下载文档原格式
金纳米粒子的优势
一、金纳米粒子的优势
金纳米粒子（AuNP）是一种新型的纳米材料，它的出现使得纳米技术取得了巨大的进步，由此开创了一种新型的生物检测技术和材料应用。
金纳米粒子具有卓越的物理化学性质，高吸收率和较高的光复合效率，可以在医学、物理、材料等领域得到广泛应用，并可能有助于缓解和治疗许多疾病。
1、光特性优越
金纳米粒子的光特性优越。
由于其高的吸收率，它可以有效地吸收较小的光子数，这使它可以作为可见光和紫外光的有效光探测器。
金纳米粒子可以有效地吸收紫外光或近红外光的辐射，这使其在生物检测技术领域取得了巨大的进步。
2、抗菌能力强
金纳米粒子具有较强的抗菌能力，它在抑制细菌生长方面表现出色，可以有助于有效治疗感染性疾病。
3、生物相容性
金纳米粒子具有良好的生物相容性，对生物体没有毒性。
这使它可以在分子生物学、基因治疗、药物递送等领域得到应用。
4、使用简单方便
金纳米粒子的制备方法简单，具有较高的生产效率。
它可以通过共沉淀、微观化学法、溶质气相蒸发法和超声法等方法得到制备。
此外，它还可以通过简单的处理，如加热、温度调节和添加表面活性剂
等方法，以改变或增强其功能。
5、绿色可控
金纳米粒子可以通过可控的过程，制备出绿色的纳米材料。
由于金纳米粒子不添加有毒物质，在生物体内安全使用，且其制备方法也可以简单化，因此可以减少制备过程中对环境的污染。
综上所述，金纳米粒子具有卓越的光特性、抗菌能力、生物相容性，可以有效地在医学、物理和材料等领域得到应用，并可能有助于缓解和治疗多种疾病。
纳米金材料的制备技术及应用研究进展作者：陆静蓉朱炳龙李静秦恒飞岳喜龙童霏吴娟樊红杰周全法来源：《江苏理工学院学报》2018年第06期摘要：纳米金材料有着特殊的表面效应、量子效应和宏观量子隧道效应，在电学、磁学、光学和化学性质方面具有常规材料不具备的优越性能。
综述了纳米金的制备方法，介绍了纳米金材料的应用领域。
关键词：纳米金材料;制备技术;应用领域中图分类号：TB383.1 文献标识码：A 文章编号：2095-7394（2018）06-0033-05纳米材料是一种具有与微观原子、分子和宏观物质不同性质的新型材料，在电子、化工、航天等行业得到了广泛的应用。
纳米金是直径为1～100 nm的微小颗粒，通常以胶体的形态存在于水溶液中，其性质主要取决于颗粒的尺寸及其表面特性，当尺寸减小到纳米范围时就会表现出表面效应、量子效应、宏观量子隧道效应等特性。
[1]纳米金酷游独特的光、电、催化等特性，在化工、环境、光学、电子、生物医疗等领域受到广泛关注。
1 制备方法纳米金的制备方法有物理方法、化学方法和生物方法。
物理法主要是通过各种分散技术将金直接转变为纳米粒子，主要有气相法、液相法、高能机械球磨法等，该方法对仪器设备要求较高、生产费用昂贵，得到的粒径分布较广，大大限制了这类方法的应用。
1.1 化学法化学法主要有氧化还原法、微波法、电化学法、微乳液法等，该方法具有粒径可控、生产效率高等优点，是生产纳米金材料的主要途径。
1.1.1 氧化还原法通过向高价金离子溶液中加入还原剂，将金离子还原并制备纳米金颗粒，常用的还原剂有抗坏血酸、柠檬酸钠等。
纳米金颗粒粒径与还原剂的种类、用量等因素有关，通常制备粒径在5～12 nm的纳米金时用白磷或抗坏血酸，制备粒径大于12 nm的纳米金时用柠檬酸钠，纳米金颗粒粒径与还原剂的用量成反比。
[2]周睿璐等[3]以氯金酸为原料、柠檬酸三钠为还原剂，采用经典的柠檬酸三钠还原法制备出纳米金溶液，利用目测法、紫外-可见分光光度法和扫描探针显微镜法对其进行表征，结果表明，纳米金粒子尺寸均匀、呈球形单分散分布。
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lnm~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,对其内部如何实现重现性规模化批量生产纳米颗粒,另外，也需要减少免疫系统与金纳米颗粒的循环反应，增强金纳米颗粒的定位选择性，制定相关战略,显着改善金纳米颗粒的高效输运性.随着金纳米颗粒从台式到诊所的过渡，研究人员还将研究相关的纳米材料和生物系统之间的基本相互作用.我们期待纳米材料新功能和新性能的报道，也期待研究人员对生物医学的新见解.我们将进一步跟踪纳米材料在医学领域的新应用性研究，综述相关研究成果回报纳米生物医学.我们对金纳米颗粒在生物医学领域应用的黄金时代抱有更多期待.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［ll-12］.EI-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;⑶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（十六烷基三甲基漠，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.Rotell。
金属纳米粒子的催化作用金属纳米粒子是一种具有特殊性质和潜在应用价值的材料，其催化作用引起了广泛的关注和研究。
本文将从金属纳米粒子的定义、制备方法、催化机理以及应用领域等方面阐述金属纳米粒子的催化作用。
一、金属纳米粒子的定义和制备方法金属纳米粒子是指直径范围在1到100纳米之间的金属粒子。
由于其尺寸效应和表面效应的存在，金属纳米粒子具有与其宏观物质不同的特殊性质，如高比表面积、量子尺寸效应和表面等离子共振等。
制备金属纳米粒子的方法多种多样，常见的方法包括物理法和化学法。
物理法包括溅射法、球磨法和激光蒸发法等，而化学法则是应用广泛的方法，包括还原法、凝胶法和微乳液法等。
二、金属纳米粒子的催化机理金属纳米粒子的催化作用主要源于其特殊的表面性质。
金属纳米粒子具有丰富的表面活性位点和高比表面积，这使得金属纳米粒子能够提供更多的反应活性中心，并提高反应物与催化剂之间的接触效率。
此外，金属纳米粒子还具有量子尺寸效应和电子结构调控效应，这些效应可以调控金属纳米粒子的催化性能。
金属纳米粒子的催化机理可以分为两种类型：金属纳米粒子表面催化和金属纳米粒子内部催化。
对于金属纳米粒子表面催化，反应物吸附在金属纳米粒子表面的活性位点上，通过吸附态的反应物与金属纳米粒子之间的相互作用，发生催化反应。
而金属纳米粒子内部催化是指反应物在金属纳米粒子内部发生反应，通过金属纳米粒子内的空间限制和电子结构调控，加速反应进程。
三、金属纳米粒子的催化应用金属纳米粒子的催化应用十分广泛，包括催化剂、催化剂载体、催化剂修饰剂和催化反应中间体等。
催化剂是金属纳米粒子最主要的应用之一，金属纳米粒子可以作为催化剂用于有机合成、环境治理、能源转化和化学传感等领域。
此外，金属纳米粒子作为催化剂载体，能够提高催化剂的分散性和稳定性，增强催化剂的催化活性和选择性。
金属纳米粒子还可以作为催化剂修饰剂，通过调控金属纳米粒子的形貌、尺寸和表面结构，改善催化剂的性能。
纳米金粒子制备及应用研究进展纳米技术在21 世纪将发挥极为重要的作用,是未来纳米器件、微型机器、分子计算机制造的最可能的途径之一。
纳米材料学作为纳米技术的重要组成部分也将会受到更广泛的重视。
科学家们利用纳米颗粒作为结构和功能单元,可以组装具有特殊功能如特殊敏感性和光、电、化学性能的纳米器件。
金属纳米颗粒由于其在量子物理,信息存储,复合材料等方面的潜在应用而引起了人们的注意。
其中,金纳米粒子由于其优异的导电性能,良好的化学稳定性及其独特的光学、催化特性而吸引了更多的目光。
这主要是因为:金是一种惰性元素,其化学稳定性良好;金和硫元素之间可以形成一种非常稳定的键合作用,这有利于在其表面组装带有各种官能团的单分子层。
由于纳米金粒子这些特有的化学性能以及独特的光、电性能,自上世纪80 年代至今,化学界对纳米金粒子的应用及其功能化研究方兴未艾。
本文综述了近年来纳米金粒子的制备及应用研究进展。
纳米金粒子的制备方法一．化学还原法制备法超细金粉制备原理:将金化合物的适当溶液通过化学还原而得到单质金粉.1.抗坏血酸为还原剂生产超细金粉工艺①王水溶金将黄金用去离子水冲洗,在置于稀硝酸中煮洗5~10min后,适当加热以启动反应,当反应较为平缓后,可再加入少量王水,直至大部分尽快获金粉溶解.反映结束时应保证体系中有少量未反应的黄金存在,即在投料时必须保证黄金的过量.②浓缩,赶硝将溶金液倾入另一烧杯中，用水洗净未反应的金块或金粉，转入下一循环使用。
洗液并入溶金液。
加热并在此过程中滴加浓盐酸以赶尽氮氧化物，过滤，滤液转入旋转蒸发皿进行浓缩结晶，然后配成适当浓度的水溶液。
③还原将抗坏血酸配成饱和溶液，在不断搅拌下，将氯金酸溶液滴加到抗坏血酸溶液中，滴加完毕后继续搅拌1h，静置沉降。
④清洗、干燥和筛分将上层清液倾出，用水和乙醇以倾析法清洗金粉。
所得金粉置于真空干燥。
冷却后，将金粉过筛分级，得到不同粒度的球形金粉末。
2.Na3C6H5O7 柠檬酸钠为还原剂制得纳米金颗粒粒径在15-20nm 之间Na3C6H5O7 为还原剂时，柠檬酸钠与氯金酸的摩尔比为1.5：1 时最佳；采用HAuCl4 溶液加入到加热的Na3C6H5O7 与聚乙烯吡咯烷酮(PVP)混合溶液Na3C6H5O7 溶液加入到室温的NaBH4 与PVP 混合溶液制得的纳米金溶胶的颗粒分散性好，粒径小且更均一。
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。
金纟内米颗粒表面的蛋白冕可以分为硬蛋白冕(hard corona)禾口软蛋白冕(soft corona)。
硬蛋白冕是指吸附在金纟纟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a -胰凝乳蛋白酶(a -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 x 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。
《DNA功能化纳米探针的设计及在miRNA检测中的应用》篇一一、引言随着纳米科技的飞速发展，DNA功能化纳米探针因其独特的生物相容性和高灵敏度在生物医学领域得到了广泛应用。
特别是在miRNA（微小RNA）检测方面，DNA功能化纳米探针的研发和应用更是推动了精准医疗和疾病早期诊断的进步。
本文将重点介绍DNA功能化纳米探针的设计原理及其在miRNA检测中的应用。
二、DNA功能化纳米探针的设计原理1. 纳米材料选择DNA功能化纳米探针通常以纳米材料为载体，如金纳米粒子、量子点、碳纳米管等。
这些材料具有优异的物理化学性质和生物相容性，可有效提高探针的灵敏度和稳定性。
2. DNA分子修饰在纳米材料表面修饰DNA分子是设计DNA功能化纳米探针的关键步骤。
通过化学或生物方法将DNA分子固定在纳米材料表面，形成稳定的结合体系。
修饰的DNA分子需具备高度特异性，以实现靶标miRNA的精确识别。
3. 探针结构设计DNA功能化纳米探针的结构设计需考虑其与靶标miRNA的结合能力、信号放大机制以及生物相容性等因素。
常见的结构设计包括发夹结构、链置换扩增结构等，这些结构能够在识别miRNA后引发信号放大，提高检测灵敏度。
三、DNA功能化纳米探针在miRNA检测中的应用1. 疾病诊断miRNA在多种疾病的发生、发展过程中发挥重要作用，因此其表达水平的检测对于疾病的早期诊断具有重要意义。
通过设计针对特定miRNA的DNA功能化纳米探针，可实现高灵敏度和高特异性的miRNA检测，为疾病的早期诊断提供有力支持。
2. 药物研发在药物研发过程中，需要对药物的作用机制进行深入研究。
DNA功能化纳米探针可用于监测药物对miRNA表达水平的影响，从而评估药物的治疗效果和副作用。
这有助于加速药物研发进程，提高药物研发效率。
3. 生物标志物研究miRNA可作为生物标志物，用于评估疾病的预后和复发风险。
DNA功能化纳米探针的高灵敏度和高特异性使其成为研究miRNA生物标志物的有力工具。
纳米金的应用拓少杰（陕西理工学院化学与环境科学学院应用化学1202班，陕西汉中723001）指导教师：吴睿[摘要]纳米金作为纳米家族的重要成员，除了具有纳米材料的一般性质外，还具有良好的光学特性、生物相容性及催化活性等独特的物理、化学性质。
纳米金这些特殊的性质，使其在化学、生物、医药、食品等领域具有广泛的应用。
本文重点就纳米金在食品安全检测领域、生物医药领域的应用作了详细综述，并对其未来的发展进行了展望。
[关键词]纳米金；应用；食品安全检测；生物医学The application of gold nanoparticlesShaojie Tuo（Grade 12, Class 1202, Major in Applied Chemistry, School of Chemical & Environment science, Shaanxi University of Technology, Hanzhong 723001, Shaanxi）Tutor: Rui WuAbstract: As an important member of the nanoparticle family, gold nanoparticles have the general properties of nanometer materials and other good unique physical and chemical properties such as optical properties, biocompatibility, catalytic activity. Gold nanoparticles have a wide range of applications in the chemical, biomedicine, food and other fields. Based on these special properties, we mainly reviewed the application of gold nanoparticles in the field of Food safety inspection and biomedicine, as well as the development in the future was prospected.Key words: gold nanoparticles; application; Food safety inspection; biomedicine引言纳米材料是指三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料[1]。
DNA功能化的金纳米粒子1 DNA功能化的金纳米粒子及其应用用DNA分子修饰无机纳米粒子为其在传感，药物和基因传输，光学和能源领域的应用带来了新的机遇。
同时利用DNA对纳米颗粒间相互作用的控制，基于DNA的平台也能为构建复杂纳米粒子组装结构提供灵活性和多样性。
DNA金纳米粒子复合物(DNA-AuNPs)是一种纳米生物复合物，由内层的纳米粒子和外层的DNA组成，起到了连接生物体系和纳米材料的作用。
上世纪九十年代中期，Mirkin研究组和Alivisatos研究组在他们的开创性工作中，首次报道了DNA功能化的金纳米粒子体系。
Mirkin等人合成了13 nm的金纳米粒子(在溶液中呈现均一的红色，紫外吸收峰波长为520 nm)，然后将末端为巯基修饰的DNA通过S-Au化学键相互作用固定到金纳米粒子表面得到DNA．金纳米粒子复合物(图1．9)，后来他们将这种复合物重新命名为球形核酸(spherical nucleic acid，SNA)。
由于这种DNA修饰的金纳米粒子复合物既具有金纳米粒子的光学和物理化学特性，又具有DNA分子的可编程特性和生物特性，自从Mirkin等人的开创性工作发表以来，DNA功能化的金纳米粒子发展应用迅速，已经被广泛应用于生物传感，离子检测，核酸比色检测，金纳米粒子结晶组装，生物成像等领域。
图1．9 Spherical nucleic acid(SNA) conjugates.1.1 DNA功能化的金纳米粒子在核酸检测中的应用基因突变的检测可以为诊断提供重要的目树，使人们对用于包括癌症在内的许多疾病早期诊断的核酸检测越来越感兴趣。
荧光和放射性检测读出方法(如PCR，PT-PCR，分子印迹法，以及高密度微阵列法等)是传统的核酸检测方法。
金纳米粒子比色法已经被证明是核酸目标链检测方面的一种极具竞争力的检测技术。
在金纳米粒子比色法中，待检测目标物直接或者间接的引发金纳米粒子聚集，并且导致金纳米粒子的吸收波长在可见光区域内发生红移。
明显的吸收峰红移会导致金纳米粒子溶液由红色变为蓝色或者紫色，这为比色检测提供了一个简易方便的平台。
金纳米粒子比色法的信号读出可以用紫外可见光谱或者直接用裸眼观察，信号观测十分方便。
1996年，Mirkin等人首次报道了巯基DNA功能化的金纳米粒子组装。
巯基DNA功能化金纳米粒子制备技术的发明让人们可以根据不同的检测方法得到具有不同性质的金纳米粒子探针。
这一发明促进了核酸诱导的金纳米粒子聚集在核酸检测比色检测和结构组装体制备中的广泛应用。
在Mirkin报道的这种方法中，两条单链DNA修饰的金纳米粒子探针被用于寡核苷酸目标链DNA的比色检测。
金纳米粒子表面接枝的两种探针序列与DNA目标链的两端分别互补(图1．10)。
加入DNA目标链后DNA目标链与金纳米粒子表面DNA探针发生DNA杂交反应，引发金纳米粒子聚集并伴随发生颜色的变化(由分散状态时的红色变成蓝色，图1．10 B)。
DNA链的高度特异性碱基配对再加上金纳米粒子的强吸收性使这种寡核苷酸的定量比色检测方法能够达到亚皮摩尔级别。
将体系的温度升高到杂交DNA的熔融温度以上可以使金纳米粒子聚集体解离。
Mirkin等人发现了一个很有趣的现象，DNA-金纳米粒子的熔融转变曲线非常陡，这为区分完全互补的DNA目标链和发生单碱基或者多个碱基突变的目标链提供了优异的选择(图1．10 C)。
图1.10 Aggregation of oligonucleotide AuNPs in presence of complementary target DNA(A)，leading to change in color of solution from red to blue(B)．Storhoff等人发明了一种基于金纳米粒子与距离相关光学性质的“点读式”比色检测法用于核酸序列的检测(图1．11)。
在这种方法中，当把金纳米粒子溶液点到被照亮的玻璃光波导上后会发生一个视觉上可观测的颜色变化，因此核酸目标链可以被巯基DNA修饰的金纳米粒子探针识别出来。
当加上可以促使探针一目标链均一结合的改良杂交方法使，这种基于散射的检测方法可以在不经过目标链信号扩增放大的情况下检测到zeptomole的DNA目标链。
图1．11 Homogeneous detection of unamplified genomic DNA sequences based on colorimetric scatter of gold nanoparticle probes．不同于前面两种由目标链引发DNA-金纳米粒子形成大的聚集体的比色检测法，Guo等人报道了一种由DNA目标链引发DNA-金纳米粒子体系形成金纳米粒子二聚体的恒温比色检测方法(图1．12)。
这种方法稳定性好，检测灵敏度高。
这种检测方法是基于不对称修饰的金纳米粒子可以定向聚集生成二聚体，加入DNA目标链后生成的Y型DNA杂交双链使两个金纳米粒子之间的距离小于1 nm。
如图1．12所示，金纳米粒子二聚体之间如此小的间距会产生很大的紫外吸收峰红移，并相应发生明显的从红色到蓝色的颜色变化。
聚乙二醇不对称修饰的金纳米粒子表面使这种方法在复杂样品中保持超强的稳定性，从而避免出现因为金纳米粒子不稳定而导致的假阳性信号。
传统的金纳米粒子恒温检测需要纳摩尔浓度级的DNA目标链才能引发金纳米粒子的可观测红移，而这种定向不对称的方法灵敏度达到了皮摩尔量级。
Maeda等人在他们的研究中发现DNA功能化金纳米粒子的聚集也可以由非交联金纳米粒子的目标链DNA杂交反应引发，原因是由于体系对单碱基错配超乎寻常的灵敏性可以引起金纳米粒子聚集。
图 1.12 (a)Schematic representation of the colorimetric assay based on asymmetricallyfunctionalized AuNP．(b)Photographs and corresponding UV-Vis spectroscopy of the asymmetrically functionalized AuNP solutions added with various concentrations of target DNA (samples1-6 are 0，1 pM，10 pM，100 pM，1 nM，and 10nM，respectively)．(c)The dose-response curve for(b)．(d)A representative SEM image of the dimeric AuNPs treated with 10nM target DNA．1.2 DNA功能化的金纳米粒子构造的有序晶体结构DNA功能化的金纳米粒子除了在诊断检测方面的应用还可以用来构造有序晶体结构(图1．13)。
DNA诱导金纳米粒子构造有序的胶体结晶的进展始于2008年。
在同时发表的两篇工作报道中，Mirkin课题组和Gang研究组各自发明了不同的但是互为补充的方法来合成纳米粒子晶体结构。
Gang及其同事采用了与Mirkin在1996年报道的关于DNA-金纳米粒子组装方法类似的策略成功合成出金纳米粒子体心立方(bcc)晶体。
在这种结构中，两种金纳米粒子的组装通过加入DNA模板单链进行调节。
这种方法的主要优势在于DNA模板单链中有一段长的柔性区域可以让金纳米粒子在与DNA连接链(1inker)结合后仍然保持一定程度的活动性。
另一方面，Mirkin等人采用了全新的DNA模板链设计方法。
在这种方法中连接链主要由刚性的双链DNA组成，在远离金纳米粒子表面的DNA末端留有一个很短的单链结合末端。
有趣的是，在金纳米粒子构造基元不变的条件下，这种策略通过控制DNA 模板链的序列组成可以形成不同的结晶排布，这充分显示了DNA诱导的金纳米粒子组装的突出优点之一(图1．13a)。
当调控纳米粒子结晶的DNA模板序列中包含一段自互补的结合末端时(表明所有的金纳米粒子都可以与除自身外的其他金纳米粒子结合)，可以得到面心立方(fcc)晶体。
然而，当两种DNA．金纳米粒子表面修饰的DNA序列互补时会得到体心立方的金纳米粒子结晶结构。
这两种不同晶型结构的形成体现了DNA模板调控的金纳米粒子结晶的有趣之处。
尽管大多数DNA模板链只是作为物理骨架来诱导金纳米粒子组装，在Mirkin 的这个工作中DNA模板链的结构特性(DNA链的长度和位置)并没有显著变化，但不同组成的DNA序列却能调节金纳米粒子组装成不同类型的晶体结构。
此后Mirkin和Gang研究组以及其他研究小组又在此基础上做了一些金纳米粒子结晶方面的工作。
Mirkin和Gang发现通过改变DNA的长度可以在纳米尺度上调控晶格参数。
Luo 等人发现利用液体蒸发方法也可以调控金纳米粒子结晶参数。
Mikin后来建立起了有序金纳米粒子晶体形成的基本路径和动力学方法；kk参,t-Mirkin利用不同尺寸的金纳米粒子和不同长度的DNA序列在构造金纳米粒子晶体过程中观察到了有趣的相变行为(图1．13b)。
Mirkin等人的工作证明金纳米粒子的尺寸和DNA序列长度之间的比例对于构造有序金纳米粒子晶体有着十分重要的影响。
当球形金纳米粒子被固定时，只有特定长度的DNA链可以促使金纳米粒子组装形成面心立方晶体。
DNA链太短会导致空间受限，说明在热力学上最稳定的结构不是按照晶体结构排列的纳米粒子。
相反，如果DNA链太长，晶体形成的动力学就被完全阻碍以防止阻止超晶格的形成。
尽管在这种情况下长的DNA链有可能诱导金纳米粒子形成热力学稳定的晶体结构，但是结晶化动力学过程太慢以至于在研究的时间尺度内难以观察到有序结构。
对这些现象的理解有助于提高用这种方法构造金纳米粒子晶体的质量，同时也有助于更大程度的控制晶体中纳米例子的排布(图1．13c)。
图1.13 DNA-templated assembly ofAuNPs：(a)ordering ofparticles into fcc lattices(top) or bcc lattices(bottom)using self-and non-self-complementary DNA linkers，respectively, (b)fcc lattices can be synthesized with independent control over both the DNA length and nanoparticle size, (C)small-angle X-ray scattering pattern of 5 nm AuNPs assembled into an fcc superlattice, offset by the pattem for a perfect fcc crystal(the inset shows the same data represented by diffraction rings)．1.3 DNA功能化的金纳米粒子构造的自组装结构DNA功能化的金纳米粒子也被用来构建各种形状可控的3D自组装结构。
