金纳米棒在生物医学中的应用.ppt

一：金纳米棒（GNRs）简介 二： NRs表面修饰技术及其功能化研究进展 三： NRs在生物医学中的应用 四：应用前景展望 1、 GNRs合成方法： 晶种生长法基本原理是在反应溶液中加入一定 量的金纳米颗粒晶种（约3 nm），在表面活性 剂分子的作用下，晶种颗粒定向生长为一定轴 比的金或银纳米棒。 可通过改变溶液中晶种的量、反应物的浓度以 及溶液pH值可调节纳米棒的长短轴比值。 2、 GNRs光学性质 当入射光的波长与自由电子的振动频率发生共 振耦合时，就会产生表面等离子体共振 (Surface Plasmon Resonance，SPR)，在紫外 可见光谱上显示强的吸收峰。 表面等离子体共振峰位置主要有以下几个因素 决定：纳米粒子的大小、形状、表面电荷、周 边介质条件(如分散在水、空气或甲苯中)。 SPR强烈依赖于金属粒子的形状，球型粒子表现为单一SPR谱峰 (520 nm-530 nm)，而棒状粒子则具有横向和纵向SPR谱峰，且纵向 SPR峰位取决于棒状粒子的径横比，横向表面等离子体共振谱峰基本 维持不变(520 nm-530 nm)。 NRs的表面修饰有两种途径：一种是表 面修饰材料与粒子表面依靠化学键结合， 这通常是指一些小分子化合物；另外则是 用有机或无机材料直接包裹 NRs，主要包 括表面活性剂、高分子材料、DNA生物分子 及二氧化硅等。 1、 无机材料修饰技术及功能化 用二氧化硅来包覆NRs构建核-壳结构 （ NRsSiO2）将提供一种解决CTAB的毒性和 难于生物修饰问题的有效方法。 包裹二氧化硅后得到的复合粒子已经在生物 检测、生物识别领域得到了广泛的应用。 2、表面活性剂修饰技术及功能化 表面活性剂能够依靠化学结合或物理吸附等方 法在NRs表面形成单层或双层结构。带有功能 团的表面活性剂可以绑定在NRs的表面，从而 改变NRs的表面性质。 适合用作包裹的表面活性剂有：氯仿、牛血清 白蛋白（BSA）、聚乙二醇等。 2008年，美国麻省理工学院Schifferli研究小组 证实了CTAB可以被一种更有用的分子硫醇所 取代，这种分子与纳米棒的结合更紧密。此外 ，DNA等分子也很容易附在硫醇的末端。 3、有机小分子化合物修饰技术及功能化 许多小分子化合物都能与 NRs 表面形成牢 固的化学键，如巯基化合物、己二酸等。具 有稳定的分散性。 再经化学或生物等方法功能化后， 可以被 广泛应用于生物分离、蛋白质检测和医学成 像等生物医学领域。 4、有机高分子材料修饰技术及功能化 可分为合成高分子和天然生物大分子两大类。 典型的合成聚合物有聚甲基丙烯酸、聚乙二醇 、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚 乳酸、热敏性聚合物以及它们的共聚物等。 常用的天然生物大分子包括氨基酸类聚合物（ 如白明胶、多肽和蛋白质等）和多糖类聚合物 （如葡聚糖、壳聚糖和藻酸盐等）。 可用于制备生物探针。 随着纳米技术的迅速发展，NRs已经在 生物分离、DNA检测、荧光探针、生物成像 和光热治疗、靶向药物释放等许多领域展 现了良好的应用前景，但仍然面临许多亟 待解决的问题。 1、荧光探针 用生物传感器来对病毒抗原定性定量分析，是一 个比较好的选择，快速准确方便。 2、生物成像和光热治疗 具有近红外吸收功能的金属纳米材料是一 种理想的红外断层成像的显影剂，这种成 像技术可以利用吸收或散射的光形成图像 。因为近红外激光具有良好的非离子特性 和强的机体组织的透过能力，可以避免X- Ray和放射性检测对人体的伤害。近红外激 发是非常理想的选择，有希望在疾病的诊 断和监测中得到应用。 可将金属纳米材料用于肿瘤等疾病的治疗。 经近红外激光照射后，金属纳米材料将吸收 的光能转化成热能，使局域范围内的温度升 高，以杀死肿瘤细胞(肿瘤细胞在42 左右 可被杀死)，抑制肿瘤组织的生长或与抗肿 瘤药物一起使用，提高药效，达到治疗目的 。 3、靶向药物释放 脉冲激光刺激引发的SPRlong能使NRs得局部温度升高 ，诱使熔化。这种引发的熔化可控制结合在NRs上的生 物分子的释放。（纳米囊状物、纳米骨状物） 图1 不同条件下纳米囊状物的AR柱状图图2 不同条件下纳米骨状物的AR柱状图 图3 不同条件下混合物的AR柱状图 图像说明: 合成不同AR、不同外形的NRs，他们的 SPRslong对应于不同的激光波长。 右上角的插图表明:在未有激光照射时 所对应的TEM图像。 800nm照射熔化了纳米囊状物，而没 有熔化纳米骨状物。而1100nm时，对纳 米囊状物影响甚微。 图c、d 为800nm、1100nm激光照射后上清液(DNA)的荧光图谱 图e、f 为对应800nm、1100nm光照的FAM-DNA、TMR-DNA的释出百分比 说明: 800nm照射可从纳米囊状物中选择性释放FAM-DNA，而没有打断TMR-DNA-纳米骨状物。 1100nm照射可从纳米骨状物中选择性释放TMR-DNA，而不会打断FAM-DNA-纳米囊状物。 总之，脉冲激光刺激引发的SPRlong能使NRs 的局部温度升高，诱使熔化。这种引发的熔 化可控制结合在NRs上的生物分子的释放。 因为可通过改变NRs的径横比AR来调控 SPRlong，不同AR的NRs可在不同的波长处给 予刺激。如果不同的分子结合在不同的NRs 上，可使多种成分分别释放。 研发低毒性、生物相容性好、适合生物医 学领域运用的NRs的合成方法，构建具有荧 光特性、生物识别特性、靶向性和光热敏 感特性等多功能的NRs复合粒子，应用于生 物医学领域的 NRs探针，用于 DNA 检测、 生物识别、荧光成像和癌症的诊断和光热 治疗等将成为未来几年 NRs 研究的热点和 方向。 Selective Release of Multiple DNA Oligonucleotides from Gold Nanorods. Andy Wijaya, Stefan B. Schaffer. ACS NANO,2009. Ligand Customization and DNA