第4章集成纳米金颗粒与DNA超级

纳米金提高PCR反应效率1.纳米金的研究背景近年来，纳米颗粒的应用已经成为分子检测中的研究热点。

其中一种新型的PCR添加剂——纳米金（Au nanoparticles，AuNPs）作为生物兼容性良好的新型材料，具有很多不同于宏观材料的物理特性和化学特性而备受关注。

2005年，在科学家发现纳米金颗粒可以显著提高PCR反应速率后，许多学者对纳米金对提高PCR效率的反应机理做出大量研究，起初，多数学者认为纳米金通过调控DNA聚合酶影响PCR反应。

同时，有科学家认为纳米金颗粒不能提高PCR的特异性，而是能通过促进短链产物的扩增而抑制长链产物的扩增，通过增加TaqDNA聚合酶的浓度或者加入小牛血清蛋白（BSA），纳米金粒子的抑制效应会降低。

又提出在荧光定量PCR中，纳米金粒子和TaqDNA聚合酶之间存在相互作用关系，较高的纳米金粒子浓度会降低PCR的反应效率【1】。

至于纳米金的作用机制直至目前仍未完全弄清。

1.纳米金的性质纳米金又称胶体金，是指粒子直径在1nm~100nm之间的金粒子具有高电子密度、介电特性和催化作用，能与多种生物大分子结合，且不影响七生物活性。

由氯金酸通过还原法可以方便地制备，不同粒径的纳米金其颜色依直径大小呈红色至紫色。

【2】随着金微粒尺寸的减少，其表面能及表面张力增加，进而使其性质发生改变，即表面效应。

因此纳米金活性很高，易于其他原子结合。

这也是纳米金可以做PCR催化剂的因素之一。

2.纳米金对PCR效率提高机制的研究目前已有文献报道一些PCR添加剂如石墨烯、甜菜碱、酰胺类化合物等可以有效地改善PCR扩增效率。

经研究纳米金粒子作用机制应该与以上这些不同，当TaqDNA聚合酶浓度一定时，加入适量纳米金粒子会促进PCR反应，但随着纳米金粒子的增加，又会对PCR产生抑制作用。

纳米金粒子可能起到DNA聚合酶β亚基的作用，它的作用就像“滑动夹子”（sliding clamp）携带着聚合酶沿着DNA链自由滑动【3】。

第四章《生物大分子》测试题一、单选题（共12题）1．L-链霉糖是链霉素的一个组成成分，其结构如图所示。

下列有关链霉糖的说法错误的是（）A．能发生银镜反应B．能发生酯化反应C．能与H2发生加成反应D．能与烧碱溶液发生中和反应2．下列说法不正确．．．的是A．淀粉、蛋白质和油脂都能发生水解反应B．猪油、奶油、花生油、大豆油都属于油脂C．利用植物秸秆等生物质中的纤维素可以生产酒精，用作燃料D．向鸡蛋清的水溶液中加入硝酸银溶液可能产生沉淀，加水后沉淀又会溶解3．关于生物体内氨基酸的叙述错误的是A．构成蛋白质的α-氨基酸的结构简式是B．人体内所有氨基酸均可以互相转化C．两个氨基酸分子通过脱水缩合形成二肽D．人体内氨基酸分解代谢的最终产物是二氧化碳、水和尿素4．下列有机反应的化学方程式和反应类型均正确的是A．CH3COOH+C2H5OH催化剂−−−−−→CH3COOC2H5+H2O取代反应ΔB．CH3CH2OH+O2Cu−−→CH3CHO+H2O氧化反应ΔC．(C6H10O5)n+nH2O催化剂−−−→nC6H12O6 加成反应−−→3C17H35COONa+水解反应D．+3NaOHΔ5．某同学进行蔗糖水解实验，并检验产物中的醛基，操作如下：向试管Ⅰ中加入1mL20%蔗糖溶液，加入3滴稀硫酸，水浴加热5分钟。

打开盛有10%NaOH溶液的试剂瓶，将玻璃瓶塞倒放，取1mL溶液加入试管Ⅰ，盖紧瓶塞；向试管Ⅰ中加入5滴2%CuSO4溶液。

将试管Ⅰ中反应液加入试管Ⅰ，用酒精灯加热试管Ⅰ并观察现象。

实验中存在的错误有几处？A．1B．2C．3D．46．从分子结构上看，糖类是多羟基醛、多羟基酮和它们的脱水缩合物。

据此分析下列物质中属于糖类的是A．CH2OH(CHOH)2CHOB．CH3CH(OH)CH2CHOC．D．7．下列说法不正确的是A．组成天然蛋白质的氨基酸几乎都是α—氨基酸B．利用盐析可以分离和提纯蛋白质C．DNA是生物体遗传信息的载体，蛋白质合成的模板D．RNA主要存在于细胞核中，它根据DNA提供的信息控制体内蛋白质的合成8．下列说法正确的是A．银镜反应后试管壁上的银镜，用浓盐酸洗涤B．盛放过苯酚的试剂瓶中残留的苯酚，用水洗涤Cu(OH)悬浊液，可检验淀粉水解产物C．淀粉溶液加稀硫酸共热后，加入新制2AgNO溶液，直至沉淀恰好溶解，可制得银氨溶液D．将2%的氨水逐滴滴入2%的3NaAuCl)溶液9．科学家发现了利用泪液来检测糖尿病的方法，其原理是用氯金酸钠(4与泪液中的葡萄糖发生反应生成纳米金单质颗粒(直径为2060nm)，下列有关说法正确的是A．葡萄糖具有还原性NaAuCl发生氧化反应B．4NaAuCl能够与其他所有糖类物质反应C．4D．葡萄糖与麦芽糖互为同分异构体10．由实验操作和现象，可得出相应正确结论的是A．A B．B C．C D．D11．有关葡萄糖与果糖的下列说法中，不正确的是Ⅰ二者互为同分异构体Ⅰ二者都易溶于水Ⅰ二者都能发生银镜反应、都能与新制的Cu(OH)2反应生成砖红色沉淀Ⅰ葡萄糖能发生酯化反应，而果糖不能Ⅰ都能与H2发生加成反应生成六元醇Ⅰ果糖是最甜的糖，而葡萄糖并不甜A．ⅠⅠⅠB．ⅠⅠC．ⅠⅠD．Ⅰ12．下列关于葡萄糖的叙述正确的是A．它是果糖的同系物B．葡萄糖在人体内发生氧化反应，释放能量C．葡萄糖既可以和钠反应，又可以和氢氧化钠反应D．葡萄糖水解为乙醇和二氧化碳二、非选择题（共10题）13．DNA指纹法在案件侦破工作中有着重要用途。

纳米生物学中的自组装和自组装体引言纳米技术的快速发展使得人们对于纳米材料的应用和研究越来越感兴趣。

纳米生物学是纳米科技中的一项重要研究领域，它研究的是生物系统和生物分子的纳米级别结构、性质和功能。

自组装和自组装体是纳米生物学研究的重点之一，是研究纳米生物学的基础。

本文将详细介绍纳米生物学中的自组装和自组装体的相关内容。

一、自组装自组装是指无需外部控制，由分子间的相互作用而形成有序的结构过程。

自组装是一种普遍存在于生物体系和物质界中的现象。

在纳米生物学中，自组装是指利用生物大分子本身的特性，通过相互作用，形成一些具有自组装性质的生物大分子材料，主要包括蛋白质、核酸和多糖等高分子化合物。

自组装体是指由自组装形成的二维或三维有序结构，可以简单地理解为一种“自然组装”的化合物。

二、自组装体自组装体是一种复杂的纳米结构，由分子、聚集体或磁性粒子等成分组成。

在纳米生物学中，自组装体是一种非常重要的生物材料，被广泛应用于生物学、医学以及生物传感器、先进电子学和纳米器件等领域。

生物纳米颗粒是一种常见的自组装体，由生物大分子作为建筑单位组成，具有多种异构体形态。

例如，蛋白质自组装体可以形成纳米片、纳米管、纳米球等形状。

核酸自组装体可以形成G四方体、DNA纳米结、DNA纳米三角等形状。

三、自组装体在医学中的应用自组装体在医学中具有广泛的应用前景。

由于自组装体具有高度的特异性和可控性，能够对生物环境产生极小影响，因此在药物传输、肿瘤治疗和医学检测等方面具有独特的优势。

例如，在肿瘤治疗方面，自组装体能够具有高度选择性地靶向肿瘤细胞，并释放药物。

自组装体在药物传输中的应用也被广泛关注。

脂质体、聚合物自组装体、核酸自组装体等都有可能成为制备高效药物输送系统的新型载体。

四、自组装体在传感技术中的应用自组装体在传感技术领域中的应用受到了广泛的关注。

自组装体在传感技术中的应用主要基于其特殊的结构和性质。

例如，在DNA分子上修饰了纳米金颗粒，可以用于制备高灵敏的DNA传感器。

《金纳米颗粒和生物分子的相互作用》篇一一、引言随着纳米科技的发展，金纳米颗粒（AuNPs）因其独特的物理和化学性质，在生物医学、药物传递、生物检测等领域得到了广泛的应用。

金纳米颗粒与生物分子的相互作用是这些应用的基础。

本文将探讨金纳米颗粒与生物分子的相互作用，并详细讨论其机理和应用。

二、金纳米颗粒的基本性质金纳米颗粒是一种由金元素构成的纳米级粒子，其尺寸通常在1-100纳米之间。

由于其尺寸效应和表面效应，金纳米颗粒具有独特的物理和化学性质，如高比表面积、良好的生物相容性、易于修饰等。

这些特性使得金纳米颗粒在生物医学领域具有广泛的应用前景。

三、金纳米颗粒与生物分子的相互作用金纳米颗粒与生物分子的相互作用主要表现在吸附、结合和反应等方面。

这些相互作用主要受金纳米颗粒的表面性质、生物分子的性质以及环境因素（如pH值、温度等）的影响。

1. 吸附作用金纳米颗粒的表面可以吸附生物分子，如蛋白质、核酸等。

这种吸附作用主要受金纳米颗粒表面的电荷、亲疏水性等因素的影响。

当金纳米颗粒表面带有正电荷时，可以吸附带有负电荷的生物分子；反之，当金纳米颗粒表面带有负电荷时，可以吸附带有正电荷的生物分子。

此外，金纳米颗粒的表面亲疏水性也会影响生物分子的吸附。

2. 结合作用金纳米颗粒与生物分子之间还可以形成特定的结合，如与抗体、酶等生物大分子的结合。

这种结合作用主要依赖于金纳米颗粒表面的官能团和生物分子的特定结构。

例如，金纳米颗粒表面的羧基可以与抗体分子上的氨基形成共价键，从而实现金纳米颗粒与抗体的结合。

3. 反应作用在某些情况下，金纳米颗粒与生物分子之间还会发生化学反应，如氧化还原反应等。

这些反应可以改变金纳米颗粒的表面性质，进而影响其与生物分子的相互作用。

四、相互作用的应用金纳米颗粒与生物分子的相互作用在生物医学、药物传递、生物检测等领域具有广泛的应用。

例如，可以利用金纳米颗粒与抗体的结合作用，制备出具有高灵敏度和选择性的生物传感器；可以利用金纳米颗粒的吸附作用和反应作用，实现药物的定向传递和释放；还可以利用金纳米颗粒的独特光学性质，用于生物分子的荧光标记和成像等。

金纳米粒子在医学领域中的运用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(计算机断层扫描)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光热疗法是金纳米粒子在医疗上的核心应用[9].纳米金吸收光能将其转换为热量并被用于破坏癌细胞和病毒的能力，是一个令人着迷的属性.因此，激光曝光过的金纳米粒子无须结合药物可直接作为治疗剂.金纳米粒子能高效吸收近红外区的电磁波，且在生物液体和组织中的衰减是极小的.在近红外区域曝光过的金纳米粒子，可渗透于高深度组织中进行光热医疗.金纳米粒子和经典光敏剂之间的差异是前者产生热量而后者照射时产生单线态氧，金纳米粒子产生的热量能破坏不良细胞.另外，金纳米粒子具有强的吸收能力，生物相容性好，能高效吸收具有较长波长的分子和药物等.这些属性使得金纳米粒子有望通过光热治疗癌症和各种病原性疾病.金/二氧化硅纳米壳，是第一批经过光热光谱分析，并应用于治疗上的纳米粒子.此纳米核壳结构以二氧化硅为核心，以金为壳，其可调谐的消光能力取决于二氧化硅的尺寸和金壳厚度.在近红外光照射下，纳米壳已被用于靶向各种癌细胞，现已有成功地在体内治疗癌症的动物模型.尽管纳米核壳合成相对容易，也具有期望的电浆性质，然而被包覆后的纳米颗粒比较大(约130nm)，此大小阻碍从肿瘤组织中消除它们，因此可能会降低它们的应用率.相比而言，金纳米棒容易制备，电浆吸收可调，且在尺寸上比金硅纳米核壳小.因此，金纳米棒已被用于侵入细胞成像[10],并用于烧蚀小鼠结肠癌肿瘤和鳞状细胞肿瘤[11-12].El-Sayed和他的同事[12]首次将金纳米棒用于体内光热癌症治疗，其结果证明金纳米棒能够抑制肿瘤生长，而且在许多情况下，金纳米棒靶向肿瘤，且能够被其完全吸收(见图3).最近，Bhatia等研究人员进一步证明了金纳米棒在体内的治疗功效，他们发现：通过X射线计算机断层摄影，观察到PEG包覆的单个静脉内剂量金棒能够靶向小鼠肿瘤部位，该发现对后续的高效光热治疗起到指导作用.1.3金纳米粒子作为药物运载工具探索性地将金纳米颗粒用于药物输送，有以下原因：(1)高比表面积的金纳米颗粒提高了药物加载量，增强了其溶解性和装载药物的稳定性;(2)功能化金纳米粒子与靶向配体络合，提高了其治疗效力，并减少了副作用;(3)多价的金纳米颗粒与受体细胞或其他生物分子的相互作用比较强;(4)能携带游离药物靶向肿瘤组织，增强药效;(5)具有生物选择性，让纳米级药物优先靶向肿瘤部位，增强渗透性.基于以上因素，金纳米颗粒被广泛应用于生物传感、药物输送以及治疗癌症等领域(见图4).1.3.1分区加载(图4a-b)所制备的金纳米颗粒表面包覆有单层或双层指示剂，可用作抗聚集的稳定剂或在某些情况下作为形状导向剂.金纳米颗粒表面包覆的单层或双层指示剂可以视为一薄层有机溶剂，能够从中区识别疏水性药物，由于这些原因，单层或双层指示剂可以更有效加载药物并随后在病变部位释放.例如，包覆金纳米棒的表面活性剂(十六烷基三甲基溴，CTAB)，其双层厚度大约为3nm.Alkilany和同事制备的球形纳米金，包覆其表面的单层聚合物有两个疏水区域(内部)和亲水性区域(外部).包覆纳米颗粒表面的聚合物，其疏水区域是用于加载疏水性药物，其亲水性区域用于稳定水介质中的纳米颗粒.Rotello等人研究结果表明，纳米颗粒能够与细胞膜相互作用，不需要纳米颗粒进入细胞，便可以进行分区加载疏水性药物，且能在病变部位释放药物[24].1.3.2通过表面络合加载(图4c-e)硫醇和胺与金表面的亲合性是起源于表面络合加载方法.通过Au-S或Au-N键形成，硫醇或游离胺可携带药物固定到金纳米粒子表面，且硫醇或游离胺的原始结构不影响所加药物的内在活性.DNA加载药物修饰于金纳米颗粒表面也是使用了表面络合加载方法.该有效加载药物则可以通过各种方式释放.例如，在较弱的Au-N键作用下，扩散到细胞膜释放;通过打破Au-S键或熔化纳米颗粒，借助光热效应触发硫醇交换或外部释放.值得注意的是，药物络合到金表面会影响其释放曲线的性质.如果是巯基药，需通过简单的药物扩散释放.事实上，涉及Au-S键的形成，往往需要外部的帮助刺激释放，如硫醇交换或外部光照射.因Au-N键比Au-S键弱得多，因此在使用胺的情况下，其药物释放扩散相对比较容易.这种表面络合加载方法的明显优势是通过在纳米颗粒表面镀金，使其实现连接或释放药物，且可以通过简单的荧光显微镜监测(如药物荧光)或表面增强拉曼光谱(SERS)观测镀金纳米颗粒的加载和药物释放过程.当荧光团被连接到纳米级金表面，荧光淬灭能观察到供体的'能量或电子(荧光团)转移到受体(金芯)的过程[13].这就意味着通过监测荧光强度的反向变化或提高荧光信号监测装载药物释放到溶液或细胞的过程.此表面络合加载方法可实现选择性且高效地加载或释放药物，能够辅助激光进行光热治疗.1.3.3吸附加载(图4f)金纳米颗粒络合或耦合的官能团能被用于治疗领域.在某些情况下，一些官能团携带药物吸附于金纳米颗粒表面，使得金纳米粒子钝化.例如，Wheate和同事将HS-PEG-COOH的羧酸部分吸附到金纳米粒子表面，得到复杂的铂抗癌剂，并制备出铂-拴系的金纳米颗粒杀死肺癌和结肠癌细胞.另一个例子，Mirkin和同事通过将含羧酸的前体药物形成酰胺并功能化单链DNA,使其吸附于金纳米球表面，此功能化纳米金能够进入肿瘤细胞，且能将铂(Ⅳ)还原成铂(II)释放活性顺铂，基于此发展了一个强大的抗癌药物.Rothrock和同事将金纳米颗粒终端吸附的胺释放一氧化氮(NO)供体分子，从而使血管舒张.同时，Rothrock和同事将抗癌药物(5-氟尿嘧啶)的终端羧酸吸附于金纳米粒子表面，通过紫外光照射，在感光条件下观察到切割连接器释放药物的过程.1.3.4通过层-层组装加载(图4g)在水溶液中合成的金纳米颗粒表面电荷非常密集，因此可以通过静电结合或层-层组装，将带电荷的药物吸附于金纳米粒子表面.最好的例子是通过静电结合，将核酸(DNA或RNA)修饰于金纳米粒子表面.DNA或siRNA分子带有较强的负电荷，与金纳米粒子表面的阳离子结合后修饰于金纳米粒子表面.在此需要特别指出：层-层组装是补充带电聚合物，但也使它们之间产生了非常强烈的排斥作用，这可能阻碍有效载荷释放.为了克服这个问题，可以调节溶液的pH值，使得配体修饰的金纳米颗粒表现出净正电荷，从而实现从阳离子纳米颗粒表面上离解或释放附着的DNA或RNA.1.3.5装入纳米粒子内加载(图5)利用金纳米粒子具有大的比表面积特性，可将其空心金纳米结构作为容器装载药物分子，例如金纳米笼和空心纳米金壳是首选药物容器，在医疗领域广泛应用.金纳米笼已被用来建立一个“智能”控释药物递送系统，其外笼由致密热敏聚合物合成的药物分子被包封在金纳米立方体的中空内部和表面，在无热刺激条件下，聚合物壳能防止药物释放.由于金纳米立方体是优异的近红外光光子吸收剂，通过吸收近红外光光子能量，它们能够有效释放负载，将熔融的热敏性聚合物暴露于立方体壁孔之外，并释放药物.“智能”聚合物附着在金硫醇立方体的内表面，药物从内向外扩散到水介质中(见图5)，此例子突出表现了纳米金壳的优越性，即具有消光、体积小和内部中空的优势，也证明了使用光触发纳米颗粒和聚合物纳米粒子释放是可行的.2金纳米粒子作为运载药物的稳定剂2.1金纳米粒子作为稳定剂输送脂质体金纳米粒子除了具有加载药物的潜力之外，也被用于稳定输送药物载体，如稳定输送脂质体和微胶囊.脂质体已被广泛应用于药物载体，然而它们的抗融合稳定性差，且血浆和其他器官限制其释放，因此其应用与发展受到了限制[14].Granick和同事研究了纳米颗粒稳定输送磷脂脂质体的效果，通过确凿的证据，证明了借助荧光和量热测量仪器可观测到纳米粒子稳定输送凝胶脂质体的现象，即通过增加几十度温度，纳米颗粒的相变部位吸附着并稳定输送凝胶脂质体，由于只有25%的纳米粒子外表面被脂质体占用，该纳米颗粒改进了脂质体的稳定性，没有任何泄漏有效载荷.Rotello和同事制备出了具有净负电荷的油包水滴，并组装带正电荷的金纳米颗粒(直径约为2nm)，通过静电相互作用，该颗粒修饰于液滴的外表面.通过添加“架桥”蛋白，诱导纳米颗粒排斥液滴表面.他们的策略达到的目标是金纳米粒子与液体、蛋白间作用，大大增加了脂质胶囊的稳定性[14].研究人员使用金纳米粒子和其终端羧酸官能团来稳定阳离子脂质体，通过pH值调节促使它们结合.中性条件下(pH值约7.0)，羧酸基团去质子化，与阳离子脂质体间形成比较强的静电相互作用.在温和的酸性条件下(pH约4.5~5.5)，如细胞和溶酶体内部，羧酸的主要部分被质子化，从而诱导纳米颗粒从脂质体表面解离，并引发脂质体的融合和随后的药物释放.另外，金纳米粒子稳定的脂质体被用于选择性地对感染的位点释放抗菌药.功能化金纳米粒子壳聚糖被用来稳定脂质体，并能阻止溶液中纳米粒子的聚集[15].纳米粒子稳定的脂质体接近细菌时，细菌毒素引起的孔隙形成脂质体结构，有利于释放其有效载荷[15].2.2金纳米复合材料输送药物的应用最近，一些研究人员对金纳米颗粒进行包覆或掺入其他类型材料，来制造含金装置的药物输送剂[16-17].例如，Perera等人发展了ZnMOS4包覆金纳米粒子的核壳结构(见图6)，将此用作细胞解毒药物载体，能用于治疗Cu2+污染引起的威尔逊氏病[16].Ge等研究人员发展了Ce包覆的金纳米团簇(Au/Ce)，用作药物载体，主动靶向癌细胞[17],见图7.石墨烯绝缘的金纳米团簇，已被用于细胞成像，并借助其光热增强化疗效果[18],见图8.金纳米粒子在激光照射下，吸收光能并产生足够的热量，当所产生的温度高于临界温度(如最低临界溶液温度)时，将改变基体的结构和聚合物分布，增加其流动性.通常情况下，为保持基质的完整性，所选聚合物耐受温度应该比体温略高.聚合物制备时，可将抗癌药(如紫杉醇)掺入可生物降解的聚合物中(如微球酯)，将其包覆于中空金纳米球内，经激光照射后释放药物.在无激光照射时，中空金纳米球包覆的聚合物无明显的药物释放，激光照射时，聚合物释放药物的效率依赖于照射时间、时间间隔、激光的功率和抗癌药浓度。

尼尔曼第三版半导体物理与器件小结+重要术语解释+知识点+复习题第一章固体晶体结构 (4)小结 (4)重要术语解释 (4)知识点 (5)复习题 (5)第二章量子力学初步 (6)小结 (6)重要术语解释 (6)第三章固体量子理论初步 (7)小结 (7)重要术语解释 (7)知识点 (8)复习题 (9)第四章平衡半导体 (9)小结 (9)重要术语解释 (10)知识点 (11)复习题 (12)第五章载流子运输现象 (12)小结 (12)重要术语解释 (13)知识点 (14)复习题 (14)第六章半导体中的非平衡过剩载流子 (15)小结 (15)重要术语解释 (15)知识点 (16)复习题 (17)第七章pn结 (18)小结 (18)重要术语解释 (19)知识点 (20)复习题 (20)第八章pn结二极管 (21)小结 (21)重要术语解释 (22)知识点 (23)复习题 (23)第九章金属半导体和半导体异质结 (24)小结 (24)重要术语解释 (25)知识点 (26)复习题 (26)第十章双极晶体管 (27)小结 (27)重要术语解释 (28)知识点 (29)复习题 (29)第十一章金属-氧化物-半导体场效应晶体管基础 (30)小结 (30)重要术语解释 (31)知识点 (32)复习题 (32)第十二章金属-氧化物-半导体场效应管：概念的深入 (33)小结 (33)重要术语解释 (34)知识点 (35)复习题 (35)第一章固体晶体结构小结1.硅是最普遍的半导体材料。

2.半导体和其他材料的属性很大程度上由其单晶的晶格结构决定。

晶胞是晶体中的一小块体积，用它可以重构出整个晶体。

三种基本的晶胞是简立方、体心立方和面心立方。

3.硅具有金刚石晶体结构。

原子都被由4个紧邻原子构成的四面体包在中间。

二元半导体具有闪锌矿结构，它与金刚石晶格基本相同。

4.引用米勒系数来描述晶面。

这些晶面可以用于描述半导体材料的表面。

密勒系数也可以用来描述晶向。

广西轻工业GUANGXI JOURNAL OF LIGHT INDUSTRY化工与材料2011年11月第11期（总第156期）【作者简介】刘杉杉（１９８２－），女，吉林人，助教，研究方向：物理化学。

１前言纳米金颗粒是指尺寸在1-100nm 范围内的金粒子。

一般为分散在水中的水溶胶，故又称胶体金。

几个世纪以前，纳米金属颗粒就做为染料被广泛使用。

大约在1600年，中世纪杰出的医生Parcelsus 用一种植物的醇提取物还原氯金酸制备得到“饮用金”，这就是纳米金。

1857年，法拉第对纳米金作了系统的科学研究。

他制备的金颗粒可以在数十年仍保持原有的性质,极为稳定,并且发现在其中加入少量电解质后，可使它由红色变成蓝色，终至凝集为无色，而加明胶等大分子物质后便可阻止这种变化。

这一重大发现奠定了纳米金颗粒在实际应用中的科学基础[1]。

1939年，Kausche 和Ruska 把烟草花叶病毒吸附在金颗粒上，在电子显微镜下观察到金离子呈高电子密度，这一发现为纳米金在免疫电镜中的应用奠定了基础。

1971年，Faulk WP 等人[2]将纳米金颗粒与兔抗沙门氏菌血清结合，用直接免疫细胞化学技术检测沙门氏菌的表面抗原，开创了纳米金标记技术。

随着纳米材料研究的不断深入，纳米金颗粒在生物技术领域中的巨大应用潜力已经得到了广泛的认同。

纳米生物探针及其相应的检测技术受到了人们的高度重视。

近年来，生物分子和球状金纳米粒子的杂化体系在多种生物分析中得到了广泛的应用，并取得了令人鼓舞的研究成果。

金颗粒由于具有易于制备、易于生化修饰、密度高、介电常数高等特点，因此利用金纳米颗粒制备生物探针并进行生物分子检测研究，受到了人们的重视。

２纳米金颗粒的制备纳米金颗粒具有制备方法简单,粒径均匀，化学性质稳定的特点。

其制备的方法有许多，与大多数纳米粒子一样，主要可以分为物理法和化学法。

物理法制备金颗粒主要是通过各种分散技术将金直接转变为纳米粒子，主要包括真空沉积法[3]、激光消融法[4]等方法。

纳米金棒和纳米金锥的巯基化DNA修饰和自组装纳米金棒和纳米金锥的巯基化DNA修饰和自组装纳米金棒和纳米金锥的巯基化DNA修饰和自组装纳米金棒(GNR, gold nanorod)因其独特的理化特性引起了越来越多的关注，纳米金棒具有很强的表面等离子体性质，尤其是在纳米金棒的两端附近。

在纳米金棒的两端处，自由电子的密度非常高，当一定频率的光波入射时，会引起非常强的表面等离子体共振，在纳米金棒两端处产生显著的局部场增强效果。

纳米金锥(GBP, gold bipyramid)因其特殊的形状，在纳米金锥的两端尖锐部分，自由电子的密度高。

在理论计算中，纳米金锥两端处的局部场增强效果要超过纳米金棒两端的局部场增强，但是纳米金锥的等离子体性质研究还比较少，因此纳米金锥的巯基化DNA的修饰和自组装结构的研究具有重大的研究意义和应用价值。

本文系统研究了纳米金棒以及纳米金锥的巯基化DNA修饰的影响因素，并就纳米金锥的巯基化DNA修饰的机理以及自组装结构进行了深入研究。

1.利用巯基化DNA与纳米金棒表面的强烈相互作用，在低pH值的缓冲溶液中，成功实现了纳米金棒的快速高效的巯基化DNA的修饰，反应时间为5分钟，比已报道的任何一种纳米金棒的修饰方法都要快几十到上百倍，并且反应中使用的巯基化DNA的量更少，操作更简便，同时利用快速修饰的纳米金棒自组装得到纳米金棒的“卫星”结构。

2.首次采用巯基化DNA对纳米金锥进行修饰，得到高稳定性GBP-DNA的纳米粒子，对纳米金锥的修饰的影响因素进行讨论，并提出最新的快速高效的纳米金锥的巯基化DNA修饰方法。

3.首次利用巯基化DNA修饰的GBP和互补巯基化DNA修饰的金纳米粒子(GNP, gold nanoparticle)作为原料，在TBE缓冲溶液100mmol/L的氯化钠浓度下，退火得到稳定的纳米金锥的“卫星”结构。

摘要4-5Abstract5-9第1章引言9-231.1 金纳米粒子概述9-111.1.1 光学效应91.1.2 小尺寸效应91.1.3 表面效应9-111.2 纳米金棒(Gold Nanorod)11-181.2.1 纳米金棒的合成12-151.2.2 纳米金棒的修饰15-161.2.3 纳米金棒的混合纳米结构16-171.2.4 纳米金棒的自组装结构17-181.2.5 纳米金棒的等离子体性质181.3 纳米金锥(Gold Nanobipyramid)18-221.3.1 纳米金锥的制备201.3.2 纳米金锥的提纯20-211.3.3 纳米金锥的修饰211.3.4 纳米金锥的自组装结构21-221.4 论文工作的提出和主要内容22-23第2章实验方法23-282.1 试剂与仪器23-252.1.1 主要试剂23-242.1.2 仪器24-252.2 不同金纳米粒子的合成与表征25-282.2.1 纳米金球的合成方法252.2.2 纳米金棒的合成方法25-262.2.3 纳米金锥的合成方法262.2.4 紫外可见光谱26-272.2.5 琼脂糖电泳272.2.6 透射电镜27-28第3章纳米金棒的自组装结构28-553.1 纳米金球的制备28-293.1.1 10 nm 纳米金球的合成28-293.1.2 13 nm 纳米金球的合成293.2 纳米金棒的制备29-363.2.1 晶种的合成30-313.2.2 长径比2.5 的纳米金棒的合成31-333.2.3 长径比3.5 的纳米金棒的合成33-343.2.4 长径比 4 的纳米金棒的合成34-363.3 纳米金球的修饰36-403.3.1 传统纳米金球的巯基化 DNA 修饰方法37-393.3.2 新式纳米金球的巯基化 DNA 修饰方法39-403.4 纳米金棒的修饰40-483.4.1 经典纳米金棒的巯基化 DNA 修饰方法42-433.4.2 新式纳米金棒的巯基化 DNA 修饰方法43-483.5 纳米金棒的自组装结构48-533.5.1 纳米金棒的自组装方法48-493.5.2 纳米金棒的自组装结构的表征49-53本章小结53-55第4章纳米金锥的自组装结构55-724.1 纳米金球的制备与修饰564.2 纳米金锥的制备与提纯56-634.2.1 晶种的制备57-594.2.2 纳米金锥的制备59-614.2.3 纳米金锥的提纯61-634.3 纳米金锥的修饰63-664.4 纳米金锥的自组装结构66-674.5 纳米金锥的自组装结构的分离提纯67-684.6 纳米金锥的自组装结构的表征68-71本章小结71-72第5章结论与展望72-745.1 结论72-735.2 展望73-74参考文献74-82攻读学位期间的研究成果82-83致谢83。

世界上第一块纳米材料文章纳米科学和纳米技术是当今科学技术领域的前沿热点，而“纳米”一词源于世界上第一块纳米材料——纳米金粒子。

在1990年，美国著名科学家里夫·韦尔彻（Ralph C. Whaley）率先成功制备出了直径仅有2.0纳米的金纳米粒子，这是世界上第一块纳米材料。

韦尔彻教授的发现开创了纳米科学的研究领域，同时也为纳米技术的发展提供了一个非常重要的基础。

随着研究的深入，科学家们发现了纳米材料具有许多独特的物理和化学性质，例如比表面积大、界面效应明显、量子尺寸效应等，这些性质使得纳米材料在生物医学、新能源、环境保护等领域有着广泛的应用前景。

纳米金粒子的制备方法简单易行，通常通过化学合成方法得到。

首先在水相中加入金盐，然后通过还原剂还原金离子，最终得到直径为几纳米的金纳米粒子。

这种制备方法不仅简单方便，而且可以得到高质量、均一分散的纳米金粒子。

作为世界上第一块纳米材料，纳米金粒子在纳米科学和纳米技术的研究中发挥着重要的作用，同时也为人类创造了更多的科技和创新，对于推动科技进步和人类文明的发展具有重要的意义。

在现代科技和工业领域，纳米材料的研究和应用正在快速发展。

由于其独特的性质，纳米材料已被应用于各种领域，包括医学、电子、能源、材料科学等等。

其中，纳米金粒子作为最早被研究和应用的纳米材料之一，已被广泛用于药物输送、化学传感、生物成像、光学和电子器件等领域。

在医学领域，纳米金粒子可以通过改变粒子的大小和形状来改变其表面性质，从而实现在体内的定位和聚集，将药物精确地输送到病变部位，达到治疗效果的最大化，减少药物副作用。

同时，纳米金粒子还可以作为生物成像探针，用于肿瘤早期诊断和疗效监测。

在电子领域，纳米金粒子的量子效应和表面增强拉曼光谱效应，使其成为高效的光电转换材料。

纳米金粒子与半导体结合，可以制备出高效的太阳能电池。

此外，纳米金粒子还可以应用于传感器和光学器件等领域。

总之，世界上第一块纳米材料——纳米金粒子，其发现不仅标志着纳米科学和纳米技术的起源，更是开创了人类对于新型材料研究的全新领域。

纳米金与DNA和刑事侦查程家国 2012级卫生检验1班公共卫生学院大理大学摘要随着法制的健全和科学技术的发展, 纳米金的研究和发展，运用荧光纳米金探针和基因芯片杂交建立了一种新的DNA检测方法，从而使DNA 鉴定技术也被广泛的应用到各个领域，为刑事侦查工作提供了准确的侦查线索，在一定程度上加快了破案的速度，DNA 鉴定技术在刑事侦查中的应用，是刑事侦查技术和生物科技的一次完美结合，打破了传统的刑事侦查策略。

DNA 作为每个人与生俱来的“身份证”，具有独特的科学性、准确性以及排他性，成为当前法医物证鉴定最主要的技术手段,广泛应用于各类案件的侦破。

DNA分析技术的不断发展和法医DNA数据库规模的不断扩大,使其在刑事侦查中发挥更重要的作用，也为打击犯罪，维护社会治安稳定做出了一定的贡献。

关键词：纳米金 DNA 刑事侦查纳米金及DNA检测简述纳米金(goldnanoparticles,GNps)是指直径介于l一100nm之间的金颗粒",微小的金颗粒由于表面带负电在溶液中相互排斥而均匀稳定分散,呈胶体状态,故又称胶体金"纳米金由一个基础金核(原子金Au)及包围在外的双离子层构成,紧连在金核表面的是柠檬酸根离子(C6HS价玉),外层离子H+则分散在溶液中，较小的金颗粒基本呈圆球形,较大的金颗粒(一般指大于30nm)多呈椭圆形"纳米金是金的微小颗粒，在水溶液中以胶体金的形态存在。

胶体金的颜色会随着其粒径及表面修饰差异而发生变化，这种颜色变化可通过肉眼观察; 同时，这种改变会产生强烈的光散射或光吸收信号。

基于这种信号而建立的纳米金比色检测法，已被广泛用于生物分子( 如核酸、蛋白质、多糖甚至是细胞) 的检测。

DNA 功能化纳米生物传感器是利用核酸碱基配对原则进行识别，能实现特定基因片段的持续、快速、灵敏和选择性检测。

DNA 芯片技术是近年来兴起的一种快速、高敏感、高度集成化的基因检测技术. 基因芯片是将大量的核酸片段有序地固化于硅衬底或玻璃上构成, 与已标记的待测样品分子杂交, 通过特定的仪器对杂交信号进行检测, 从而快速、并行、高效地检测分析样品中的靶分子含量在基因突变和基因诊断等领域已获得应用. 但是, 在用基因芯片检测时, 由于其检测灵敏度的限制,样品中核酸往往需先经过 PCR 扩增, 才能检测出来, 操作复杂、检测时间长、易污染且费用高, 大大限制了在医学临床诊断方面的广泛应用基于纳米材料的检测技术是最近十年来迅速发展起来的一项临床检测技术. 纳米材料尤其是纳米金, 具有很好的生物相容性, 颗粒直径小, 体表面积大, 可标记大量生物分子, 并且标记于纳米材料表面的生物分子之间的结合能力大大提高, 例如标记了纳米金的核酸具有更高的杂交特异性, 而且寡核苷酸的修饰也更有利于胶体金的稳定. 最引人注意的是 Mirkin 实验室提出的一种基于纳米金探针Bio-Bar-Code Amplification(BCA)扩增技术, 该技术中纳米金探针表面修饰了起信号放大作用的条形码DNA和与靶核酸互补的DNA探针,当有靶核酸存在时, 磁微粒、靶核酸、纳米金探针形成“三明治”复合结构, 复合物经磁场分离, 富集的纳米金探针热变性, 释放条形码 DNA, 对其进行银染或 PCR 检测,间接检测靶核酸的量. 这种 BCA 检测方法通过多次信号放大, 可高灵敏度检测低至 1 amol/L 的核酸, 但因具有检测过程复杂、操作时间长、步骤繁多等局限性, 大大限制了在临床方面的广泛应用. 该实验室正于各方面进行改进, 以进一步简化操作步骤, 提高其适用性。

专利名称：一种DNA-纳米金颗粒型探针机实现方法与装置专利类型：发明专利
发明人：刘小青,冷煌,许进,石晓龙,陈从周,许宇光
申请号：CN202111451976.7
申请日：20211201
公开号：CN114388054A
公开日：
20220422
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种DNA‑纳米金颗粒型探针机实现方法与装置。

所述方法包括，将待解问题映射为图问题；根据图问题分别对DNA‑纳米金颗粒和DNA单链进行DNA序列编码；构建含有已编码的DNA‑纳米金颗粒的数据库；构建含有已编码的DNA单链的探针库，将所需数据集与探针集放入计算平台进行混合反应，获得反应产物；对反应产物进行检测，得到计算结果。

本发明利用DNA与纳米金颗粒的结合，实现底层数据全并行计算模式，提高计算结果的可靠性。

又因纳米金颗粒自带光谱特性，使得探针机计算结果更易于检测。

申请人：北京大学
地址：100871 北京市海淀区颐和园路5号
国籍：CN
代理机构：北京路浩知识产权代理有限公司
代理人：乔慧
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