金纳米粒子的细胞毒性(三)：胞吞作用

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。

金纳米粒子的细胞毒性(一)：尺寸的影响2016-08-16 12:45来源：内江洛伯尔材料科技有限公司作者：研发部AuNPs查阅文献时，在AuNPs的尺寸对细胞作用方面可以看到许多相互矛盾的报道。

例如Pan 等制备了4种1.4nm左右和15 nm多种粒径的金颗粒(AuNPs)，他们提出：AuNPs的毒性是尺寸依赖的，1.4 nm时表现最强毒性，尺寸小于或大于1.4 nm时毒性逐渐减弱。

并且提出1.4 nm颗粒的明显毒性主要是因为它可以立体选择性地连接到B-DNA的大沟，从而造成对细胞的损伤。

但是在他们的实验中，在尺寸1.4 nm之外的几个AuNPs(0.8，1.2和1.8 nm)都具有相似毒性，不具有特异性，解释难以令人信服。

他们的实验还表明，当纳米颗粒大于15 nm时，是贴在细胞膜上而无害的，而Connor等则报告18 nm以下的含有各种表面修饰物(如半胱氨酸、柠檬酸钠、生物素和葡萄糖)的AuNPs对于人体细胞是无毒的，其毒性是由于所用的保护剂溴化十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)造成的。

如果将CTAB去除干净，那么AuNPs对细胞是无毒的。

Shukla等报道了由赖氨酸加上聚赖氨酸共同修饰的3.5 nm AuNPs不具有毒性和免疫原性。

Soenen等指出AuNPs浓度对细胞毒性的影响。

他们发现4 nm的聚甲基丙烯酸保护的AuNPs在浓度10 nM时，对于多种敏感细胞系没有观察到明显的细胞参数改变，但是当浓度高于200 nM 时则引起明显的细胞毒性，他们认为这是由于增加了活性氧的原因。

Wang等研究了不同形状、作用时间和表面活性剂等与尺寸小于70 nm AuNPs细胞毒性的关系，认为圆形无毒，棒型有毒，而棒型的毒性主要是其保护剂CTAB所造成。

Yen等比较了金和银纳米颗粒对于巨噬细胞(macrophages)的作用，认为带负电的金纳米颗粒比银纳米颗粒毒性更大。

Gu等将24 nm金颗粒通过半胱胺连接到金膜上，然后将此薄膜与猪的肝细胞共培养，发现细胞可以快速增殖，并且很好的保持了其生物代谢功能。

纳米微粒跨细胞膜转运途径及机制的研究进展孙宏晨;徐晓薇;张恺;史册;金晗;袁安亮【摘要】纳米材料通过有效转运药物、生物分子或显像剂到病变部位的靶细胞,实现疾病的诊断和治疗.这种应用于诊断和治疗的纳米材料,通常需要进入细胞的特定部位,将其负载物转运至亚细胞中.目前普遍认为纳米微粒主要是通过胞吞作用入胞,根据形成囊泡大小或内容成分的不同可将胞吞作用分为吞噬作用和胞饮作用.纳米微粒的尺寸、形状、化学组成、表面电荷等理化性质对其入胞途径均有影响；此外,对于同一纳米微粒,所选细胞系不同时,其入胞途径也不相同.通过研究纳米微粒与细胞间的相互作用了解其转运机制,对于提高转运效率将产生重大帮助.本综述以纳米微粒跨细胞膜转运途径为基础,着重介绍了纳米载体跨细胞膜转运的机制,包括纳米载体如何进入细胞及不同途径的特点,影响纳米材料进入细胞的因素,以及提高转运效率的方法等方面的进展.【期刊名称】《吉林大学学报（医学版）》【年(卷),期】2011(037)006【总页数】4页(P1157-1160)【关键词】纳米微粒;跨膜转运;胞吞作用;理化性质【作者】孙宏晨;徐晓薇;张恺;史册;金晗;袁安亮【作者单位】吉林大学口腔医院病理科,吉林长春130021;吉林大学口腔医院病理科,吉林长春130021;吉林大学超分子结构与材料国家重点实验室,吉林长春130012;吉林大学口腔医院病理科,吉林长春130021;吉林大学口腔医院病理科,吉林长春130021;吉林大学口腔医院病理科,吉林长春130021【正文语种】中文【中图分类】R318.08纳米技术被认为是对21世纪一系列高新技术的产生与发展有重要影响的一门热点科学。

人们期待通过将纳米技术应用于药物转运来改变药理学和生物技术的现状。

利用纳米技术，将可能实现：①改善水溶性差的药物的转运；②靶向转运药物到特定细胞或组织[1]；③药物跨细胞膜转运穿过上皮细胞和血管内皮障碍；④转运大的高分子药物到细胞内的作用位点；⑤两种或多种药物/治疗方法同时转运，实现联合治疗；⑥将治疗药物与显像方法结合来观察药物转运[2]；⑦对治疗药物体内效能的实时监测[3]。

纳米颗粒在生物医学中的应用及其毒性研究随着纳米科技的飞速发展，纳米颗粒已经开始广泛地应用于生物医学领域。

纳米颗粒相对于传统材料具有更优异的物理、化学、光学等性质，可以用于生物传感器、基因递送、光动力疗法、肿瘤诊疗和组织工程等多个领域。

然而，对于纳米颗粒的毒性研究仍然是一个备受关注的话题。

本文将介绍纳米颗粒在生物医学中的应用及其毒性研究。

一、纳米颗粒在生物医学中的应用1. 生物传感器纳米颗粒可以利用其特殊的物化性质来设计生物传感器，用于监测微观的生物变化。

例如，金纳米颗粒被广泛用于制备基于表面增强拉曼散射（SERS）的生物传感器，可以用于检测细胞外液中的生物分子，例如抗生素残留、癌细胞标志物等。

2. 基因递送纳米颗粒可以用于基因递送，作为基因载体，将特定基因递送到肿瘤细胞或组织中。

这种技术可以促进基因治疗和基因工程的发展。

例如，利用聚乙烯亚胺（PEI）包裹纳米颗粒，可以实现DNA的传递和表达，有效地抑制肿瘤生长。

3. 光动力疗法纳米颗粒可以用于光动力疗法。

将光敏剂纳米颗粒注入肿瘤组织，再照射特定波长的光线，纳米颗粒会产生局部超声波和热效应，从而破坏肿瘤细胞。

同时，通过调节纳米颗粒的化学结构，热效应可以替换为光热效应，实现一定程度的精确控制。

4. 肿瘤诊疗纳米颗粒可以用于肿瘤诊疗。

在诊断方面，纳米颗粒被广泛用于磁共振成像（MRI）、光声成像（PAI）、荧光成像（FLI）等技术。

在治疗方面，例如可用于向肿瘤细胞输送化疗药物。

对于普通化疗药物的限制，在传统范例中可以利用纳米药物技术降低药物的毒副作用。

5. 组织工程在体外培养细胞体外继续增长需要各种支持体系，纳米颗粒无疑是非常有利的组织工程材料，可以用作3D细胞培养的支撑纤维网、用于细胞植入支撑材料、作为细胞载体等等。

二、纳米颗粒毒性研究纳米颗粒的毒性研究是生物医学研究不可或缺的部分。

虽然以往研究表明，纳米颗粒具有很好的生物相容性和生物安全性，但是随着纳米颗粒的应用范围不断扩大，也展现了它的一些毒性效应，这主要包括：1. 细胞毒性纳米颗粒可以进入细胞，与细胞的各个生化途径相互作用。

纳米颗粒胞吐高尔基体
纳米颗粒、胞吐和高尔基体是生物学和医学领域中的重要概念。

以下是这些概念的简要解释：
1.纳米颗粒：纳米颗粒是指尺寸在纳米级别（1-100纳米）的颗粒。

由于其
极小的尺寸，纳米颗粒具有许多独特的物理和化学性质，因此在许多领域中都有应用，例如药物传递、医学诊断和癌症治疗等。

2.胞吐：胞吐是细胞生物学中的一个过程，指细胞通过胞吐作用将胞吞或胞
饮所摄取的物质传递到细胞外。

这个过程涉及到膜的动态变化和物质的释放，对于细胞通讯、信号转导和物质转运等有重要作用。

3.高尔基体：高尔基体是细胞内的一个复杂的膜性囊泡结构，参与蛋白质的
修饰、加工和转运。

高尔基体在细胞的分泌活动、膜泡运输和细胞信号转导等方面起着关键作用。

它是细胞内重要的分泌器官之一，能够将蛋白质从内质网转运到溶酶体、质膜或胞吐泡，并对蛋白质进行糖基化等修饰。

综上所述，纳米颗粒、胞吐和高尔基体分别涉及到尺寸在纳米级别的物质、细胞内物质释放的过程以及细胞内复杂的膜性结构等概念。

这些概念在药物传递、医学诊断和治疗、细胞生物学和膜泡运输等方面有重要的应用和研究价值。

纳米粒子能胞吞作用胞吞作用是细胞内的一种重要生理过程，它使细胞能够摄取和吞噬外部的物质，并将其转化为能量或用于细胞功能的其他需要。

而纳米粒子作为一种微小的颗粒物质，近年来引起了广泛的关注。

纳米粒子的特殊性质和应用潜力使其成为许多领域的研究热点，而纳米粒子能胞吞作用的研究也成为了科学家们关注的焦点之一。

纳米粒子能胞吞作用的研究不仅有助于我们了解细胞的摄取机制，还能为纳米材料的应用提供指导。

在细胞内，胞吞作用是通过细胞膜上的受体和配体之间的相互作用来实现的。

纳米粒子经过表面修饰后，可以与细胞膜上的受体结合，从而触发胞吞作用。

通过研究纳米粒子的大小、形状、表面性质等因素对胞吞作用的影响，可以更好地设计和合成具有特定功能的纳米材料。

在医学领域，纳米粒子能胞吞作用具有巨大的潜力。

例如，利用纳米粒子的胞吞作用，可以将药物或基因分子包裹在纳米粒子中，使其能够进入细胞内部，实现靶向治疗。

此外，纳米粒子还可以用于细胞成像和诊断，通过将纳米粒子标记在细胞上，可以实现对细胞的高分辨率成像，从而为疾病的早期诊断和治疗提供了新的手段。

除了医学领域，纳米粒子能胞吞作用在环境保护、能源领域等方面也有广泛的应用前景。

例如，通过纳米粒子的胞吞作用，可以实现对污染物的高效去除和转化，从而减少环境污染。

同时，纳米粒子还可以用于太阳能电池等能源器件中，通过胞吞作用将纳米粒子吸收到细胞内，达到提高能源转化效率的目的。

纳米粒子能胞吞作用的研究虽然取得了一些重要的进展，但仍然存在一些挑战和问题。

例如，如何控制纳米粒子的胞吞效率和选择性，以及纳米粒子对细胞的毒性和生物安全性等方面的问题。

因此，需要进一步深入研究纳米粒子能胞吞作用的机制，并制定相应的规范和标准，以确保纳米粒子的安全应用。

纳米粒子能胞吞作用是细胞内的一种重要生理过程，对于纳米材料的应用具有重要意义。

通过研究纳米粒子的胞吞作用机制，可以为纳米材料的设计和合成提供指导，同时也为医学、环境保护和能源等领域的应用提供了新的思路和方法。

纳米材料的毒性和生态风险评价纳米科技是当今科技领域最热门的话题之一，其应用领域广泛，如电子、制药、食品、化妆品等。

然而，纳米材料的毒性和生态风险始终是科学家关注的问题。

本文将从不同角度来探讨纳米材料的毒性和生态风险评价。

一、纳米材料的毒性纳米材料相比传统材料有着独特的物理、化学性质，其表面积大、活性高、穿透性强、易促成有毒物质的吸附等特点引起了人们对其毒性的重视。

纳米颗粒对人体、动物和环境的毒性主要和粒径、形状、表面活性、化学成分、溶解度等因素有关。

以下是一些目前已知的纳米材料毒性方面的研究：1、硅纳米管的毒性硅纳米管具有良好的机械强度和热导性能，是一种重要的纳米材料。

但是，在体内和体外的实验中发现，硅纳米管会引起免疫细胞和红细胞的损伤，同时也会对人体器官造成一定的毒性。

2、金纳米粒子的毒性金纳米粒子具有很好的光学、电学和催化性能，在应用中具有广泛用途。

研究发现，金纳米粒子在浓度较高的情况下会对肝细胞、肺细胞和肾细胞产生毒性作用，同时还会导致细胞内氧化还原平衡失调等。

3、氧化铁纳米粒子的毒性氧化铁纳米粒子是一种常用的纳米材料，广泛用于磁性材料、药物输送等方面。

但是，研究发现氧化铁纳米粒子对大肠杆菌等微生物有一定的毒性作用，并能使土壤微生物群落结构发生变化。

二、纳米材料的生态风险评价纳米技术的发展对环境和生态造成的影响也是人们关注的问题之一。

纳米材料可能对陆地、水生态系统和生物多样性产生负面影响，因此生态风险评价将是纳米材料应用的关键问题之一。

以下是一些目前已知的纳米材料生态风险的研究：1、纳米银的生态风险纳米银是目前应用最广泛的纳米材料之一，广泛应用于消毒、制备抗菌材料等领域。

但是，纳米银对水生生物和植物造成的毒性和生态风险较大。

研究发现，纳米银会影响水生生物的生长和繁殖，同时也会削弱植物的生长能力。

2、氧化石墨烯的生态风险氧化石墨烯是一种具有广泛应用前景的纳米材料，其应用涵盖从材料领域到医学领域。

纳米材料的毒理作用及其机理近年来，纳米技术的快速发展已经使得纳米材料的应用越来越广泛。

然而，作为一种新型材料，纳米材料的毒性问题也成为人们关注的焦点。

对于纳米材料的毒性作用及其机理，已经有了较为深入的研究。

一、纳米材料的毒性作用纳米材料具有独特的化学、物理和生物特性，这些特性决定了其可能对生物体产生的毒性作用。

纳米材料的毒性作用主要包括以下几个方面：1. 细胞膜损伤纳米材料的小尺寸和高比表面积使其与细胞膜接触面积增大，从而导致细胞膜的物理或化学损伤。

此外，纳米材料的表面电荷、疏水性和亲水性等特性也会影响其与细胞膜的相互作用。

2. 细胞内氧化损伤纳米材料可以被细胞摄入，进入细胞内部。

纳米材料的大量存在会增加细胞内的有毒氧自由基及其他反应性氧物质的生成，从而对细胞内的各种生物大分子，如蛋白质、核酸和膜脂等，造成氧化损伤。

3. 基因突变和DNA损伤纳米材料与DNA分子的相互作用也是产生毒性作用的原因之一。

当纳米材料与DNA结合后，会形成 DNA-纳米材料复合体，引发DNA 修改和基因突变等现象，从而影响甚至破坏生物体的生长和发育。

二、纳米材料的毒性机理1. 氧化损伤纳米材料的氧化作用是纳米材料导致毒性机理中最常见和重要的一种，其主要原理是由于其小尺寸和巨大的表面积，纳米材料在空气和水中易吸附和氧化，从而释放出反应性物质，如活性氧自由基等，导致生物体细胞膜和其他生物大分子损伤。

2. 积累和输送纳米材料的毒性机理还包括其积累与输送。

一些纳米材料显然不能被生物体有效清除，会在体内积累，导致组织或器官结构紊乱。

此外，纳米材料的具有特殊的输送功能，可以作为潜在的药物载体，但也可能通过输送途径进入人体造成不良影响。

3. 炎症反应另外，纳米材料的毒性机制还包括诱导体内炎症反应。

许多纳米材料可以激活免疫细胞产生炎症性细胞因子，如TNF-α、IL-1、IL-6等，从而诱导炎症反应，破坏正常组织和器官的结构和功能。

三、防范纳米材料的毒性作用的策略为有效预防纳米材料的毒性作用，应开展详细的评估，并针对其特性和用途制定个性化的防范策略。

金纳米粒子的细胞毒性(二)：表面电荷及保护剂的影响2016-08-16 12:52来源：内江洛伯尔材料科技有限公司作者：研发部金硫键改造金纳米粒子在研究AuNPs和细胞的作用时，AuNPs的表面性质是极为重要的。

从胶体科学我们知道，要得到稳定的AuNPs，必须在AuNPs的表面上形成带有静电或者亲液的保护层。

因此在制备AuNPs时都要加入稳定剂，形成保护层。

由于加入的稳定剂不同，金颗粒往往呈现不同的表面电荷(正、负电性)、亲水和憎水性，以及对溶剂的溶剂化程度等。

细胞膜表面上的受体是蛋白质，一般情况下氨基酸组成的蛋白质的等电点是在pH = 4.7附近，在中性溶剂中带负电。

因此带有正电荷的AuNPs和细胞膜十分相吸，从而增强了AuNPs进入细胞的可能。

Goodman等利用Au-S键在同样的AuNPs上包覆了不同的稳定剂使之具有不同的电荷。

在和细胞作用时，正电性AuNPs显示毒性，而负电性AuNPs则是无毒的。

Hauck等利用聚电解质的层层组装来改变纳米金棒的表面电荷。

实验表明，对于Hela细胞，带正电荷的纳米金棒的毒性大大超过带相应负电荷的AuNPs。

Chompoosor等的工作表明正电荷的金颗粒具有明显的细胞毒性和基因毒性，这种毒性随所用表面活性剂的憎水链长度增加而降低。

Lin等认为正负电性的金颗粒毒性差异主要有两个原因引起，一方面正电荷颗粒相对负电荷颗粒对于细胞膜有更大的黏附力，因此细胞胞吞效率更高，如果正电性AuNPs尺寸大时，则会在细胞膜上产生一个空洞或者损坏。

这属于破坏性胞吞(necrotic endocytosis)机制引起的细胞毒性。

Pernodet等认为由于细胞内金颗粒的存在，肌动蛋白应力纤维消失，因而对细胞活力产生不利反应，导致细胞外基质的性质发生强烈改变，如细胞伸展、黏附、生长及蛋白合成等。

利用高分子作为稳定剂的AuNPs，由于具有更厚的保护层，而且不容易聚集，因此对细胞作用极慢，表现出是无毒的。

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。