（物理化学专业论文）金纳米颗粒生物探针的制备及其在生物医学中的应用.pdf

，i “th 独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下独立进行研究工作所 取得的成果。据我所知，除了特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果。对本人的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中作了明确的说明。本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 学位论文使用授权书 本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 东北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权东北师范大学可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇 编本学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：勉查函 指导教师签名： 日 期：筮包石。弓 e l期： 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 孙坼 蛳) 电话： 邮编： 近些年来，球形金纳米颗粒和金纳米棒以其独特的物理化学性质如在光学方面的局 部表面等离子体共振的优越特性以及良好的生物相容性、简便有效的表面修饰等特性受 到了人们广泛的关注，并使其在生物传感器、药物输送、肿瘤细胞的靶向诊断与治疗方 面等领域都开展了广泛的研究与应用。 本文采用晶种生长法制备了阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化胺( c t a b ) 保护 的金纳米棒，并用带有负电荷的聚电解质聚丙烯酸( p a a ) 修饰其表面，通过静电吸引的 方式用于承载具有正电荷的抗肿瘤药物阿霉素( d o x ) ，从而得到了基于金纳米棒的药物 载体。随后，我们研究了这种金纳米棒药物载体在前列腺癌d u l 4 5 细胞治疗中的作用。 此外，我们又提出了一种新的合成方法，利用半乳糖胺( d g a l a c t o s a m i n e ) 一步还原氯金 酸( h h u c h ) ，得到了能主动靶向识别肝癌细胞的新型金纳米颗粒探针。制备方法简单易 行，产物尺寸均一、单分散性好，通过调节溶液的p h 值就可以控制金颗粒的尺寸。在 此基础上，我们又成功的将这种半乳糖保护的金纳米颗粒探针用于检测蓖麻凝集素 r c a l 2 0 ，此方法的检测限达到2n g m l 。本文所用的表征方法主要包括透射电子显微镜、 荧光显微镜、紫外可见分光光度计和荧光分光光度计等。 关键词：金纳米颗粒；阿霉素；半乳糖；凝集素r c a l 2 0 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，s p h e r i c a lg o l dn a n o p a r t i c l e s ( g n p s ) a n dg o l dn a n o r o d s ( g n r s ) h a v e g a i n e di n c r e a s i n gi n t e r e s to w i n gt ot h e i ru n i q u ep h y s i c a la n dc h e m i c a lp r o p e r t i e s ，s u c ha s e x c e l l e n t o p t i c a lp r o p e r t y i nl o c a l i z e ds u r f a c e p l a s m o nr e s o n a n c e ( l s p r ) ，g o o d b i o c o m p a t i b i l i t y , e a s ya n de f f i c i e n ts u r f a c em o d i f i c a t i o n m a n ya p p l i c a t i o n si nv a r i o u sf i e l d s i nb i o s e n s i n g ，d r u gd e l i v e r ya n ds i t e s p e c i f i cd i a g n o s t i ca n dt h e r a p yi nc a n c e rh a v eb e e n d e v e l o p e d h e r e i n , w a t e r - s o l u b l eg n r sw e r es y n t h e s i z e dv i aaw e l l - e s t a b l i s h e ds e e d - m e d i a t e d m e t h o d ，u s i n gt h ec a t i o n i cs u r f a c t a n tc e t y l t r i m e t h y l a m m o n i u mb r o m i d e ( c t a b ) a sac a p p i n g a g e n t t oe m p l o ya sac a r r i e rf o rd r u gd e l i v e r y , t h es u r f a c e so fg n r sw e r em o d i f i e dw i t h t h i o l e dp o l y ( e t h y l e r i eg l y c 0 1 ) s h p e ga n dn e g a t i v e l yc h a r g e dp o l y e l e c t r o l y t ep o l y a c r y l i ca c i d ( p a a ) t og e tt h es t a b l eg n r sp r o b e si nd i f f e r e n ts o l u t i o n sw i t t ln e g a t i v ec h a r g e ds u r f a c e s t h e np o s i t i v e l yc h a r g e da n t i c a n c e rd r u g ，d o x o r u b i c i n ，w a sl o a d e do n t ot h es u r f a c e so fg n r s v i ae l e c t r o s t a t i ca t t r a c t i o n d r u g - l o a d e dp e g - p a a g n r sp r o b e sw a sc a r d e do u tf o rt h e t r e a t m e n to fp r o s t a t ec a n c e rd u14 5c e l l s ，d e m o n s t r a t i n gt h a tt h eg n r sp r o b e sc a ns e r v e sa sa p r o m i s i n gc a r t i e rf o rd r u gd e l i v e r y i na d d i t i o n ，w ed e v e l o p e dan o v e lo n e - p o tm e t h o dt o f a b r i c a t em o n o d i s p e r s e dg n p sb yr e d u c i n gh a u c hw i t hg a l a c t o s a m i n e t h em e t h o dw a s e a s yt oo p e r a t ea n dt h es i z eo fg c a l l b es i m p l yc o n t r o l l e db yc h a n g i n gt h ep ho fs o l u t i o n f u r t h e r m o r e ，t h ea s - p r e p a r e dg n p sw e r es u c c e s s f u l l yu t i l i z e da san o v e lb i o p r o b ef o rt h e r a p i da n ds e n s i t i v ed e t e c t i o no fr i c i na g g l u t i n i nr c a l 2 0w i mt h ed e t e c t i o nl i m i to f2n g m l t h ec h a r a c t e r i z a t i o nm e t h o du s e dh e r ea l et r a n s m i s s i o ne l e c t r o nm i c r o s c o p y ( t e m ) ， f l u o r e s c e n c es p e c t r o p h o t o m e t e r , f l u o r e s c e n c em i c r o s c o p y , u v 二ss p e c t r o p h o t o m e t e r , a n d e t c k e yw o r d s ：g o l dn a n o p a r t i c l e s ；d o x o r u b i c i n ；g a l a c t o s e ；r i c i na g g l u t i n i nr c a l 2 0 中文摘要 英文摘要 目录 目 第一章综述 1 1 引言 1 2 球形金纳米颗粒 1 2 1 金纳米颗粒的制备方法 1 2 2 金纳米颗粒的性质 1 2 3 金纳米颗粒的应用 1 3 金纳米棒 1 3 1 金纳米棒的制备方法 1 3 2 金纳米棒的性质 1 3 3 金纳米棒的应用 1 4 论文的选题和主要内容 参考文献” 第二章基于金纳米棒药物载体的制备及在 2 1 引言 2 2 实验部分 2 2 1 主要试剂1 7 2 2 2 主要实验设备1 7 2 2 3 金纳米棒的合成1 8 2 2 4 功能化的金纳米棒a u n r p e g p a a 的构建1 8 2 2 5 金纳米棒载药及释放18 2 2 6 细胞培养及m t t 法测定细胞凋亡率1 8 2 2 7 样品的表征19 2 3 结果与讨论1 9 2 3 1 研究思路1 9 2 3 2 金纳米棒的表征2 0 2 3 3 功能化的金纳米棒的稳定性研究2 0 2 3 4 金纳米棒载药性质的研究2 1 2 4 j 、结2 6 参考文献”2 7 第三章一步法制备金纳米颗粒生物探针及其在生物分子识别中的应用 i i i 2 9 3 1 引言2 9 3 2 实验部分2 9 3 2 1 主要试剂”2 9 3 2 2 主要实验设备3 0 3 2 3 半乳糖保护的金纳米颗粒的合成3 0 3 2 4p e g 保护金颗粒的制备及细胞毒性实验3 1 3 2 5 金纳米颗粒检测蓖麻凝集素r c a l 2 0 ”31 3 2 6 半乳糖保护的银纳米粒子的合成3 1 3 2 7 样品的表征3l 3 3 结果与讨论3 2 3 3 1 研究思路”3 2 3 3 2 不同p h 值下金纳米颗粒的表征”3 2 3 3 3 金纳米颗粒探针对肝癌细胞的细胞毒性研究3 4 3 3 4 金纳米颗粒检测蓖麻凝集素r c a l 2 0 的表征3 4 3 3 5 半乳糖保护的银颗粒的表征3 6 3 4 小结3 7 参考文献 致谢 在学期间公开发表论文及著作情况 3 8 i v 4 0 4 1 东北师范大学硕士学位论文 第一章综述 1 1 引言 纳米材料是当今新材料研究领域中最富有活力、对未来经济和社会发展有着十分重 要影响的研究对象，也是纳米科技中最为活跃、最接近应用的重要组成部分。纳米微粒 具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等常规材料不具有的性 质，使得它们在很多领域发挥了重要作用。 在纳米材料中，金属纳米颗粒具有良好的物理性能，己经成为研究光量子限域效应、 磁量子限域效应以及其他纳米材料特有属性的典型体系，同时它们也被广泛应用于感 光、催化、生物标识、光子学、光电子学、信息存储、表面增强拉曼散射等诸多领域【卜4 】。 金属纳米粒子的光学、电学、磁，催化等性质，不仅跟粒子的大小有关，而且与其形状 密切相关，如何控制金属纳米粒子的大小和形状已成了当今纳米材料科学研究的热点。 图1 1 给出了通过改变金属纳米粒子的尺寸、形貌和化学组成来系统调节其光学性能的 例子【5 1 。 o i 赡档a u 钳1 椭 知s p h e 鹄 g s p u t u m a 狮向s p l 嘲 一1 0 0 撇 一1 0 0r k m - 5 0 嘲一t 0 0 嗍- 8 0 n m- 4 0 n 1 8 圈霾蓊慰翟囝 一2 0 0 n m ( s a m e f o ra l lt h ei m a g e s l 图1 1 通过改变金属纳米粒子的尺寸、形貌和化学组成，就能够系统地调节其光学性能 金纳米粒子是金属纳米粒子中最稳定的纳米粒子之一，由于其具有良好的稳定性和 生物相容性等特点，在光学传感器【6 1 、化学传感器【7 1 、催化【8 1 、药物载体【9 m 1 和生物医学 成像 1 3 - 1 4 1 等方面有着潜在地广泛应用，而对于不同形状的金纳米粒子则表现出更多优异 的性能。下面汇总了一些不同形貌金纳米结构( 图1 2 ) ，其中研究最为广泛，最具应用 潜力的应是球形金纳米颗粒和金纳米棒。因为它们的合成方法简单，产率高，并且表面 l 东北师范大学硕士学位论文 很容易被修饰，可以更好的应用到生物分子检测以及癌症治疗方面。 鬻霆 豳愁瓣 图1 2 不同形貌的金纳米结构的透射电镜照片( t e m ) 或扫描电镜照片( s e m ) ：( a ) 金 纳米制1 5 】；( b ) 小金纳米片【1 6 】；( c ) 空心金纳米笼【1 7 】；( d ) 金纳米星【1 8 】；( e ) 金纳米 盒【1 9 1 ；( f ) 金纳米管【2 0 1 ；( g ) 空心金纳米球2 0 1 ；( h ) 枝状金纳米粒子【2 1 】；( i ) 金纳米 八面体【2 2 】；( j ) 金纳米立方体【2 3 1 ；( k ) 金纳米棒【2 4 】；( l ) 多面体金纳米粒子2 5 1 1 2 球形金纳米颗粒 1 2 1 金纳米颗粒的制备方法 金纳米颗粒具有制备方法简单，粒径均匀，化学性质稳定的特点。到目前为止，已经 发展了许多制备金纳米粒子的方法，总体上可划分为物理法和化学法。物理方法制备金 颗粒对设备的要求较高，得到的粒子尺寸分布很广，很大程度上限制了材料的应用，所 以从应用的角度而言，溶液中通过化学反应制备金纳米颗粒是最方便、最经济的方法。 化学法是以金的化合物为原料，利用还原反应生成金纳米粒子，通过控制反应条件， 来制备所需尺寸的颗粒。 1 氧化还原法 氧化还原法制备金纳米粒子通常是向a u ( i i i ) 的溶液中加入还原剂，在还原剂的作 用下，氯金酸水溶液中的金离子被还原而聚集成直径为几纳米到几十纳米不等的金颗粒 ( 图1 3 ) 【2 6 - 3 0 】。这种制备方法已经很成熟，实验室中可以很容易地制备出尺寸在3 1 0 0n l t l 范围内的颗粒，该方法具有简单，快速，颗粒单分散性好，性质稳定等优点。 2 东北师范大学硕士学位论文 图1 3 金纳米颗粒的微观结构 2 晶种法 晶种法是以预先合成的尺寸较小的金纳米粒子为晶种，再用还原剂在晶种表面继续 还原氯金酸，使粒子在晶种上生长，通过调节晶种和氯金酸的比例控制产物的粒径 3 1 , 3 2 】。 3 模板法 模板法以具有微孔结构的基质作为模板，在其微孔中制备金纳米粒子。该方法通过 合成适宜尺寸和结构的模板，可获得所期望的粒径分布窄、粒径可控、易掺杂和反应易 控制的金纳米粒子。 另外，还有很多制备金纳米颗粒的方法，例如，电化学合成法【3 3 1 ，微乳法或反胶团 法【3 4 1 ，光化学合成澍3 5 1 等等。 1 2 2 金纳米颗粒的性质 由于纳米金粒子表面自由电子的集体激发导致等离子体共振吸收( s u r f a c e p l a s m o ns p e c t r o s c o p y , s p s ) 【3 6 1 ，在可见光区域产生单一光吸收谱带，特征等离子 体吸收峰在51 0n i l l 5 5 0n l i l 范围变化，其最大吸收波长取决于颗粒的大小和微粒之间的 距离。因此，粒径大小不同的纳米金溶液颜色有一定的差别。当金纳米粒子呈聚集状态 时，由于相邻纳米粒子中电子之间的极化和耦合作用，金纳米粒子的最大吸收波长红移 至长波长处；相对应地，金纳米粒子的颜色也会由红色变为蓝色，我们可以利用金颗粒 的这一信号变化来对一些物质进行识别和检测。 此外，金纳米粒子具有特别的纳米界面能量转移特性( n a n o s c a l es u r f a c ee n e r g y t r a n s f e r , n s e t ) ，对几乎所有的荧光分子都具有极高的淬灭效率。利用金纳米粒子的这 一显著特性可以研制成高灵敏的纳米信标探针，该纳米信标具有较快的d n a 杂交动力 学，可以在分钟量级检测到特异性的靶基因，并表现出类似于普通分子信标的热力学特 性，其高选择性可以分辨单碱基变异。 1 2 3 金纳米颗粒的应用 1 金标纳米颗粒在生物芯片中的应用 生物芯片技术是上世纪9 0 年代以来发展起来的一种高通量分析技术，在过去的十 3 东北师范大学硕士学位论文 多年中，d n a 生物芯片获得了空前发展，被广泛应用到基因组学研究中，在基因测序 等方面已取得巨大成功。 目前，生物芯片中的标记物主要是采用荧光化合物，双波长激光共聚焦荧光扫描仪 作为检测设备。但是，由于荧光标记物发射光谱较宽，导致这种方法的检测结果存在一 定误差，重现性不好。同时，荧光标记物的价格也非常昂贵，芯片的制作成本有待于进 一步降低。 近来，王振新课题组研制出了新型生物芯片，它是以生物分子修饰的金纳米粒子为 标记物，应用表面增强拉曼光谱和共振光散射为检测手段，成功实现了多肽、蛋白质、 糖类物质检测以及底物与酶和蛋白质与抗体之间相互作用研究 3 7 3 8 】( 图1 4 ) 。其中，对 基底表面固定蛋白质检测限达到1 0 龟，对于溶液中抗体的检测可达到1p g m l ，比传统 的荧光标记法提高了3 个数量级。相关糖类物质检测线性范围比荧光法宽2 个数量级。 该技术方法具有通用性、灵敏度高、选择性好以及样品消耗量少等特点。同时，获得了 蛋白激酶a 与其底物、不同种抑制剂之间的选择性抑制作用及半数抑制浓度曲线。这一 成果将被进一步应用于细菌识别、细粘附、酶抑制剂筛选等研究工作中。 l r 必蟪臻 谶 竺必竺丛礤笛 峨懒：；亏州：孙一一洲 咱叠? p 忡删，弧删删 。 图1 4 金纳米颗粒做为生物芯片标记物检测多肽、蛋白质示意图 2 金纳米颗粒在医学成像和癌症治疗中的应用 金纳米颗粒具有清晰可辨，不易变形的核。金在体内毒性低，金纳米粒子在不同维 度上进行扩展合成也很容易。而且，由于金纳米粒子高电子密度的特性，在透射电子显 微镜下，我们能观测到它们在细胞内的定位。应用这些成像方法，加上可用于测定器官 水平金含量的电感耦合等离子质谱( i c p m s ) ，使得金纳米粒子成为一种能自大而小地 说明纳米粒子在器官、组织和细胞( 亚细胞) 水平上分布状况的万能显像平台。最近，金 纳米颗粒做为x 一射线造影剂应用于骨组织损伤成像，如图1 5e 3 9 】。 4 东北师范大学硕士学位论文 ，| i 9 锄，。j 一，。兹。? 。：。j ，爱 襞 象) b ) 图1 5 金纳米颗粒用于骨组织损伤成像 w a n g 课题组提出一种新的方法合成金纳米颗粒【加】。此方法用叶酸还原氯金酸，一 步法合成了金纳米颗粒，能靶向识别h e l a 细胞，从而进行细胞成像( 图1 6 ) 。此方法操 作简单，合成的颗粒尺寸均一，粒子大小可调控，并且细胞毒性小，在靶向治疗h e l a 细胞中可以得到很好的应用。 图1 6 激光共聚焦显微镜照片：叶酸保护的金纳米颗粒在h e l a 细胞中成像 大多数癌细胞的表面都覆盖着一种特殊蛋白质，这种蛋白质被称为表皮生长因子受 体( e p i d e r m a lg r o w t hf a c t o rr e c e p t o r , e f g r ) ，这种蛋白表达得比正常细胞多很多。e f g r 为癌症提供治疗新靶点，而健康细胞则不会明显地显示出这种蛋白质，如何探测这种蛋 白质就成了判断体内是否带有癌细胞的关键。科学家经研究发现金的纳米颗粒具有很好 3 光化学方法 杨培东等人使用光化学法制备金纳米棒矧。在银离子存在下，使用c t a b 和t c l 2 a b 6 东北师范大学硕士学位论文 双表面活性剂作为胶束，生长溶液中不加入任何的还原剂，只是用4 2 0i - t w e m 2 的2 5 4 n l n 紫外灯照射3 0h ，体系中通过控制银离子的浓度可以改变金纳米棒的纵横比。 4 晶种生长法 晶种生长法是目前应用最广泛，最成熟的一种方法h 7 1 。其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3n m ) ，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纳米棒。晶种法对设备的要求比较低，且制备过程较简单，是目 前制备金纳米棒最成功的方法。要想得到不同比率的金纳米棒仅仅通过改变溶液中银离 子的量即可。此外，还可以利用晶种诱导的三步合成法制备长比率的金纳米棒。 以上叙述的几种方法是金纳米棒制备中被广泛采用的方法，此外还有其它制备方 法，在本文中就不做详细介绍了。 1 3 2 金纳米棒的性质 金纳米粒子具有非常有趣的光学性质。这种特殊的性质来源于入射光与金属纳米粒 子的自由电子相互作用：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( s u r f a c ep l a s m o nr e s o n a n c e ，s p r ) ，在紫外可见光谱上显示强的 吸收峰。s p r 强烈依赖于金属粒子的形状，球形纳米颗粒，由于结构上的对称性，等离 子振动也是等方向性的，表现为单一s p r 谱峰( 5 2 0n l t l 5 3 0n m ) 。但是金纳米棒随着形 状的改变，等离子振动的差异性也体现出来，它具有横向和纵向s p r 谱峰，横向表面等 离子体共振吸收峰基本维持不变( 5 2 0n l t i 5 3 0n m ) ，而纵向s p r 峰位则取决于棒状粒子 的径横比( 图1 7 ) 。随着纵横比的变化，金纳米棒胶体溶液可以呈现出蓝色、绿色、褐 色等不同颜色( 图1 8 ) 。 由于金纳米棒的形状和光谱可调，我们可以制备出与所需激光频率相匹配的金纳米 棒。近红外光比可见光对生物组织有更强的穿透深度，所以对于生物应用而言，只要将 金纳米棒的纵向等离子吸收峰调节到近红外区域，就可以较好的吸收近红外光，利用近 红外光的能量杀伤细菌和癌细胞。另外，金纳米棒光谱随形状改变，所以将不同纵横比 的金纳米棒混合，也可以利用光谱差异同时进行多种靶向识别。 _ 翩” 糟4 纠趟婚f 蛾 f 撑件， 图1 7 不同尺寸的金纳米球和不同比率金纳米棒的吸收光谱图( a r ：比率) 【4 8 】 7 东北师范大学硕士学位论文 曩翻一 墨鎏銎蒌驾 1 9 42 3 52 4 83 0 83 2 1 图1 8 不同比率金纳米棒溶液照片和其相应的t e m 照片 1 3 3 金纳米棒的应用 一种称为d a r p p 3 2 的脑部蛋白质是一个中央“触发器”，会引发许多药物上瘾信 号。经过特别设计的小分子干扰r n a ( s i r n a ) 会使某些d a r p p 3 2 基因沉默，阻止 d a r p p 3 2 蛋白的产生，帮助抑制药物上瘾。最近，美国布法罗大学激光、光子学、生 物光子学研究所和医学院的科学家们成功找到一种安全有效运送s i r n a 的新方法【4 9 1 。 他们把s i r n a 分子同棒状的金纳米粒子结合在一起( 图1 9 ) ，这是s i r n a 分子首次同 金纳米棒一起使用。除了其生物相容性，该金纳米棒也有其他独到之处：棒状而非球形， 可以在表面承载更多s i r n a 分子，增加其稳定性，使其更好地渗透进细胞。研究证明， 该纳米棒运送了4 0 的沉默r n a 分子，使这些分子稳定穿越血一脑屏障，效率比以往 方法大大提高。下一步，研究人员将开展该技术的人类临床试验。研究人员表示，金纳 米棒可以说是给药物配备的一个功能强大“助手 ，新方法也可以治疗需要将某些药物 输送到大脑的帕金森氏疾病、癌症和其他精神疾病，同时，纳米粒子也可以用于治疗艾 滋病、痴呆症、前列腺癌和哮喘等疾病。 8 图1 9 金纳米棒运载s i r n a 分子沉默d a r p p 3 2 蛋白的共聚焦显微镜图片 目前研发安全有效的肿瘤靶向治疗的纳米探针是一项极具挑战性的任务。最近上海 交通大学崔大祥课题组研发出一种生物相容性好、靶向性好、生物安全性高的智能化的 纳米探针【别( 图1 1 0 ) 。研究组采用树形分子取代金纳米棒表面毒性分子c t a b ，显著提 高了金纳米棒的生物相容性，并将r g d 多肽与树形分子表面基团偶联，成功构建一种 新型的靶向性纳米探针。实验表明，这种新颖的智能化纳米探针能准确识别活体肿瘤细 胞与肿瘤中的新生血管内皮细胞，在近红外激光照射下，能选择性杀死肿瘤细胞，显著 延长荷瘤小鼠的生存期。这种智能化的纳米探针在未来的肿瘤早期探测，分子影像与靶 向治疗方面具有潜在的应用价值。 0 0 n 、一； _ 移，、6 。1 9 、， ? 矗期钟。绷 a 嗽船 渤嘲懒嬲燃 n d o 吐醵- l 硼 i g d - t i g n r s 图1 1 0 金纳米颗粒探针靶向治疗肿瘤细胞 9 东北师范大学硕士学位论文 d u r r 等人用金纳米棒作为造影剂，借助双光子发光成像技术来探测肿瘤细胞 ( t w o - p h o t o nl u m i n e s c e n c e ( t p l ) i m a g i n g ) i s l 】。在金纳米棒上标记a n t i e g f r ，分子特异性 成像能深入7 5g r n 以下的组织，并且具有很高的信噪比。用7 6 0n m 的激光光源，从金 纳米棒标记的肿瘤细胞获得的双光子发光强度是没有金纳米棒标记的肿瘤细胞自身发 出荧光的3 倍。此外，d u r r 等还发现金纳米棒可以扩展双光子成像的能力，是一种非 侵入式、三维成像的新方法。 许多癌症的治疗都用到了综合治疗法一也就是将多个特定诊断有针对性的检测和 治疗结合起来。s a i l o r 等人目前报道了一项纳米系统【5 2 1 ，它由两种截然不同的合成纳米 材料组成，这些材料可以携手合作发掘病变组织，并将药物输送至肿瘤部位，其作用比 单个纳米颗粒治疗方法更加见效。金纳米棒( g n r ) 位于肿瘤所在的区域，它能将外部光 学信号翻译成肿瘤特有的热信号。反过来，这会刺激第二颗粒类型一遇热不稳定的治疗 脂质体，它会有选择性地将药物释放到含g n r 丰富的肿瘤区域。这种协作制对于治疗 体内的病变组织非常有效，它减低了药物载体进入肝脏等器官的非特异性摄取问题( 与 常规治疗方法相比) ，在抗药性更强的癌症精确治疗方面更具优势。 最近w a n g 将金纳米棒和f e 3 0 4 纳米粒子组合制备了一种新的生物探针【5 3 】( 图1 1 1 ) 。 这种生物探针能靶向识别s k b r - 3 细胞，进行磁共振成像，同时金纳米棒能吸收近红外 光的能量并将其转化为热能，来杀死癌细胞达到治疗的目的。这种新型的纳米探针在癌 症治疗方面有很广阔的应用前景。 i 、产岫 s 、一m 赴 c t a b 铂l dn a n o r o d 蝶秣 鬻眦棒眦 至主至 h 。3 莹。h 重e 。c ，n h s 啪3 夺删卜a 舢s 黼e d c f n h s 式孙 图1 1 1 金纳米棒和f e 3 0 4 组成的纳米生物探针靶向识别，治疗s k - b r 3 细胞的示意图 w a n g 又合成了一种多功能的纳米复合材料【矧( 图1 1 2 ) ，将f e 3 0 4 纳米颗粒定位组装 到不同比率的金纳米棒的两端和侧面，分别构筑成f e 3 0 4 a u r o d f e 3 0 4 哑铃型和 f e 3 0 4 a u r o d 珍珠项链型结构的纳米颗粒，这种材料同时具有磁性和光学可调性。在制 备过程中通过调节金纳米棒的纵横比率，将其表面等离子共振峰由可见区调到近红外 区，这样不但可以检测多元目标物，且金纳米棒经近红外光照射后，通过吸收近红外激 光能量，能迅速升温“热死 细菌，还可利用f e 3 0 4 纳米颗粒的超顺磁性达到分离目标 物的目的。此外，还在新合成的f e 3 0 4 a u r o d 珍珠项链型纳米颗粒表面修饰了大肠杆菌 1 0 和沙门氏菌 多种食源性 图1 1 2 金纳米棒和f e 3 0 4 组成的复合纳米颗粒同时检测两种食源性细菌示意图 1 4 论文的选题和主要内容 随着纳米技术的发展，贵金属纳米材料越来越多的被人们所关注。贵金属纳米粒子 具有良好的物理性能，在诸多领域都具有非常重要的作用。其中金纳米颗粒由于具有独 特的光学可调性，使其可用作各种光学元件，如光学标签、光学开关等。此外，金纳米 颗粒毒副作用小，具有良好的生物活性和生物相容性，在与大分子结合后，仍能保持生 物分子的活性，因此金纳米颗粒在生物医学、生物医药方面得到了广泛的应用。它不仅 可用作为生物传感器来检测d n a 和一些抗体，还可作为某些特殊药物的载体，用于癌 症细胞的诊断和治疗。 基于现有的研究方法，本文开展了以下几个方面的工作： ( 1 ) 采用晶种法制备了c t a b 保护的金纳米棒，用聚丙烯酸将其表面功能化制备基 于金纳米棒的药物载体，来承载抗肿瘤药物阿霉素( d o x ) 。研究了这种药物载体在前列 腺癌d u l 4 5 细胞治疗中的作用。 ( 2 ) 一步法合成了半乳糖保护的金纳米颗粒探针，它可以主动靶向识别肝癌细胞。 我们可以通过调节溶液p h 值，进而调控金纳米颗粒的大小，制备出所需尺寸。这种探 针可以应用到肝癌细胞成像和治疗中。 ( 3 ) 在溶液中基于半乳糖保护的金纳米颗粒探针表面离子共振峰变化来快速敏感检 测蓖麻凝集素r c a l 2 0 。 8 】w h i t el1 4 , w r i g h twe ，s h a yjw t e l o m e r a s ei n h i b i t o r s j t r e n d si nb i o t e c h n o l o g y , 2 0 0 1 ，1 9 ( 3 ) ： 11 4 1 2 0 9 】r o s inl ，o i l j o h a n nda ，m i r k i nca ，e ta 1 o l i g o n u c l e o t i d e m o d i f i e dg o l dn a n o p a r t i c l e sf o r i n t r a c e l l u l a rg e n er e g u l a t i o n j s c i e n c e ，2 0 0 6 ，3 1 2 ( 5 7 7 6 ) ：1 0 2 7 - 1 0 3 0 【1o l icz ，m a l ekb ，h r a p o v i cs ，e ta 1 f l u o r e s c e n c ep r o p e r t i e so fg o l dn a n o r o d sa n dt h e i ra p p l i c a t i o n f o rd n a b i o s e n s i n g j c h e mc o m m u n , 2 0 0 5 ，31 ：3 9 2 4 3 9 2 6 【11 】w a n gc1 3 ic h e l ayw a n gtt e ta 1 b i o r e c o g n i t i o n - d r i v e ns e l f - a s s e m b l yo f g o l dn a n o r o d s ：ar a p i d a n ds e n s i t i v ea p p r o a c ht o w a r d a n t i b o d ys e n s i n g j c h e mm a t e r , 2 0 0 7 ，1 9 ( 2 4 ) ：5 8 0 9 - 5 8 1 1 【1 2 】s t o n ejw ，s i s c opn ，g o l d s m i t hec ，e ta 1 u s i n gg o l dn a n o r o d st op r o b ec e l l - i n d u c e dc o l l a g e n d e f o r m a t i o n j n a n ol e t t ，2 0 0 7 ，7 ( 1 ) ：11 6 11 9 【13 】m a r i n a k o ssm ，c h e ns ，c h i l k o t ia p l a s m o n i cd e t e c t i o no fam o d e la n a l y t ei ns e r u mb yag o l d n a n o r o ds e n s o r j a n a lc h e m , 2 0 0 7 ，7 9 ( 1 4 ) ：5 2 7 8 5 2 8 3 1 4 】c h e ncc ，l i nyp w a n gcw e ta 1 d n a - g o l dn a n o r o dc o n j u g a t e sf o rr e m o t ec o n t r o lo f l o c a l i z e dg e n ee x p r e s s i o nb yn e a ri n f r a r e di r r a d i a t i o n j ja mc h e ms o c ，2 0 0 6 ，1 2 8 ( 1 1 ) ， 3 7 0 9 3 7 1 5 15 z h a n gjl ，d ujm ，h a r tbx ，e ta 1 s o n o c h c m i c a lf o r m a t i o no fs i n g l e - c r y s t a l l i n eg o l dn a n o b e l t s j a n g e w c h e m ，2 0 0 6 ，4 5 ( 7 ) ：1 1 1 6 1 1 1 9 【l6 】l icc ，s h u f o r dkl ，c a iwp ，e ta 1 h i 曲- y i e l ds y n t h e s i so fs i n g l e - c r y s t a l l i n eg o l dn a n o - o c t a h e d r a j a n g e wc h e m , 2 0 0 7 ，11 9 ( 18 ) ：3 3 2 8 - 3 3 3 2 【17 】c h e njy ，l ixd ，x i ayn ，e ta 1 g o l dn a n o c a g e s ：b i o c o n j u g a t i o na n dt h e i rp o t e n t i a lu s ea so p t i c a l 1 2 东北师范大学硕士学位论文 i m a g i n g c o n t r a s ta g e n t s j n a n ol e t t ，2 0 0 5 ，5 ( 3 ) ：4 7 3 - 4 7 7 【18 】g r a b a rkc ，a l l i s o nkj ，b a k e rbe ，e ta 1 t w o - d i m e n s i o n a la r r a y so fc o l l o i d a lg o l dp a r t i c l e s ：a f l e x i b l ea p p r o a c ht om a c r o s c o p i cm e t a ls u r f a c e s j l a n g m u i r , 1 9 9 6 ，1 2 ( 1 0 ) ：2 3 5 3 2 3 6 1 19 】s u nyl j ix i ayn s h a p e - c o n t r o l l e ds y n t h e s i so fg o l da n ds i l v e rn a n o p a r t i c l e s j s c i e n c e ，2 0 0 2 ， 2 9 8 ( 5 6 0 1 ) ：2 1 7 6 - 2 1 7 9 2 0 】s u nyg ，x i ayn m e c h a n i s t i cs t u d yo nt h er e p l a c e m e n tr e a c t i o nb e t w e e ns i l v e rn a n o s t r u c t u r e sa n d c h l o r o a u r i ca c i di na q u e o u sm e d i u m j ja mc h e ms o c ，2 0 0 4 ，1 2 6 ( 1 2 ) ：3 8 9 2 3 9 0 1 【2 1 j a mn 心g e a r h e a r tl ，m u r p h ycj s e e d i n gg r o w t hf o rs i z ec o n t r o lo f5 - 4 0m nd i a m e t e rg o l d n a n o p a r t i c l e s j l a n g m u i r , 2 0 0 1 ，1 7 ( 2 2 ) ：6 7 8 2 - 6 7 8 6 2 2 l icc ，s h u f o r dkl ，c a iwp ，e ta 1 h i g h - y i e l ds y n t h e s i so fs i n g l e - c r y s t a l l i n eg o l dn a n o - o c t a h e d r a j a n g e wc h e m , 2 0 0 7 ，11 9 ( 18 ) ：3 3 2 8 - 3 3 3 2 【2 3 s a utkm u r p h ycj r o o mt e m p e r a t u r e ，h i g h - y i e l ds y n t h e s i so fm u l t i p l es h a p e so fg o l d n a n o p a r t i c l e si na q u e o u ss o l u t i o n j ja mc h e ms o c ，2 0 0 4 ，1 2 6 ( 2 8 ) ：8 6 4 8 8 6 4 9 【2 4 】k w o nkl e eky ，k i mmj ，e ta 1 h i g h - y i e l ds y n t h e s i so fm o n o d i s p e r s ep o l y h e d r a lg o l d n a n o p a r t i c l e sw i t hc