金纳米粒子的生物效应及应用
1 金纳米颗粒的生物效应
1.1 吸附蛋白
由于具有较高的表面自由能，因此，金纳米颗粒会吸附血液中的蛋白，在其表面形成一层蛋白冕(protein corona)，以降低其表面的自由能。金纳米颗粒表面的蛋白冕可以分为硬蛋白冕(hard corona)和软蛋白冕(soft corona)。硬蛋白冕是指吸附在金纳米颗粒表面的内层蛋白，这一层蛋白的寿命大约有数小时，与周围环境中自由蛋白的交换很慢。软蛋白冕是指与金纳米颗粒作用力较弱的外层蛋白，其与周围自由蛋白的交换速度较快。表面吸附的蛋白在很大程度上决定了金纳米颗粒在体内的命运，包括在各器官及组织中的分布、细胞摄入和清除效率等。
金纳米颗粒的尺寸、形状、表面性质等会影响蛋白的吸附。而表面吸附的蛋白又进一步影响金纳米颗粒的电荷、流体力学尺寸等性质，进而影响金纳米颗粒与细胞的相互作用。
Walkey等人研究了不同尺寸、表面修饰PEG的金纳米颗粒(15 nm，30 nm，60 nm，90 nm)对血清蛋白的吸附，随着金纳米颗粒尺寸和表面PEG密度的增加，表面吸附的蛋白总量逐渐降低。Lacerda等人研究了不同尺寸、柠檬酸修饰的金纳米颗粒对血液中5种重要蛋白的吸附。随着金纳米颗粒尺寸的增加(尺寸不大于50 nm)，蛋白冕的厚度逐渐增加。表面电性也会影响血清蛋白的吸附。Deng等人研究了金纳米颗粒的表面电荷对蛋白吸附的影响。表面带正电和负电的金纳米颗粒对蛋白的吸附量高于电中性的金纳米颗粒。Hutul等人发现，表面带正电和负电的金纳米颗粒对人血清白蛋白的吸附量是相近的。Gagner等人发现，金纳米颗粒的形状影响其对溶解酵素(1ysozyme)和α-胰凝乳蛋白酶(α-chymotrypsin)的吸附。球形金纳米颗粒(11 nm)对两种蛋白的吸附量比金纳米棒(10 nm×36 nm)少一个数量级。两种金纳米材料表面积的差异可能是造成蛋白吸附量差异的原因，因为球形金纳米颗粒的表面积大约是520 nm2，而金纳米棒的表面积是1550 nm2。另外，球形金纳米颗粒较高的表面曲率也可能影响其对蛋白的吸附。Mahmoudi等人发现，超顺磁性氧化铁纳米颗粒表面金壳的粗糙度影响其对血液中蛋白的吸附。表面粗糙的金壳比表面平滑的金壳可以吸附更多的蛋白，原因可能是粗糙的表面与蛋白之间的范德华作用、氢键作用和静电作用更强。除了吸附量的差异，表面平滑和粗糙的金壳吸附蛋白的种类也有明显差异。
1.2 细胞摄入
Chithmi等人研究了HeLa细胞对不同尺寸、长径比的金纳米颗粒的摄入，包括直径为14、30、50、74和100 nm的金纳米球，以及尺寸为40×14 nm和74×14 nm的金纳米棒。
将金纳米颗粒与HeLa
球的摄入量最高。两种金纳米棒的细胞摄入量都小于其对应尺寸的金纳米球，而且随着长径比的增加，金纳米棒的细胞摄入量逐渐下降。在另一篇文章中，Chithrani等人以转铁蛋白修饰的金纳米颗粒为模型，研究了不同尺寸的金纳米球(14 nm、50 nm)和不同形状的金纳米棒(20×30 nm、14×50 nm、7×42 nm)的细胞摄入水平和机制。同样发现金纳米球的摄入量高于金纳米棒。叠氮化钠和低温环境(4℃)可以有效抑制金纳米颗粒的细胞摄入，说明金纳米颗粒的细胞摄入途径是受体介导的内吞。进一步的研究表明，蔗糖和低钾环境可以有效抑制金纳米颗粒的摄入。因此，细胞对金纳米颗粒的摄入由网格蛋白介导。郝赛汀被广泛应用于乳腺癌的治疗，其可以与细胞表面的ErbB2受体结合。Jiang等人研究了郝赛汀修饰、不同尺寸(2 nm-100 nm)的金纳米颗粒在ErbB2受体过表达的乳腺癌细胞SK-BR-3中的摄入。其中25-50 nm的金纳米颗粒的细胞摄入量最高。金纳米颗粒的摄入导致细胞表面ErbB2受体的内吞，从而影响下游信号通路，并最终引起细胞死亡。
HeLa细胞和A549细胞对单分散状态、转铁蛋白修饰的金纳米颗粒摄入量高于聚集状态的金纳米颗粒。然而，MDA-MB-435细胞对聚集状态的金纳米颗粒摄入量反而高于单分散状态的金纳米颗粒。考虑到上述3种细胞系中，MDA-MB-435细胞表面转铁蛋白受体的表达量比其他两种细胞低。因此，除了受体介导的内吞，MDA-MB-435细胞还可能通过其他机制摄入转铁蛋白修饰的金纳米颗粒。
图3.2.2 表面带正电和负电的金纳米颗粒在巨噬细胞及非巨噬细胞中的摄入量。红色箭头
宽度代表摄入量相对水平
Liang等人发现，在人结肠癌上皮细胞Caco-2中，表面带正电的金纳米颗粒(5、10、20 nm)的细胞摄入量高于相同尺寸下表面带负电和电中性的金纳米颗粒。Huhn及Freese等人在小鼠成纤维细胞3T3及原代人皮肤微血管内皮细胞中也观察到同样的规律。Liu等人对
比了表面带正电及负电的金纳米颗粒在巨噬细胞和非巨噬细胞中的摄入。在非巨噬细胞HepG2中，表面带正电金纳米颗粒的摄入量远高于表面带负电的金纳米颗粒。然而在巨噬细胞洲264.7中，两种金纳米颗粒的细胞摄入量相近(图3.2.2)。
1.3 细胞凋亡
尽管金纳米颗粒具有相对较高的生物相容性，但是大量文献报道，不同尺寸、形状及表面性质的金纳米颗粒仍会产生细胞毒性，如细胞凋亡。外源性凋亡是由死亡受体超家族蛋白介导，如cD95以及肿瘤凋亡因子受体I。而内源性细胞凋亡主要由线粒体和内质网介导。
金纳米颗粒的尺寸影响其引起细胞凋亡的能力。直径为13 nm、柠檬酸修饰的金纳米颗粒可以引起兔关节软骨细胞凋亡，而3 nm及45 nm的金纳米颗粒则不会引起凋亡。在另一项研究中，直径15 nm的金纳米颗粒比5 nm的金纳米颗粒更容易引起人外周血淋巴细胞和
金纳米颗粒的形状也会影响其引起细胞凋亡的能力。相比于三角形和球形，六角形金纳米颗粒更容易引起Calu-3细胞凋亡。另一项研究中，表面连接PEG的金纳米棒导致HacaT 细胞内ROS水平的上升、线粒体膜电位的下降，并最终导致细胞凋亡，而mercaptopropane sulfonate(MPS)修饰的金纳米球(20 nm)对细胞存活率无明显影响(图3.2.3)。
图3.2.3 PEG修饰的金纳米棒引起HaCaT细胞凋亡，而MPS修饰的金纳米球无明显的细胞
毒性
除了尺寸和形状，金纳米颗粒的表面电荷和疏水性也会影响其引起细胞凋亡的能力。正/负电配体修饰的金纳米颗粒(1.5 nm)可以引起人永生化表皮细胞HaCaT中caspase3表达水平的上调并导致细胞凋亡，而电中性配体修饰的金纳米颗粒则不会引起细胞凋亡。在另一篇文献中，负电配体修饰的金纳米颗粒(1-10 nm)可以引起人中性粒细胞凋亡。而正电配体修
饰的金纳米颗粒却不能引起凋亡。两篇文章结论的差异可能是由于细胞系、金纳米颗粒尺寸的差异造成的。直径为20-25 nm的金纳米颗粒的疏水性可以调控人肺腺癌细胞A549的凋亡。疏水的金纳米颗粒更容易引起细胞凋亡。
基于文献报道，金纳米颗粒主要引起内源性细胞凋亡，包括线粒体和内质网介导的凋亡。其中，金纳米颗粒导致的细胞内ROS水平上升是线粒体介导的内源性凋亡的重要诱因。
2 金纳米粒子的广泛应用
纳米粒子所具有的小尺寸、高比表面积、良好的表面等离子体共振特性及催化等性能，在多个领域有着广泛的应用。但是由于其易团聚，因此通常在制备过程中使用聚合物材料包覆，获得聚合物修饰的金纳米粒子，在本章中这种聚合物修饰的金纳米粒子也将其归为金纳米粒子而非金纳米粒子复合材料。金纳米粒子的应用主要体现在以下几个方面：
2.1 生物医学
金纳米粒子具有良好的小尺寸和表面等离子体效应，金纳米粒子被广泛的应用于生物医学领域。金纳米粒子通过表面负载药物或光热治疗的方式实现癌症治疗。其中光热治疗是由于金纳米粒子能够吸收一定波长的光并产生表面等离子共振，因此光能会被转化为热能，进入细胞后能够破坏细胞的细胞膜，导致细胞凋亡，金纳米粒子用于光热治疗时，光热治疗的波长选择可以通过金纳米的尺寸控制。
金纳米粒子的光热效应在2003年被第一次报道用于癌症治疗，含二氧化硅核和金纳米壳的粒子修饰PEG后用于乳腺上皮癌的治疗。在El-Sayed和同事的工作中介绍了尺寸在40 nm，吸收峰在530 nm的金纳米球用于光热治疗的结果，金纳米球表面修饰了抗表皮生长因子受体的单克隆抗体使得金纳米球能被癌细胞特异性的吸附，将癌细胞在金纳米粒子溶液中孵育40分钟后，利用514 nm的激光照射后发现，HSC-3(人口腔癌细胞)和hoc-313恶性口腔鳞状细胞癌能被选择性的杀死。
金纳米粒子也被广泛的应用于免疫检测和生物成像中，利用金纳米粒子的高电子密度的特性，修饰后的金纳米粒子在细胞内特定位置聚集后的颜色实现检测。或者通过表面修饰特定的荧光染料，利用金纳米粒子的小尺寸进入细胞内实现细胞内的荧光成像。
2.2 传感检测
金纳米粒子在传感领域的应用主要基于金纳米粒子的表面等离子体共振效应，通过分子结合前后光谱的变化实现特定物质的传感，或者利用金纳米粒子的表面等离子体特性制备拉曼增强基底，在Qing-Hua Xu等人的工作中，通过对溶液中加入不同浓度的共轭聚合物实现了金纳米粒子的组装，通过控制组装体的长度获得了不同大小的吸收峰，将这种通过共轭聚
合物组装的金纳米粒子用于拉曼增强基底，发现其检测强度是单纯的金纳米粒子聚集体的400倍。
2.3 分离科学
金纳米粒子用于分离的原理主要是利用金纳米粒子高的表面能或通过在金粒子的表面修饰不同的聚合物材料，修饰后的金纳米粒子在溶液中与材料接触后，聚合物表面的官能团与材料特定的官能团连接在一起后，然后通过金属粒子的电泳实现溶液中分子或物质的分离。在2001年，科学家首次利用金纳米粒子用于CE(电泳)分离。在2006年，金纳米粒子首次被用作蛋白质和酸的CE分离。而金纳米粒子用于DNA的CE分离更是人们研究的热点，特别是huang等人关于金纳米粒子在BGE和PEO的混合溶液中实现对DNA的电泳分离有着大量的研究。金纳米粒子也被广泛的应用与气相色谱和开管阳离子交换等领域。通过设计金纳米粒子不同的表面官能团能够实现液体中不同物质的分离，这种金纳米粒子在分离科学的领域仍旧有着巨大的发展空间。
2.4 催化领域
通常认为，金具有化学惰性，很难作为催化剂使用，因此金纳米粒子的催化性能一直未引起大家的重视，近年来关于金纳米粒子的催化的研究工作出现在1970s，Parravano等人报道了金纳米粒子用于NO的还原，但当时并未引起人们的注意，直到1989年，Haruta等人报道了将金纳米粒子负载到Co3O4、Fe2O3、或TiO2后具有较高的催化活性和分散性，能够实现CO的氧化后，金纳米粒子的催化性能引起了人们的注意，金纳米粒子在催化领域的应用得到了广泛的研究，发表了很多研究结果。
大量的研究发现金纳米粒子能够用于CO的低温氧化，NO的还原等领域。普遍认为，尺寸小于10 nm的金纳米粒子具有良好的催化效果，其催化性能随着尺寸的减小而升高，金纳米粒子高的表面活性使其具有催化性能，但这也导致金纳米粒子易团聚失活，因此常将其分散到其他材料中使用，如半导体氧化物，金属氧化物中使用，但负载型金纳米催化的高催化活性的机理仍是一个困扰。
2.5 光学和电子器件
金纳米粒子具有良好的三阶非线性响应，因此被用于添加到玻璃中制备各种不同的非线性光学器件，另外由于金纳米粒子也可以被用于制备存储器件，在Vignesh Suresh等人的工作中，通过三次组装的方式制备了均匀的金粒子聚集体复合物组装膜，使其具有通过金纳米粒子实现信息存储的能力，首先将尺寸在100 nm左右的金纳米粒子组装形成球状的聚集体后，进而与聚合物PS-b-P2VP的聚集体进行二次组装，获得的复合材料经过第三次的组装后
形成具有多级复杂结构的组装体，并通过组装金纳米粒子成二维规则的超结构从而使其具有作为信息的存储媒介的能力。
2.6 其他领域
金纳米粒子也可作为添加剂添加到纺织品中，例如基于金纳米粒子具有的较高的导电性，作为高效的抗静电添加剂添加到纤维或织物表面，获得具有抗静电性能的织物，金纳米粒子也可用于纺织品的上色、除静电、电磁屏蔽等材料的制备等。
《金属纳米颗粒制备中的还原剂与修饰剂》总结 一：金属纳米材料具有表面效应（比表面积大，表面原子多，表面原子可与其他原子结合稳定下来，使材料化学活性提高。）和量子尺寸效应，因而有不同于体相材料的光学、电磁学、化学特性。 目前制备方法为液相合成（操作简便、成本低、产量高、颗粒单分散性好）。——以金属盐或金属化合物为原料将其还原得到金属原子后聚集成金属纳米粒子。而金属纳米粒子比表面积大、物化活性高、易氧化、易团聚，所以需要引入修饰剂来控制形貌、稳定或分散纳米颗粒。 液相还原法按照溶剂不同可分为有机溶剂合成法（结晶性好、单分散性好、形貌易控、不能直接用于生物体系、环境不友好）和水溶液合成法（水溶性、制备方法简单环保、成本低、颗粒大小不均一）。按照还原手段不同可分为化学试剂还原法、辐射还原法、电化学还原法。 二：化学试剂还原法中常用的还原剂及其还原机理 还原能力不同：1）强还原剂（硼氢化物、水合肼、氢气、四丁基硼氢化物），还原能力强、反应速率快、纳米颗粒多为球形或类球形、尺寸小。2）弱还原剂（柠檬酸钠、酒石酸钾、胺类化合物、葡萄糖、抗坏血酸、次亚磷酸钠、亚磷酸钠、醇类化合物、醛类化合物、双氧水、DMF），反应体系一般需要加热。例如多元羟基类化合物可做溶剂和还原剂，通过控制反应条件可制备多种形貌的材料。柠檬酸钠、抗坏血酸做还原剂的同时可做保护剂。（一）无机类还原剂 1，硼氢化物（硼氢化钠钾、硼氢化四丁基铵TBAB），硼氢化钠化学性质活波与水反应放出 氢气，与金属盐反应时所需浓度低。 2，氢化铝锂，还原性极强，应用不及硼氢化钠。 3，水合肼N2H4·H2O，应用广泛。在碱性介质中为强还原剂。 4，双氧水。 5,有机金属化合物，二茂铁还原制备银纳米线。 6，氢气，（可以合成相当稳定无保护的可进一步修饰的银纳米颗粒。），控制反应时间可以得到相当大尺寸跨度的纳米颗粒，进一步处理如过滤离心可以得到尺寸分布窄的颗粒。 7，次亚磷酸盐，弱还原剂，因为容易与氧气反应所以一般用3-4倍。酸性条件下反应速度加快，认为酸性条件下利于次亚磷酸像活泼型转变。
纳米材料属于纳米技术中的一种，是一种很特殊的材料。物质到纳米尺度以后，大约是在0.1—100纳米这个范围空间，物质的性能就会发生突变，出现特殊性能。纳米材料指的就是这种尺度达到纳米单位的、具备特殊性能的材料。它在现实生活中的应用广泛，包含以下几点： 1、纳米磁性材料 在实际中应用的纳米材料大多数都是人工制造的。纳米磁性材料具有十分特别的磁学性质，纳米粒子尺寸小，具有单磁畴结构和矫顽力很高的特性，用它制成的磁记录材料不仅音质、图像和信噪比好，而且记录密度比γ-Fe2O3高几十倍。超顺磁的强磁性纳米颗粒还可制成磁性液体，用于电声器件、阻尼器件、旋转密封及润滑和选矿等领域。 2、纳米陶瓷材料 传统的陶瓷材料中晶粒不易滑动，材料质脆，烧结温度高。纳米陶瓷的晶粒尺寸小，晶粒容易在其他晶粒上运动，因此，纳米陶瓷材料具有极高的强度和高韧性以及良好的延展性，这些特性使纳米陶瓷材料可在常温或次高温下进行冷加工。如果在次高温下将纳米陶瓷颗粒加工成形，然后做表面退火处理，就可以使纳米材料成为一种表面保持常规陶瓷材料的硬度和化学稳定性，而内部仍具有纳
米材料的延展性的高性能陶瓷。 3、纳米传感器 纳米二氧化锆、氧化镍、二氧化钛等陶瓷对温度变化、红外线以及汽车尾气都十分敏感。因此，可以用它们制作温度传感器、红外线检测仪和汽车尾气检测仪，检测灵敏度比普通的同类陶瓷传感器高得多。 4、纳米倾斜功能材料 在航天用的氢氧发动机中，燃烧室的内表面需要耐高温，其外表面要与冷却剂接触。因此，内表面要用陶瓷制作，外表面则要用导热性良好的金属制作。但块状陶瓷和金属很难结合在一起。如果制作时在金属和陶瓷之间使其成分逐渐地连续变化，让金属和陶瓷“你中有我、我中有你”，便能结合在一起形成倾斜功能材料，它的意思是其中的成分变化像一个倾斜的梯子。当用金属和陶瓷纳米颗粒按其含量逐渐变化的要求混合后烧结成形时，就能达到燃烧室内侧耐高温、外侧有良好导热性的要求。 5、纳米半导体材料 将硅、砷化镓等半导体材料制成纳米材料，具有许多优异性能。例如，纳米半导体中的量子隧道效应使某些半导体材料的电子输运反常、导电率降低，电导热系数也随颗粒尺寸的减小而下降，甚至出现负值。这些特性在大规模集成电路器件、光电器件等领域发挥重要的作用。 利用半导体纳米粒子可以制备出光电转化效率高的、即使在阴雨天也能正常工作的新型太阳能电池。由于纳米半导体粒子受光照射时产生的电子和空穴具有较强的还原和氧化能力，因而它能氧化有毒的无机物，降解大多数有机物，然后生成无毒、无味的二氧化碳、水等，所以，可以借助半导体纳米粒子利用太阳能
多功能磁性纳米颗粒的介绍、制备及生物医药应用 摘要 纳米技术和分子生物的结合，发展了一个新兴的研究领域：纳米生物技术。磁性纳米颗粒是一类性能卓越的纳米材料，它具有可控的尺寸，在外形上易于改变，核磁共振现象中对比明显等特质。因此这些纳米颗粒在生物及医药领域得到了很广泛的应用，包括：蛋白质的纯化，药物输送，医学成像。 由于在生物医药领域，多模式功能具有潜在的利益，研究者们纷纷开始设计和制造多功能磁性纳米颗粒。现在有两种方法来制造基于磁纳米基础上的多功能纳米结构。第一个方法是分子功能化，包括依赖抗体、蛋白质，和给磁性纳米颗粒染色；另一种方法是整合磁性纳米颗粒的其他功能纳米成分，例如量子点，或金属纳米颗粒。正是因为他们可以显示几种功能协同和运输，而不是一种功能同时起效，这种多功能磁性纳米颗粒在生物医药领域的应用有着独特的优势。 我们先回顾一下多功能磁性纳米颗粒的设计和生物医药应用的几个例子。在多功能磁性纳米颗粒与适合的配体、抗体或蛋白质结合之后，生物功能磁性纳米颗粒显示出了高度选择性的结合。这些结果显示出了纳米颗粒可以应用于解决生物医药问题，例如：蛋白质纯化，细菌检测，褪毒素。使纳米颗粒与其他纳米成分结合在一起的混合纳米结构，显示出伴随着特征的顺磁性。例如荧光或加强的光学对比度。这一结构为强化医学成像和药物控制释放提供了平台。我们希望多组分磁性纳米颗粒的完整结构和特殊的结构特征的结合。可以吸引更多的研究兴趣并在纳米医疗中开辟出新的道路。 1.介绍 纳米技术和分子生物医药的结合是的一项新兴的研究领域——纳米生物科技蓬勃发展。纳米生物科技还未发现新材料过程、现象等提供了有利的机会，纳米级别的磁性材料有它们独特的优点，例如可以在生物医药应用上提供许多机会，首先磁性纳米材料可以传输从1-104nm数量级的固定尺寸的物质，因此他们的尺寸和性能的最优化可以很容易的与研究热点相匹配。其次外部的磁力可以制造纳米颗粒，这一“超距作用”为很多应用领域提供了巨大的优势。最后磁性纳米颗粒还在核磁共振图像对比度增强剂中起到了很重要的作用。因为磁性纳米颗粒的质子磁矩信号可以通过共振吸收所获得，最近已经合理的提出了生产单分散的、固定尺寸的磁性纳米颗粒（例：FePt、Fe3O4和γ-Fe2O3）的技术和流程。这一技术的提出使得磁性纳米颗粒的应用得以更广泛的研究，包括生物医疗领
Sensors and Actuators B 212(2015)440–445 Contents lists available at ScienceDirect Sensors and Actuators B: Chemical j o u r n a l h o m e p a g e :w w w.e l s e v i e r.c o m /l o c a t e /s n b Visual detection of myoglobin via G-quadruplex DNAzyme functionalized gold nanoparticles-based colorimetric biosensor Qing Wang,Xiaohan Yang,Xiaohai Yang ?,Fang Liu,Kemin Wang ? State Key Laboratory of Chemo/Biosensing and Chemometrics,College of Chemistry and Chemical Engineering,Key Laboratory for Bio-Nanotechnology and Molecular Engineering of Hunan Province,Hunan University,Changsha 410082,China a r t i c l e i n f o Article history: Received 19December 2014 Received in revised form 7February 2015Accepted 10February 2015 Available online 18February 2015 Keywords: Gold nanoparticles DNAzyme Aptamer Myoglobin a b s t r a c t Since myoglobin plays a major role in the diagnosis of acute myocardial infarction (AMI),monitoring of myoglobin in point-of-care is fundamental.Here,a novel colorimetric assay for myoglobin detection was developed based on hemin/G-quadruplex DNAzyme functionalized gold nanoparticles (AuNPs).In the presence of myoglobin,the anti-myoglobin antibody,which was modi?ed on the surface of polystyrene microplate,could ?rst capture the target myoglobin.Then the captured target could further bind to DNA1probe which contained the aptamer sequence through aptamers/myoglobin interaction.Next,as the DNA2probe modi?ed AuNPs were introduced,DNA2probe modi?ed AuNPs could hybridize with the captured DNA1probe.Subsequently,DNA2probe which was modi?ed on the AuNPs could fold into a G-quadruplex structure and bind to hemin,and then catalyze the oxidation of colorless ABTS 2?to green ABTS +by H 2O 2.Consequently,the relationship between the concentration of myoglobin and the absorbance was established.Due to AuNPs ampli?cation,the myoglobin concentration as low as 2.5nM could be detected,which was lower than clinical cutoff for myoglobin in healthy patients.This assay also showed high selectivity for myoglobin and was used for the detection of myoglobin in the human serum samples.This work may provide a simple but effective tool for early diagnosis of AMI in the world,especially in developing countries. ?2015Elsevier B.V.All rights reserved. 1.Introduction Since acute myocardial infarction (AMI)remains the leading cause of death in most industrialized nations,it is important to evaluate accurately the patients who show symptoms sugges-tive of AMI [1,2].Myoglobin,although not cardiac speci?c,has been widely suggested as one of the best candidate markers for an early diagnosis of AMI [3].Generally,myoglobin is present in very low concentrations (0.48–5.9nM)in serum of healthy indi-viduals.When muscle tissues are damaged,myoglobin is rapidly released into the circulation and the myoglobin concentration in serum is elevated to 4.8?M subsequently [4].Some conventional approaches have been employed to detect myoglobin,such as mass spectrometry [5],liquid chromatography [6],electrochemi-cal [7–11]and surface plasmon resonance (SPR)[12–15].Most of these methods showed high sensitivity,but these methods were time consuming and required expensive equipment,which was unable to be applied in point-of-care (POC)testing [16].Recently, ?Corresponding authors.Tel.:+8673188821566;fax:+8673188821566.E-mail addresses:yangxiaohai@https://www.doczj.com/doc/dc10144073.html, (X.Yang),kmwang@https://www.doczj.com/doc/dc10144073.html, (K.Wang). we reported a novel assay for sensitive and selective detection of myoglobin using a personal glucose meter [17].Besides glucose meter,colorimetric method offers great potential for POC testing,due to its intrinsic advantages such as cost-effective,rapid,simple,and even only utilizing naked eyes.Zhang et al.reported a colori-metric method for myoglobin detection based on the aggregation of iminodiacetic acid-functionalized gold nanoparticles (AuNPs)[18].Although this method was easy to perform,low cost and time-saving,the detection limit is relatively high. Here,a novel colorimetric method was developed for myoglobin detection based on hemin/G-quadruplex DNAzyme functional-ized AuNPs.G-quadruplex DNAzyme,which is usually formed by binding G-rich nucleic acid to hemin [19–21],can exhibit peroxidase-like activity and effectively catalyze the H 2O 2-mediated oxidation of 2,2 -azino-bis (3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)diammonium salt (ABTS)[22–24].In this assay,hemin/G-quadruplex DNAzyme complex showed inherent advan-tages of simplicity,stability and relatively low cost.Moreover,since a single Au nanoparticle was loaded with hundreds of DNA2probes which contained DNAzyme section [25,26],it could enhance the sensitivity effectively.This work may provide the new tool for early diagnosis of AMI in the world,especially in developing countries. https://www.doczj.com/doc/dc10144073.html,/10.1016/j.snb.2015.02.040 0925-4005/?2015Elsevier B.V.All rights reserved.
说明书摘要 本发明公开了一种纳米金颗粒的制备方法，其步骤如下：（1）在去离子水中加入氯金酸溶液、CTAC、硼氢化钠溶液，得到老化的种子溶液；（2）在去离子水中加入氯金酸溶液、CTAC、溴化钠溶液、抗坏血酸溶液，得到生长溶液1；（3）在去离子水中加入氯金酸溶液、CTAC、溴化钠溶液、抗坏血酸溶液，得到生长溶液2；（4）取（1）中的老化好的种子溶液加入到（2）中的生长溶液1，反应完全后得一次生长的Au纳米颗粒分散溶液；（5）取（4）中的溶液加入到（3）中的生长溶液2，反应完全后得二次生长的Au纳米颗粒分散溶液，即为最终的Au纳米颗粒。本发明以水为基液，具有经济性好、操作简单、分散性好的优点，所获得的产品粒径大小比较均匀，且可控，从10 nm到100 nm均可获得。
权利要求书 1、一种纳米金颗粒的制备方法，其特征在于所述方法步骤如下： （1）在5~20 ml去离子水中加入0.001 ~ 0.2 ml氯金酸溶液，然后加入0.01 ~1 g CTAC，与氯金酸溶液混合后均匀后，再加入0.01 ~ 1 mL硼氢化钠溶液，摇晃10 ~ 20 s将溶液混合均匀，静置30 ~ 60 min 后得到老化的种子溶液； （2）在5~20 ml去离子水中加入0.001 ~ 1 ml氯金酸溶液，然后加入0.01 ~1 g CTAC，再加入0 .001~ 0.01 mL溴化钠溶液，超声震荡0.5 ~ 5 min将溶液混合均匀，接着加入0.01 ~ 1 mL抗坏血酸溶液，摇晃30 ~ 60 s使溶液混合均匀后得到无色透明的生长溶液1； （3）在5~20 ml去离子水中加入0.001 ~ 1 ml氯金酸溶液，然后加入0.01 ~1 g CTAC，再加入0.001 ~ 0.01 mL溴化钠溶液，超声震荡0.5 ~ 5 min将溶液混合均匀，接着加入0.001 ~ 1 mL抗坏血酸溶液，摇晃30 ~ 60 s使溶液混合均匀后得到无色透明的生长溶液2； （4）取（1）中的老化好的种子溶液1 ~ 100 μL加入到（2）中配置好的生长溶液1，摇晃10 ~ 20 s使溶液混合均匀后，在30 ℃条件下放置5 ~ 30 min使其反应完全，得一次生长的Au纳米颗粒分散溶液； （5）取（4）中的溶液1 ~ 100 μL加入到（3）中配置好的生长溶液2，摇晃10 ~ 20 s使溶液混合均匀后，在30 ℃条件下放置10 ~60 min使其反应完全，得二次生长的Au纳米颗粒分散溶液，即为最终的Au纳米颗粒。 2、根据权利要求1所述的纳米金颗粒的制备方法，其特征在于所述Au纳米颗粒的粒径为10 nm到100 nm。 3、根据权利要求1所述的纳米金颗粒的制备方法，其特征在于所述氯金酸溶液的浓度为0.01 mol/L。 4、根据权利要求1所述的纳米金颗粒的制备方法，其特征在于所述氯金酸溶液的浓度为0.00025 mol/L。 5、根据权利要求1所述的纳米金颗粒的制备方法，其特征在于
纳米生物医学材料的应用 摘要：纳米材料和纳米技术是八十年代以来兴起的一个崭新的领域,随着研究的深入和技术的发展,纳米材料开始与许多学科相互交叉、渗透,显示出巨大的潜在应用价值,并且已经在一些领域获得了初步的应用。本文论述了纳米陶瓷材料、纳米碳材料、纳米高分子材料、微乳液以及纳米复合材料等在生物医学领域中的研究进展和应用。 关键字：纳米材料；生物医学；进展；应用 1. 前言 纳米材料是结构单元尺寸小于100nm的晶体或非晶体。所有的纳米材料都具有三个共同的结构特点:(1)纳米尺度的结构单元或特征维度尺寸在纳米数量级(1~100nm),(2)有大量的界面或自由表面,(3)各纳米单元之间存在着或强或弱的相互作用。由于这种结构上的特殊性,使纳米材料具有一些独特的效应,包括小尺寸效应和表面或界面效应等,因而在性能上与具有相同组成的传统概念上的微米材料有非常显著的差异,表现出许多优异的性能和全新的功能,已在许多领域展示出广阔的应用前景,引起了世界各国科技界和产业界的广泛关注。 “纳米材料”的概念是80年代初形成的。1984年Gleiter首次用惰性气体蒸发原位加热法制备成功具有清洁表面的纳米块材料并对其各种物性进行了系统研究。1987年美国和西德同时报道,成功制备了具有清洁界面的陶瓷二氧化钛。从那时以来,用各种方法所制备的人工纳米材料已多达数百种。人们正广泛地探索新型纳米材料,系统研究纳米材料的性能、微观结构、谱学特征及应用前景,取得了大量具有理论意义和重要应用价值的结果。纳米材料已成为材料科学和凝聚态物理领域中的热点,是当前国际上的前沿研究课题之一[1]。 2. 纳米陶瓷材料 纳米陶瓷是八十年代中期发展起来的先进材料,是由纳米级水平显微结构组成的新型陶瓷材料,它的晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔尺寸、缺陷尺寸等都只限于100nm量级的水平[2]。纳米微粒所具有的小尺寸效应、表面与界面效应使纳米陶瓷呈现出与传统陶瓷显著不同的独特性能。纳米陶瓷已成为当前材料科学、凝聚态物理研究的前沿热点领域,是纳米科学技术的重要组成部分[3]。 陶瓷是一种多晶材料,它是由晶粒和晶界所组成的烧结体。由于工艺上的原因,很难避免材料中存在气孔和微小裂纹。决定陶瓷性能的主要因素是组成和显微结构,即晶粒、晶界、气孔或裂纹的组合性状,其中最主要的是晶粒尺寸问题,晶粒尺寸的减小将对材料的力学性能产生很大影响,使材料的强度、韧性和超塑性大大
金纳米粒子在医学领域中的运用 金纳米粒子潜在的细胞毒性是制约其临床应用的一个重要原因，下面是小编搜集的一篇关于金纳米粒子在领域中的运用探究的，供大家阅读借鉴。 金是典型的惰性元素，由金制成的历史文物能够保留几千年的灿烂光泽不变色，如图1所示.金被广泛使用于珠宝、硬币和电子器件等方面.目前，20nm 厚的金薄膜已用在办公室的窗户上，因为它能够在传输大量可见光的同时有效地反射红外光线，并吸收光的热量.因金纳米粒子具有很好的稳定性、易操作性、灵敏的光学特性、易进行表面修饰以及良好的生物相容性，使其广泛应用于食品安全检测、环境安全检测和医学检测分析等领域[1-4].金纳米粒子尺寸范围为1nm~100nm.图2(a)为50nm的金纳米棒，(b)为二氧化硅包覆的金纳米颗粒，其中扇形金纳米粒子尺寸比较小，被二氧化硅包覆后的纳米粒子尺寸大约140nm,(c)为50nm的金纳米笼[5].由于其比较微小的结构，这些颗粒比小分子更能积聚在炎症或肿瘤增长部位.具有高效的光转热属性的金纳米颗粒，可以被应用于特异性地消融感染或患病组织.因金纳米颗粒具有吸收大量X射线的能力，而被用于改善癌症放射治疗或CT(断层扫描)诊断成像.另外，金纳米粒子可以屏蔽不稳定的药物或难溶造影剂，使之有效传递到身体各个部位. 1金纳米粒子在加载药物方面的应用 1.1金纳米粒子可作为内在药制剂 金基疗法有着悠久的历史，这是金自然的优异性能以及其神秘效应引起的药效应用.金基分子化合物已被发现可以显着限制艾滋病病毒的生长[6].目前，搭载药物的金纳米粒子常用于靶向癌细胞[7].将放射性金种子植入肿瘤中，对其内部进行放射疗法，实现近距离放射治疗[7].直径非常小的金纳米颗粒(小于2nm)能够渗透到细胞和细胞区室(如细胞核)[8].金纳米颗粒与其无毒的较大尺寸的表面修饰试剂[8],有杀菌和杀死癌细胞的功效，并有诱导细胞氧化的应激能力，促使损伤的线粒体和DNA相互作用. 最近，人们发现，纳米金(直径5nm)表现出抗血管生成性质(抑制新血管的生长).这些纳米颗粒可选择性结合肝素糖蛋白内皮细胞，并抑制它们的表面活性.因为上述纳米金的大小和生物分子或蛋白质差不多，在生理过程中，它们也可以相互修饰或作用，尤其在细胞和组织内.最近，El-Sayed和他的同事针对恶性生长与分裂的细胞核，已探索出微分细胞质. 通过将金纳米粒子聚集于细胞表面，从而认识到整合肽序列(细胞质交付)和核内蛋白(核周交付)，并通过金纳米颗粒选择性地靶向恶性细胞，他们已证明凋亡效应(DNA的双链断裂).另外，使用类似的研究策略，已发现金纳米粒子可选择性地发挥抗增殖和放射增敏效应. 1.2基于金纳米粒子的光热疗法
生堡亟随匿堂盘壶！Ｑ塑生！月筮塑鲞星！翅￡！！！』堕！丛型：＆坠磐盟！Ｑ塑：！些塑，盟些兰 纳米材料的毒理学和生物安全性研究进展 刘建军何浩伟龚春梅庄志雄 纳米材料是指物质结构在三维空间内至少有一维处于 纳米尺度…（０．１—１００ｌｌｍ，１ａｍ＝１０一ｍ），或由纳米单元构 成的材料，被誉为“２１世纪的新材料”，这一概念首先是由美 国国家纳米计划（ＮＮＩ）提出来的。这些具有独特物理化学 性质的纳米材料，对人体健康以及环境将带来的潜在影响， 目前已经引起公众、科学界以及政府部门的广泛关注。随着 纳米技术的完善和应用规模的扩大，纳米材料将被迅速普及 和广泛应用旧ｏ。 据报道，目前世界范围内市场上有超过４００种消费品建 立在纳米材料的基础之上ｐ１，预计到２０１４年全球市场的纳 米科技产品价值将达２．６兆亿美元ＭＪ。为了了解应用于这 些产品中的纳米材料的潜在影响，就要熟悉和掌握其潜在暴 露风险、材料性质、产品生命周期及其在每一点性质和周期 上的潜在危险”Ｊ。自２０００以来，国内外对于纳米材料的生 物安全性和毒理学问题展开了日益深入的讨论和研究净“。 一、纳米材料的特殊效应和应用 纳米材料具有传统材料所不具备的奇异或反常的物理、 化学特性”］，如原本导电的铜到某一纳米级界限就不导电， 原来绝缘的二氧化硅、晶体等，在某一纳米级界限时开始导 电。这是由于纳米材料特有的４大特殊效应所致¨１：即小尺 寸效应（８ｍａＬｌｓｉｚｅｅｆｆｅｃｔ）、表面效应（￥ｕｒｆａｃｅｅｆｆｅｃｔ）、量子尺 寸效应（ｑｕａｎｔｕｍｓｉｚｅｅｆｆｅｃｔ）和量子隧道效应（ｑｕａｎｔｕｍ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ）；上述效应可导致纳米材料具有异常的吸附 能力、化学反应能力、分散与团聚能力，上述特性在赋予纳米 材料广泛应用的同时也带来一系列的负面效应。这些已被 证实，以及有待被证实的负面效应给当前迅猛发展的纳米科 技带来了一定的隐患。现将纳米材料理化特性涉及的应用 研究领域归纳如表１［９－１０３。 二、纳米材料的毒理学研究现状 Ｄｏｎａｌｄｓｏｎ等０１１］２００４年首先提出了“纳米毒理学” （ｎａｏｎｏｔｏｘｉｃｏｌｏｇｙ）这一概念，次年Ｏｂｅｒｄ／Ｓｒｓｔｅｒ等¨２１发表文章 支持这一概念并称之为“从超细颗粒物的研究中演变而来 的新学科”。自从Ｄｏｎａｌｄｓｏｎ等发表论文之后，纳米毒理学 的发展步人了新轨道，在世界范围内召开的关于纳米材料毒 理学的会议越来越多，在各大学术网站上搜索到相关文章也 逐年增多。 ＤＯＩ：１０．３７６０／ｃｒａａ．ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－９６２４．２００９．０２．０１６ 基金项目：深圳市科技计划（２００７０２１５９） 作者单位：５１８０２０深圳市疾病预防控制中心毒理研究室 通信作者：庄志雄，Ｅｎｕ６１：ｊｕｎｉｉ８＠１２６．咖 ?１５９?．综述． 表１纳米材料理化特性涉及的应用研究领域‘９‘１０］研究应用领域材料和应用举例 电子学 磁学 光学 生物医药能源化工环保化工建筑、机械电极（纳米碳管）、超导体、导电及绝缘浆料、量子器件、量子计算机等 纳米磁性材料、磁靶向制剂、固定化酶、生物分离提纯、磁记录、纳米微品软磁材料等化妆品（ＴｉＯ：）、隐身材料、发光材料、光通讯、光储存、光电脑等 纳米，Ｅ物医用材料（纳米羟基磷灰石）、生物薄膜、药物载体、蕈冈传送载体、药物输送、控释系统、纳米牛物传感器等 纳米催化、储能（碳纳米管储氢）、蓄热及能源转换、保温节能（纳米Ｓｉ０２）等 抗生素材料（纳米Ａｇ，Ｔｉ０２）、功能涂料（纳米Ｚｎ０２，Ｆｅ２０３）有害气体治理、废水处理、阻声降噪等 超硬、高强、岛韧、超塑性材料等 已有研究表明，纳米材料经吸人、皮肤、消化道及注射等 途径与机体接触后能迅速进入体内，并容易通过血脑、睾丸、 胚胎等生物屏障分布到全身各组织。纳米颗粒往往比相同 剂量、相同组分的微米级颗粒物更容易导致肺部炎症和氧化 损伤。现有的细胞水平、动物实验和一些零星的人群研究结 果显示，人造纳米材料可以引起氧化应激、炎症反应、ＤＮＡ 损伤、细胞凋亡、细胞周期改变、基因表达异常，蛋白质差异 表达，并可引起肺、心血管系统及其他组织器官的损害。我 们从纳米毒理学研究的不同层次分类阐述纳米材料毒理学 研究的概况，并对研究较多的材料（纳米碳管、ＴｉＯ：等）举例 说明。 （一）纳米材料毒理学分子水平的研究 基因组学、后基因组学、毒物基因组学和蛋白质组学的 研究，都属于分子水平的范畴。迄今为止，国内外对纳米材 料毒性研究，主要还是采用形态学和酶活性等细胞毒性检测 和整体动物水平实验的方法，从分子水平进行机制方面的研 究并不普遍，目前已见纳米碳材料的蛋白质组学研究。 Ｗｉｔｚｍａｎｎ和Ｍｏｎｔｅｉｒｏ－Ｒｉｖｉｅｒｅ¨纠研究了多壁纳米碳管 （ＭＷＮＣＴ）对角质化细胞蛋白质组表达的影响。用０．４ｍｓ／ ｌＴｌｌ的ＭＷＮＣＴ处理角质化表皮细胞（ＨＥＫ）２４和４８ｈ，抽提 蛋白进行双向电泳，并检测ＩＬ－１Ｂ、ＩＬ－６、ＩＬ－８、ＩＬ－１０和ＴＮＦ．ａ 等细胞因子的变化。通过ＰＤＱｕｅｓＯＤ软件分析发现有 １５２个蛋白发生了显著的差异表达，细胞炎性因子ＩＬ－８浓度 在ＭＷＮＣＴ处理ＨＥＫ细胞２４和４８ｈ后显著增加，ＩＬ．１Ｂ在 ４８ｈ时间点浓度显著上升，ＩＬ－６浓度则有所降低，ＴＮＦ－ａ的 浓度变得极低（＜０．０１ｐｇ／ｍ１）。这螳细胞因子的变化说明 ＨＥＫ暴露于ＭＷＮＣＴ后产生了炎症反应，而蛋白的差异表 达则说明纳米碳材料本身具有损伤性，对ＨＥＫ细胞蛋白质万方数据
金纳米粒子的制备方法 由于不同状态的纳米粒子的性质有较大的差异,故人们已经尝试很多方法用简单和多样的合成方法制备特定形貌和大小的金纳米粒子,如纳米线、纳米棒、纳米球纳米片和纳米立方。下面将介绍下目前合成金纳米粒子最常用的方法。 1梓檬酸盐还原法 目前在众多的合成金纳米粒子方法中,最方便的方法是还原Au的衍生物。很长的一段时间最流行的方法是在1951年Turkevitch提出的水溶液中用梓檬酸盐还原HAuCl4的方法,可得到20mn左右的金纳米粒子。金纳米粒子在水溶液中合成的方法主要分为三个步骤:第一,金的盐溶液在适当的溶液中分解;第二,在某种还原剂中还原金的盐溶液;最后,在稳定剂中合成稳定的金纳米粒子。目前,最流行的制备金纳米粒子的方法是在加热的条件下,在水溶液中用梓檬酸盐还原HAuCl4。对于这个方法,通过改变金的浓度和梓檬酸盐的浓度,可以制备出大量的平均粒度的金纳米粒子。 2 Brust-Schiffrin法:两相合成并通过硫醇稳定 人们于1994年提出了合成金纳米粒子的Brust-Schiffrin方法。由于热稳定合成方法简单易行,在不到十年的时间内,此方法在所有领域都有重要的影响。金纳米粒子在有机溶剂中能分散和再溶解,并且没有不可逆的团聚或分解。作为有机分子化合物,它们能很容易的控制和功能化。Faraday的两相合成体系给予合成技术一定的启发,由于Au和S的软性质,这种方法便利用硫醇配体强烈绑住金。四正辛基溴化按作为相转移试剂将AuCV转移到甲苯溶液中,并用NaBH4在正十二硫醇中还原AuCLT。在NaBH4还原过程中,橙色相在几秒内向
深棕色转变(图1): 图1 Au化合物在硫醇溶液中被还原,其Au纳米粒子表面被有机外壳所覆盖 其反应机理如下: 3其它含硫配体 其它含硫配体已经用于稳定金纳米粒子,如黄酸盐和二硫化物等。二硫化物不如硫醇的稳定,但是在催化方面有明显的效果。同样,硫醚不能很好的约束金纳米粒子,但是Rheinhout 团队利用聚硫醚就能很好的解决这个问题。另外,利用碘氧化以硫醇为包覆剂的金纳米粒子,使其分解为金的碘化物和二硫化物。Crook等人利用这一现象制备了以金纳米粒子为模版的环胡精的空心球。 4微乳液,反向胶束,表面活性剂,细胞膜和聚合电解质类 在有或是没有硫醇溶液的情况下,使用微乳液,共聚物胶束,反相胶束,表面活性剂,细胞膜和其它两亲物都是合成稳定的金纳米粒子重要探究领域。用表面活性剂合成的两相系统会引起微乳液或是胶束的形成,将金属离子从水相抽离到有机相,从而维持良好的微环境。表面活性剂的双重角色和硫醇与金纳米粒子的相互作用可以控制金纳米粒子或是纳米晶体的稳定和生长。聚合电解质也广泛用于金纳米粒子的合成。酸衍生的金纳米粒子的聚合电解质包覆剂己经通过带电的聚合电解质静电自组装 得到了。
金纳米粒子性质 1 金纳米粒子类型 不同形状的金纳米粒子对应着不同的应用目的。目前为止，人们已经制备了多种不同形状的金纳米粒子，主要有棒状，球状，壳状，笼状，多面体，星状等，不同形状的金纳米粒子有着自身独特的优势。例如棒状的金纳米粒子具有良好的光热性能，而笼状的金纳米粒子更适合于内部物质的负载等。 根据金纳米粒子的尺寸可以将其分为金纳米团簇及金纳米晶，通常来说，金属粒子具有一定的导电性，而当金纳米粒子的尺寸小于2 nm时，金纳米粒子的性质由原来的金属导电性质变为了绝缘体性质，因此这个尺寸被称为临界尺寸。通过这个临界尺寸可以将金纳米粒子分成两类：尺寸小于2 nm的金纳米粒子，被称为金纳米团簇；而金粒子的粒径尺寸大于2 nm时，通常被称为金纳米晶。 2 金纳米粒子特性 块状的金在通常被认为是惰性金属，而纳米金却显示出了区别于宏观尺寸的高活性。金纳米粒子作为纳米材料中的贵金属纳米粒子的一类，金纳米粒子除了具有纳米材料的普遍特性之外还具有自身独特的性质，主要表现在以下几个方面： 2.1 表面等离子体共振特性 有较高的比表面积，其表面自由电子较多，自由电子受到原子核的正电荷束缚较小，电子云在表面自由运动，当表面的电子云产生相对于核的位移时，来自电子和核之间的库仑引力会产生一个恢复力，从而产生表面电子云的震荡，振荡频率由四个因素决定：电子密度、有效电子质量电荷分布的形状和大小。表面等离子体（surface plasmons），又被称为表面等离子体激元，是由于金属粒子表面的自由电子的集体谐振而产生。当金属纳米粒子被一定波长的光照射后，入射的光子与表面自由电子相互作用，入射的光子与金属表面自由电子耦合后产生的疏密波。当入射光的振动频率与金属粒子表面的自由电子谐振频率相同时产生的共振被称为表面等离子体共振。 金纳米粒子的表面等离子体共振对光子产生的吸收能够使用UV-vis-vis光谱检测，通过不同的吸收峰值反映金纳米粒子的形貌，大小等特性，实心球形的金纳米粒子具有一个单峰，不同尺寸的金纳米粒子具有的峰位不同，而金棒具有两个典型的吸收峰，分别为横向和纵向，而笼状的金粒子的吸收峰也有别于球状和棒状，而即使同为球形金粒子，壳层结构的金粒子的吸收峰也有很大的区别。金纳米粒子的这种表面等离子体共振特性被广泛应用与检测，传
1 金纳米粒子的合成方法 1.1 物理法 物理法即采用高能消耗的方式将块体金细化成为纳米级小颗粒，主要包括块状固体粉碎法（又称为磨球法或机械研磨法）、气相法、电弧法、金属蒸汽溶剂化法、辐照分解和热分解等。辐照分解包括近红外辐照和紫外辐照。近红外辐照通过使硫醇包裹的纳米粒子的粒径变大，从而可以获得粒径较大的金纳米粒子；紫外辐照通过影响种子和胶束的协同作用，从而控制金纳米粒子的合成。另外，激光消融通过对温度、反应器位置、异丙醇用量、超声场等实验条件的控制，可以合成形貌，粒径不同的金纳米粒子。总之，金纳米粒子合成的关键在于同时精确地控制其尺寸和形貌。通过物理法制备的金纳米粒子虽然纯度较高，但其产量低下，设备成本极高。 1.2 化学法 化学法主要是以金盐为原料，利用还原反应生成金纳米粒子，在形成过程中通过控制粒子的生长从而控制其尺寸。化学法主要包括水相氧化还原法、相转移法（主要为Brust法）、晶种生长法（又称种金生长法）、模板法、反相胶束法、湿化学合成法、电化学法、光化学法。相对物理法而言，化学法制备金纳米粒子所得到的产物粒径均匀、稳定性高，并且易于控制形貌，是最为方便和经济的方法。 1.2.1 水相氧化还原法 水相氧化还原法合成金纳米粒子主要是指在含有Au3+的溶液中，利用适当的还原剂（例如鞣酸，柠檬酸等，还原剂的选择根据所要合成的金纳米粒子的粒径而定），将Au3+还原成零价，从而聚集成粒径为纳米级的金纳米粒子。常见的方法有ＡＡ还原法、白磷还原法、柠檬酸钠还原法和鞣酸－柠檬酸钠还原法。制备粒径在5～12nm的金纳米粒子，一般采用ＡＡ还原或白磷还原HAuCl4溶液；制备粒径在大于12nm的金纳米粒子，则采用柠檬酸钠还原HAuCl4溶液。柠檬酸钠法还原Au3+合成金纳米粒子是最早且应用最为广泛的方法。 1951年，Turkevitch首次报道了柠檬酸钠还原HAuCl4溶液的方法制备金纳米粒子，其粒径分布在20nm左右。基于此，Frens发现，通过控制柠檬酸钠和金的比率来控制金纳米粒子的形成，从而可以得到特定尺寸（粒径可以控制在16～147 nm）的金纳米粒子。经典的Frens法至今仍得到了广泛的使用，用于保护和稳定金纳米粒子的柠檬酸根与金纳米粒子的结合能力较弱，易于被其他稳定剂所取代，因此可用于分析DNA，从而扩大了金纳米粒子的应用领域。
2009,Vol.26No.3 化学与生物工程 Chemistry &Bioengineering 58 收稿日期:2008-11-07 作者简介:谭婷婷(1981-),女,湖北武汉人,硕士研究生,主要研究方向:分析化学;通讯联系人:潘祖亭,教授。E 2mail :ed 2 isonttt2005@https://www.doczj.com/doc/dc10144073.html, 。 纳米材料在生物检测中的应用 谭婷婷,王光寅,潘祖亭,罗运柏 (武汉大学化学与分子科学学院,湖北武汉430072) 摘 要:纳米颗粒是生物医学中研究最多、应用最广的纳米材料,有许多独特的性质。综述了近年来国际上以纳米颗粒为基础的纳米技术在生物传感器及生物检测中的研究成果和进展,介绍了纳米颗粒的制备方法及其在纳米生物传感器和纳米生物芯片中的应用,结合纳米病原微生物检测介绍了有关免疫传感器检测细菌的研究成果,并对该领域的应用前景进行了展望。 关键词:纳米技术;纳米生物学技术;纳米颗粒;纳米生物传感器;生物检测 中图分类号:O 614 TB 383 文献标识码:A 文章编号:1672-5425(2009)03-0058-04 纳米生物技术是纳米技术与生物技术交叉渗透形成的新技术,是纳米技术的重要组成部分,也是生物医学领域的一个重要发展方向。纳米颗粒通常大于1nm ,是生物医学领域应用最广的纳米材料,也是目前研究得最多的纳米材料之一。纳米颗粒是介于微观与宏观之间的一类新的物质层次,具备许多独特的性质[1],如小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应、体积效应等。实现对纳米颗粒的尺寸大小、粒度分布、形状、表面修饰的控制,以及它们在光电化学中的应用,是纳米颗粒研究的关键。 1 纳米颗粒的制备和修饰 除了纳米颗粒的特性,其组成成分对于它们的适用性也是非常重要的,如纳米颗粒的组成成分不仅决定了纳米探针与被分析物的兼容性和匹配性,也决定了检测精度。最常见用来制备纳米颗粒的原材料是金、硅和半导体(如CdSe 、ZnS 、CdS )等。 金对于纳米生物技术来讲是一种活性材料,因为金纳米颗粒能与巯基发生强的共价键合[2],使得胶态金与巯基标记的生物活性分子结合形成探针可用于生物体系的检测。Frens [3]用柠檬酸三钠还原HAuC 14得到纳米级胶体金颗粒。研究者进一步优化此方法合成了直径在13nm 左右的纳米金。纳米金较容易被改良,因为它具有微弱的带电配体的结合层,能保持稳定;改良纳米金的方法现在已经很优化,适合于大范围的粒径及多种表面组分。借用纳米金表面易被修饰的 特性,Mirkin 提出了一种合成金壳银核的核-壳型纳米颗粒的方法,以薄金壳包裹在银纳米粒子表面,形成一种金外包被的颗粒,它易与烷基修饰的寡核苷酸共价结合,从而形成新型的银/金核-壳探针。该纳米颗粒既保持着银的化学和物理特性,又具有金的稳定性;这种新型纳米探针与纯金体系的探针有完全不同的色度改变,二者可用来检测同一样本中两种不同的目标DNA 。 硅是一种在生物分析中被广泛采用的材料,如生物传感器、生物芯片等。硅可以通过多种加工技术制备纳米颗粒、透明薄膜以及固体平面材料。硅纳米颗粒的制备有两种经典的途径,一种是倒转微乳化法,主要是用来合成染料掺杂硅颗粒和超小磁性硅颗粒;另一种是St/3ber 方法,用于制备纯硅颗粒和有机染料掺杂硅颗粒。所合成硅颗粒的特征可通过尺度、光学或者磁学特性来描述,其粒径可用透射电镜或扫描电镜来确定(一般直径在60～100nm 之间)。染料掺杂硅颗粒中的染料分子可以是双吡啶钌(RuBpy 2)、若丹明、四甲基右旋糖苷以及荧光素右旋糖苷等,这种硅颗粒的大小和光学特性是决定其用途的最主要因素。磁性硅颗粒包括Fe 3O 4/SiO 2和Fe 2O 3/SiO 2两种,其直径大约在2～3nm ;采用超导量子干扰装置(Super 2conducting quant um interference device ,SQU ID )分析其粉末形式,发现磁性硅颗粒的特性接近超顺磁性物质,可见磁性硅颗粒的大小和磁学特性将决定其最佳合成条件。