金纳米棒——从可控制备与修饰到纳米生物学与生物医学应用

金纳米棒因其独特的光学活性(纵向和横向两个等离子体共振吸收峰,可调范围从可见光区到近红外区)、长径比可调,表面易于修饰,生物相容性良好而使得其在纳米生物学和生物医学等领域具有广泛的应用前景。金纳米棒的合成及表面修饰直接决定着其物理化学性质,进而影响其生物相容性及其在生物医学中的应用。本文综述了金纳米棒的可控制备方法(包括模板法、电化学法、光化学法和晶种法)、表面可控修饰方法及其在纳米生物学和生物医学中的应用新进展,重点总结了金纳米棒的表面可控修饰及其在分子探针、生物传感、生物成像、药物载体、基因载体和光热疗法的最新研究进展。最后针对金纳米棒在生物应用过程中的一些瓶颈问题(如:特异性识别能力需要增强和荧光量子产率尚待提高等)提出了将手性分子或智能聚合物引入到金纳米棒表面进行可控修饰,以期增强其特异性识别能力并提高荧光量子产率,为金纳米棒的发展提供了新的思路。     

SERS纳米探针对电刺激过程中细胞内产生活性氧的检测

电刺激是用于细胞内紊乱电活动引起疾病的一类重要治疗方式. 在电刺激过程中是否会诱导细胞内活性氧(ROS)水平的改变, 以及常规抗氧化抑制药物与电刺激治疗同时运用带来的影响, 目前尚未有相关研究. 本文设计了一种具有较好生物相容性的金/银核壳纳米棒表面增强拉曼(SERS)活性探针, 用于电刺激过程中细胞内产生ROS的检测. 将该探针与细胞共孵育, 使其内化入细胞, 对细胞进行不同时间的电刺激, 利用拉曼光谱对SERS探针的信号进行检测. 实验结果表明, 随着电刺激时间的延长, SERS信号减弱, 说明细胞内产生ROS的量明显增加. 该传感机制是利用ROS能刻蚀金/银核壳纳米棒的银壳, 从而使其变薄引起SERS信号减弱. 抗坏血酸(AA)和谷胱甘肽(GSH)两种抗氧化抑制剂类药物与电刺激同时运用时, 可观察到它们会对电刺激过程产生的ROS有清除作用. 该研究发展了一类用于细胞内ROS检测的光谱方法, 也为异常的氧化应激和肿瘤治疗过程中的组合用药提供了建议.     

单细胞水生生物金属纳米颗粒的定量分析

人类活动释放的金属纳米颗粒不可避免地进入水环境中。大量研究表明,金属纳米颗粒会对水生生物产生生殖毒性和遗传毒性等,金属纳米颗粒还可能沿着食物链传递,对环境生物和人类健康造成威胁。细胞内金属纳米颗粒定量分析是研究金属纳米颗粒生物效应的重要基础。此外,单细胞之间存在异质性,具有特殊生理特性的细胞个体可能影响细胞群体的命运。而基于细胞群体平均值的定量分析则忽略了细胞个体的异质性,遗漏了对群落具有重要功能的细胞群体信息。因此,在单细胞水平上定量分析水环境中底层营养级的单细胞微生物细胞内金属纳米颗粒,对认识金属纳米颗粒与水生生物的相互作用,评估其进入食物链的潜在风险至关重要。本文梳理了已用于单细胞水生生物体内金属纳米颗粒的单细胞定量分析方法,阐述了它们的工作原理和在相关研究中的应用,总结了各方法的优缺点,期望为今后相关研究的方法选择提供参考,最后展望了该领域未来的研究方向。     

金纳米粒子的细胞毒性

金纳米粒子(AuNPs)是构建用于诊断和治疗的纳米药物/探针的理想纳米材料之一,因此研究AuNPs与细胞的相互作用具有重要意义。 本文详细分析了金纳米簇(AuNCs)、球形金纳米粒子A(AuNPss)、金纳米球壳(AuNSs)和金纳米棒(AuNRs)等不同形貌的Au NPs对不同细胞模型的细胞毒性;讨论了AuNPs的理化性质(大小、形状、化学功能和表面电荷)对其细胞毒性的影响。 总结了AuNP细胞毒性研究遇到的挑战并提出相应解决方法。     

基于金纳米棒的生物检测、细胞成像和癌症的光热治疗

由于金纳米棒颗粒独特的可调的表面等离子共振特性,使得金纳米棒颗粒在纳米复合材料和功能化纳米器件的构建、纳米生物技术、生物医学等领域具有广泛而重要的应用前景。本文综述了金纳米棒颗粒的生物检测、细胞成像和癌症的光热治疗方面的最新研究进展,并介绍了金纳米棒颗粒的光学性质和金纳米棒颗粒和几种主要的表面修饰方法,对金纳米棒颗粒在生物应用过程中存在的主要问题进行了讨论。     

纳米材料在生物分析应用中存在的若干问题

从三个方面考察与总结了一些常用的纳米材料(如碲化镉量子点,纳米金和碳纳米点)在生物分析应用中存在的问题：(1)纳米材料的毒性. 三种裸露纳米材料的平行比较实验表明,碲化镉量子点能够导致细胞代谢活性下降、细胞发生皱缩、甚至死亡,具有很强的毒性;纳米金在高浓度(30 μg/mL)时可对细胞代谢产生一定的抑制作用;而碳纳米点对细胞几乎不产生影响,具有较好的生物相容性. 三种纳米材料的相对毒性为：碲化镉量子点>>纳米金>碳纳米点. 这种相对毒性还得到了绿豆芽生长抑制实验的支持. (2)纳米材料的非均一性. 这主要表现在以下几个方面：粒径分布的非均一性,表面修饰/性质的非均一性,以及在生物样品(如细胞)中分布的非均一性. (3)纳米材料的环境敏感性或稳定性. 实验表明,碲化镉量子点、纳米金和碳纳米点的光学性质对环境pH的改变均十分敏感,而且纳米金不抗盐,在离子强度较高的盐溶液中不稳定、易聚集. 这些问题的严重性在许多以往的研究中并未引起人们的全面重视. 我们希望通过本研究以及对这些问题的再次探讨,能促使人们在实际应用中对相关纳米材料进行重新的审视和合理的选择. 此外,为克服这些问题,我们在文中提到的一些措施可供参考.     

电沉积制备ZnO纳米棒修饰电极上氧化还原蛋白的电化学行为

采用恒电位阴极还原法在金电极表面一步修饰ZnO纳米棒, 制备成ZnO纳米棒修饰电极. 扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)结果显示制得的ZnO为直径约100 nm的六棱柱状纤锌矿晶体纳米棒. 使用ZnO纳米棒修饰的金电极研究细胞色素c的直接电化学行为, 结果表明: ZnO纳米棒修饰的金电极能有效探测到细胞色素c的铁卟啉辅基在不同价态下的电化学行为; 细胞色素c吸附后, ZnO纳米棒修饰的金电极对过氧化氢的电流响应呈现良好的线性关系.     

一种制备高长径比金纳米棒的新方法

报道了一种制备高长径比金纳米棒的新方法. 在25 ℃条件下, 采用种子介导生长法, 通过优化表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的浓度, 制备了长度(200±18.62) nm, 长径比大于10的金纳米棒, 并讨论了金纳米棒的形成机制. 结果表明, 金纳米棒的长径比和纵向吸收波长与CTAB的浓度有关. 此外, 通过提高反应液的离子强度, 利用制备的金纳米棒与球形颗粒不同的静电作用将金纳米棒分离纯化. 运用透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)对金纳米棒的表面形貌进行表征.     

铜掺杂对金纳米棒生长及光学性质的影响

采用金-铜共混法制备了金纳米棒,研究了铜离子存在下金纳米棒的等离子体共振吸收及形貌的变化.通过调节反应中铜离子的加入量及晶体生长过程中各反应参数,使金纳米棒复合纳米材料的形貌、长径比和光学性质得到有效控制.比较了纯金纳米棒与掺入铜的金纳米棒的光热转换性能和拉曼光谱的增强性能.结果表明,铜离子的掺杂可以有效控制金纳米棒的生长以及金纳米棒的形貌.加入铜离子的金纳米棒的光热转换效率明显低于单纯的金纳米棒,但是铜掺杂的金纳米棒在被用作拉曼基底时,表面增强拉曼性质却优于纯金纳米棒.     

金纳米粒子的表面修饰及生物应用进展

近年来纳米材料被广泛应用于生物医学、航空航天和精细化工等领域。构成纳米材料的纳米粒子具有小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等性质。其中金纳米粒子由于其独特的荧光特性、良好的生物相容性和表面等离子共振等性质,被广大科研人员进行深入研究。例如,在生物医学领域,科研人员构建了一系列新型的金纳米比色传感器、光学探针及各类载药体系等。然而,目前金纳米粒子仍存在水分散性差、肾清除效率低和量子发射产率低等问题,限制了其广泛应用。因此,研究人员对金纳米粒子表面进行多样化修饰,从而能有效克服上述缺点。本文就目前主流配体表面修饰金纳米粒子的研究进展进行了详细总结,着重介绍了功能化金纳米粒子在生物成像、生物检测、生物治疗三方面的应用,最后对金纳米粒子的临床治疗机制的探索以及商业化的应用进行了展望,希望能为相关领域的研究者们提供新思路。