抗體修飾的納米金可以選擇性的聚集于腫瘤細(xì)胞中，從而使腫瘤細(xì)胞中高濃度的納米金之間互相作用產(chǎn)生等離子共振現(xiàn)象，導(dǎo)致其吸光譜發(fā)生紅移，而正常細(xì)胞中由于不存在納米金或者納米金濃度過(guò)低難以產(chǎn)生等離子共振現(xiàn)象，因此應(yīng)用光聲和超聲波譜診斷法可以明顯的區(qū)別腫瘤細(xì)胞與正常細(xì)胞，使腫瘤細(xì)胞清晰地被診斷出。實(shí)例2005年美國(guó)Purdue大學(xué)的研究人員Wang等將金納米棒顆粒注入實(shí)驗(yàn)鼠體內(nèi),在其流經(jīng)血管時(shí),利用雙光子成像技術(shù)(TPL)透過(guò)皮膚得到了血管結(jié)構(gòu)的原位圖像。記錄的圖像比傳統(tǒng)熒光染料法明亮得多,單個(gè)金納米棒顆粒比單個(gè)羅丹明6G分子（一種熒光染料，鄰苯二酚類(lèi)）發(fā)出的雙光子熒光要亮58倍。兩個(gè)血管的發(fā)射圖像通過(guò)血管的金納米棒顆粒的雙光子圖像發(fā)射圖和單幅的雙光子圖像的疊加圖與c圖對(duì)應(yīng)的雙光子強(qiáng)度譜圖實(shí)例置于蓋玻片的癌細(xì)胞的雙光子成像:未標(biāo)記細(xì)胞的雙光子自熒光成像金納米棒標(biāo)記的細(xì)胞的雙光子成像未標(biāo)記細(xì)胞的雙光子成像實(shí)例Yu等將3種不同的抗體分子偶聯(lián)到3種不同長(zhǎng)度的金納米棒上，通過(guò)檢測(cè)免疫識(shí)別作用誘導(dǎo)的金納米棒LSPR吸收峰紅移，實(shí)現(xiàn)對(duì)3種靶分子的同時(shí)檢測(cè)，提高了檢測(cè)效率。展望與挑戰(zhàn)金納米棒由于其具有的獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)，使其在生物標(biāo)記、生物檢測(cè)、生物成像、疾病的治療以及信息存儲(chǔ)等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。如何在一些實(shí)驗(yàn)條件包括納米微粒的吸收和散射截面，以及納米微粒和靶向抗體的結(jié)合，納米生物分子結(jié)合體對(duì)細(xì)胞的靶向標(biāo)記等都還需進(jìn)一步優(yōu)化。

近紅外光傳輸?shù)讲煌┌Y病變細(xì)胞的最有效方法及金納米棒光熱作用機(jī)理