从零维到三维的碳范式:碳单质概念的新发展

自18世纪石墨与金刚石的组成被确定为碳元素后,碳单质概念初步形成。然而,20世纪末期,包括C₆₀在内的富勒烯一族的发现突破了人们对碳单质的认识。随后,碳纳米管、石墨烯以及人工合成的T-碳的出现,重新诠释了碳单质的概念。碳单质的新发现,建立了从零维到三维的碳范式,掀开了对“碳单质”研究和应用的新篇章。     

磷单质概念的新发展

自白磷与红磷相继被发现后,磷单质的概念初步形成。20世纪初期,黑磷的发现突破了人们对磷单质的认识。随后,紫磷、蓝磷、二磷分子以及环状磷的出现,使磷单质的概念有了新的发展。几种新的磷单质的发现,建立了磷单质概念的新范式,科学家在探索磷单质概念多元化的道路上还将继续前行。     

金纳米球和金纳米棒的制备及其光热催化性能

以氯金酸(HAuCl_4)为原料,硼氢化钠(NaBH_4)为还原剂,聚乙烯吡咯烷酮K30(PVP)为稳定剂制备了尺寸5 nm的金纳米球;以阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂和油酸钠(NaOL)稳定剂,用种子生长法制备了不同长径比(R=2.5~4)的金纳米棒。在2 W·cm~(-2)的808 nm激光照射10 min条件下,C(0.4 mg·mL~(-1))浓度金纳米球溶液升温10.2℃,该溶液可催化血液中亚硝基硫醇释放NO,最大释放量可达1.42 nmol·L~(-1);相同光热及催化条件下,C(0.4 mg·mL~(-1))浓度金纳米棒(R=3.01)溶液升温41.3℃,该溶液催化血液中亚硝基硫醇释放NO最大释放量可达1.89 nmol·L~(-1)。金纳米球和金纳米棒的光热及催化性能随着浓度增加而增强,金纳米棒的光热及催化性能要优于金纳米球。     

从零维硅量子点到二维硅烯:纳米硅单质的发现历程

20世纪90年代,多孔硅发光现象的发现,掀起了硅的低维材料的研究热潮。从零维硅量子点,到一维硅纳米线、硅纳米管,再到二维硅烯,不同形态的纳米硅逐步被发现。这些发现从理论预测到实验合成,从宏观尺度到界观尺度,丰富发展了对于硅的原有认识。随着理论研究的深入和技术手段的进步,纳米硅的种类、性质、合成方法等在不断地更新完善。纳米硅作为重要的半导体纳米材料,其发现历程中所蕴涵的新理论、新方法,对纳米材料的研究具有启示作用。     

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。     

基于碘刻蚀金纳米棒的比色法测定多巴胺

基于金纳米棒(AuNRs)具有可调节的表面等离子共振(SPR)光学特性,以及多巴胺(DA)还原KIO3生成的I2刻蚀AuNRs,并使其光谱蓝移的原理,发展了一种以波长变化为响应信号的比色分析法,用于多巴胺(DA)的高灵敏测定.KIO3不能刻蚀AuNRs,但在DA存在下,IO3-还原生成的I2能刻蚀AuNRs,使其纵向局...     

发光金纳米簇的配体演化:从氨基酸到蛋白质

金纳米簇是一种超小尺寸的新型发光纳米材料,具有抗光漂白能力强、斯托克斯位移大、生物相容性好、毒性低等特点,是当前发光纳米材料研究中的热点领域之一.迄今,发光金纳米簇的研究经历了不同阶段的发展和功能上的进化,而这些和配体的发展密切相关.本综述以配体演化为基础,着重调研和讨论了从氨基酸到多肽和蛋白质这一脉相承的配体如何被用来制备发光金纳米簇以及如何被开发利用于生物传感等领域.具体内容包含了金纳米簇的合成方法、发光机制以及响应性质,并将配体对金纳米簇的影响进行了分类探讨,提出了金纳米簇领域目前所面临的挑战和其未来的发展方向.     

金纳米棒的表面改性及其在生物医学领域的应用

各向异性的金纳米棒由于具有独特的光学性质,在生物医学领域得到了日益广泛的应用。本文综述了金纳米棒的表面改性及其在生物标记与识别、生物成像、癌症诊断和光热治疗等领域中的应用。     

空壳纳米金修饰的新型DNA传感器

利用新型材料金纳米空球, 通过层层修饰的技术, 分别将壳聚糖、空壳纳米金、L-半胱氨酸、细胞色素c以及ssDNA探针修饰到玻碳电极表面, 制备了一种新型的DNA生物传感器. 以紫外及透射电子显微镜(TEM)表征了空壳纳米金, 以循环伏安法、阻抗谱图等电化学方法研究了传感器的特性, 通过原子力显微镜方法观察了该DNA生物传感器不同层之间的形态差异. 结果表明, 该修饰电极所吸附的ssDNA探针为1.672×10^―10 mol•cm^－2. 在指示剂柔红霉素的帮助下, DNA探针可与互补的DNA进行杂交, 借此以微分脉冲伏安法测定DNA.     

金纳米棒自组装的研究进展

金纳米棒具有独特的光电性能,其自组装形成的功能组装体能够展现出更加优异的整体协同性能,在纳米材料科学和生物医学领域中有广泛而重要的应用前景.本文从诱导自组装各种驱动作用力的角度,综述了金纳米棒自组装的最新研究进展,具体内容包括:表面张力引发的自组装、化学作用驱动如静电作用或氢键作用等引发的自组装以及生物分子识别作用引发的自组装.     

Kinetic Simulation of Gold Nanorod Growth in Solution Based on Optical Spectra

By monitoring the time evolution of the optical absorption spectrum corresponding to dy-namic information of aspect ratio (AR) and volume, we succeeded in following the growth kinetics of gold nanorods. The results indicate that the rods growth consists of two stages: seeds develop into rods with a fast AR increase and the rods grow big with constant AR. Here, a charge transfer model, involving positive charge transfer from Au(I) to seed and neu-tralization by electron from ascorbic acid, has been introduced to explain the autocatalysis mechanism of rod growth. The good agreement between the numerical simulation based on this moldel and experimental results supports the proposed mechanism.     

金纳米棒@碳中空胶囊的制备及催化性能

以聚吡咯为碳壳前驱体制备了金纳米棒镶嵌于碳壳内的中空胶囊.先合成羧基修饰的聚苯乙烯微球和十六烷基三甲基溴化铵稳定的金纳米棒; 再利用二者之间的静电力将金纳米棒组装在聚苯乙烯微球表面; 最后, 通过氧化聚合将聚吡咯壳包覆在聚苯乙烯@金纳米棒复合物的表面.在氮气保护下经高温煅烧, 聚吡咯壳被碳化为碳壳的同时聚苯乙烯微球分解, 从而制得金纳米棒@碳中空胶囊.在煅烧过程中, 由于碳壳的保护, 金纳米棒很好地保持了“棒状”形貌.通过调节吡咯单体的浓度, 可以控制聚吡咯壳和碳壳的厚度.金纳米棒@碳中空胶囊在以NaBH₄为还原剂还原亚甲基蓝的反应中表现出良好的催化活性.     

Synthesis of 15P-Conjugated PPy-modified Gold Nanoparticles and Their Application to Photothermal Therapy of Ovarian Cancer

In this work, we synthesized the polypyrrole（PPy） modified gold nanoparticles and demonstrated their negligible cytotoxicity in vitro. These nanoparticles have also been demonstrated to efficiently ablate different kinds of tumor cells in vitro under the irradiation of the near-infrared laser. When the PPy modified gold nanoparticles were conjugated with the tumor-targeted molecule of 15P（sequence： SHSWHWLPNLRHYAS）, these conjugates displayed hyperthermia effects on the human ovarian cancer cell line SK-OV-3 cells in vitro under the irradiation of near-infrared laser, showing great tumor-targeted treatment efficiency. To determine the potential hyperthermia effect of PPy modified gold nanoparticles or 15P-conjugate on tumor cells in vivo, the SK-OV-3 cells were used to induce the subcutaneous tumor-bearing nude mice. The significant inhibition effects of near-infrared laser mediated PPy modified gold nanoparticles or 15P-conjugate on the tumor growth were observed. These composite results suggest that the 15P-conjugated PPy modified gold nanoparticles exhibit great biocompatibility, particularly tumor-targeted effect and the effective photothermal ablation of tumor cells, which warrants the potential therapeutic value of this conjugate for further application to the in vivo localized tumor therapy.     

无种子法纳米金棒的制备及其对肿瘤细胞光热治疗效应研究

采用简便快捷的无种子法一步完成了纳米金棒的制备. 通过改变实验条件可以调控纳米金棒的吸收峰从可见到近红外转移. 将巯基聚乙二醇（PEG-SH）置换金棒表面的十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）分子,大大提高了金棒的生物相容性. 制备的纳米金棒在近红外（NIR）光照射下对肿瘤细胞有很好的杀伤效果.研究结果为纳米金棒用于抗肿瘤治疗提供了实验基础.     

金纳米棒组装体表面等离子体共振耦合效应的FDTD模拟

贵金属纳米结构的光学性质与其尺寸、形貌、介质环境等因素的相关性是基础研究领域的重要内容.本文利用时域有限差分(FDTD)方法,计算了不同构型二聚体和多聚体的表面等离子体共振(SPR)特性.研究了金纳米棒结构和组装方式对SPR耦合效应的影响,模拟结果与实验规律比较吻合.金纳米棒二聚体的光吸收结果表明:对于肩并肩(S-S)的组装体,随着间隙的减小,金纳米棒的横向SPR(SPRT)峰有较小的红移,而纵向SPR(SPRL)峰显著蓝移.对于端对端(E-E)的组装体,随着组装体间隙的减小,金纳米棒的SPRT峰无明显移动,而SPRL峰显著红移,并在近红外较长波段范围内出现新的共振峰,其强度随着间隙的减小而增强;结合弹簧振子模型和纳米颗粒在外电场作用下的极化,对组装体共振吸收峰的移动和新的耦合共振峰的出现提出了初步的解释.     

金纳米棒组装体表面等离子体共振耦合效应的FDTD模拟

贵金属纳米结构的光学性质与其尺寸、形貌、介质环境等因素的相关性是基础研究领域的重要内容. 本文利用时域有限差分（FDTD）方法,计算了不同构型二聚体和多聚体的表面等离子体共振（SPR）特性. 研究了金纳米棒结构和组装方式对SPR耦合效应的影响,模拟结果与实验规律比较吻合. 金纳米棒二聚体的光吸收结果表明：对于肩并肩（S-S）的组装体,随着间隙的减小,金纳米棒的横向SPR（SPR_T）峰有较小的红移,而纵向SPR（SPR_L）峰显著蓝移. 对于端对端（E-E）的组装体,随着组装体间隙的减小,金纳米棒的SPR_T峰无明显移动,而SPR_L峰显著红移,并在近红外较长波段范围内出现新的共振峰,其强度随着间隙的减小而增强;结合弹簧振子模型和纳米颗粒在外电场作用下的极化,对组装体共振吸收峰的移动和新的耦合共振峰的出现提出了初步的解释.     

Gold Complexes in Anticancer Therapy: From New Design Principles to Particle-Based Delivery Systems

The discovery of the medicinal properties of gold complexes has fuelled the design and synthesis of new anticancer metallodrugs, which have received special attention due to their unique modes of action. Current research in the development of gold compounds with therapeutic properties is predominantly focused on the molecular design of drug leads with superior pharmacological activities, e.g., by introducing targeting features. Moreover, intensive research aims at improving the physicochemical properties of gold compounds, such as chemical stability and solubility in the physiological environment. In this regard, the encapsulation of gold compounds in nanocarriers or their chemical grafting onto targeted delivery vectors could lead to new nanomedicines that eventually reach clinical applications. Herein, we provide an overview of the state-of-the-art progress of gold anticancer compounds, andmore importantly we thoroughly revise the development of nanoparticle-based delivery systems for gold chemotherapeutics.