功能金纳米材料的合成、应用及光学显微成像技术的开发

1、功能金纳米材料的合成、应用及光学显微成像技术的开发 近年来，功能化的纳米材料（如碳纳米管，硅纳米线，贵金属纳米材料等） 在物理学、化学和生物学等方面的广泛应用， 引起了研究人员极大的关注。 其中， 金纳米材料由于其独特的光学性质成为研究工作的热点。目前，随着对金纳米材料的合成方法的不断改进和表征技术的探索， 各种形 状、各种尺寸、多种特性的金纳米材料层出不穷，使得它们在催化、传感、成像 和生物医学等领域都扮演着重要的角色。 尽管现在它们的应用范围已经很宽， 然 而，许多重要的问题仍然悬而未决。比如，当纳米材料作为载体时如何提高它们的载药效率， 如何在生理环境下 保持纳米胶体材料的稳定性， 如何

2、在较复杂的环境中 （如活细胞体系中） 去分辨 哪些是纳米粒子等。 为了解决这些问题， 我们如果开发出一种简便但却功能强大 的成像方法，对于研究和分析在高的时空分辨率下单个纳米颗粒的动态运动过程 等现象则很有帮助。为此，在本论文中：（ 1）首先，我们选择了适合的方法分别合成了 18nm,40nm和60nm的球形金纳米颗粒。由于球形的金纳米颗粒是一种等离子体共振的材料， 所以它对于不同的波长的光有着不同的响应， 尤其是在它的最大吸收波长处有着 很高的散射截面积。利用这样的特性，在接下来的工作中， 我们将金纳米颗粒作为一个模板粒子， 分析探讨了前面所述的这些动态过程。 （2）基于传统的暗场成像技术，

3、 我们开发 了一个双波长的暗场显微系统。在这里，我们仅仅是把显微镜的传统光源替换成了两束不同波长的激光， 其 中一束是所要观察颗粒的最大吸收波长，另一束作为参比波长。利用这个系统， 我们在复杂体系中能够实现将金纳米颗粒轻松地分辨出来， 并用不同的生物分子 修饰后的金纳米颗粒进行了成像，充分验证了该方法的可靠性（第二章） 。 除此以外，我们还利用了该方法详细地研究了纳米颗粒与细胞之间的作用状 态，探讨分析了金纳米颗粒在细胞膜表面的扩散运动模式并合理解释了细胞内吞 金纳米颗粒的动态过程（第三章） 。另外，我们依旧使用双波长的暗场成像技术 对单个的金纳米棒进行了成像。金纳米棒是具有各向异性的纳米材料

4、，通过分析其长轴和短轴的振荡模式， 我们实现了对单个金纳米棒在三维空间内的位置和角度的信息的获得 （第四章） 接下来，我们应用该方法研究了金纳米棒在细胞膜表面的运动行为， 发现修饰后 的金纳米棒与细胞膜表面受体间的结合过程是独立的， 与金纳米棒的横向扩散模 式无关（第五章）。（3）细胞穿膜肽是一种有效的能够将颗粒带入细胞内部的生物分子。而人 工磷脂双分子膜作为模拟活细胞膜的模型， 来研究修饰了细胞穿膜肽的纳米颗粒 在磷脂双分子膜上的运动行为十分具有意义。在这个工作中， 我们发现，修饰了细胞穿膜肽的金纳米颗粒在磷脂膜上的吸 附过程是十分缓慢的， 但是一旦发生吸附， 其扩散模式是运动受限的。 我们又根 据其他的一些实验现象推测， 金纳米颗粒之所以有这样的运动行为是因为它在磷 脂膜的表面形成了小的区域范围， 并且我们用金纳米棒在磷脂双分子膜上的空间 构型分析的实验也间接地证明了这一点（第六章） 。（4）金纳米团簇由于具有很好的荧光效应，容易制备，低毒性等优点被逐渐地应用到多个方面。 在这里， 我们利用非常温和的反应条件， 制备了能发出荧光的金纳米团簇，并将其修饰上了叶酸分子，来对肿瘤细胞进行特异性的识别实验结果表明，利用普通的荧光显微镜，我们就非常容易地对