3.3 金纳米粒子的生物效应及应用

纳米技术的原理和应用1. 什么是纳米技术？纳米技术是指在纳米尺度（一纳米等于十万分之一毫米）下对物质进行制备、处理和操作的一种技术。

在纳米尺度下，物质的性质会发生明显的变化，因此纳米技术可以利用这些特殊性质来开发新的材料、器件和系统。

2. 纳米技术的原理纳米技术的原理主要包括以下几个方面：2.1 量子效应在纳米尺度下，物质的特性受到量子效应的影响。

量子效应是指微观粒子（如电子）的行为在纳米尺度下不再遵循经典的物理规律，而是表现出量子力学的特性。

通过控制和利用量子效应，可以实现纳米材料的精确设计和控制。

2.2 表面效应纳米材料的比表面积较大，表面效应十分显著。

表面效应指的是纳米材料表面与周围环境的相互作用，这种相互作用会导致纳米材料的特性发生变化，例如表面等离子共振现象。

利用表面效应，可以改变纳米材料的光学、电子、热学等性质，从而实现对纳米材料的精确控制和利用。

2.3 尺寸效应当物质的尺寸缩小到纳米尺度时，尺寸效应会显著影响其性质。

尺寸效应指的是物质在纳米尺度下由于形状、尺寸等因素而导致的特殊性质变化。

例如，纳米粒子的光学性质随着尺寸的变化而发生变化。

通过尺寸效应，可以调控纳米材料的电子结构、热学性质等，从而实现对纳米材料性质的调控和优化。

3. 纳米技术的应用纳米技术具有广泛的应用前景，可以应用于各个领域。

3.1 纳米材料纳米材料是纳米技术的重要应用之一。

通过纳米技术制备的纳米材料，具有特殊的物理、化学和生物性质，可以用于制备高性能的材料。

例如，纳米颗粒可以用于制备高效的催化剂，纳米纤维可以用于制备高强度的材料，纳米薄膜可以用于制备高效的光电器件等。

3.2 纳米电子器件纳米技术在电子器件方面的应用也非常广泛。

通过纳米技术可以制备出更小、更快、更低功耗的电子器件。

例如，纳米晶体管可以实现电子元件的微缩，纳米存储器可以实现更大容量的数据存储，纳米传感器可以实现更高灵敏度的传感器等。

3.3 纳米医学纳米技术在医学领域的应用十分广泛。

纳米生物材料的研究及应用前景展望一、纳米生物材料的概念及特点纳米生物材料是一种新型的材料，它将纳米技术与生物技术相结合，并在此基础上进行研究与开发，因此它具有许多独特的特点：1.尺寸小：纳米生物材料尺寸小，其大小与许多细胞和生物分子相当，因此可以被用于制备生物医学纳米设备和药物递送系统等。

2.大比表面积：由于其小尺寸和大比表面积，纳米生物材料可以提供更多的化学反应位置和吸附作用位点，可以更好地控制生物反应。

3.独特的物理和化学性质：纳米生物材料的物理和化学性质因其粒子尺寸和表面结构的变化而发生变化。

4.生物相容性好：纳米生物材料与生物体的生物相容性好，对人体无害。

二、纳米生物材料的研究进展与应用领域1.药物递送系统纳米生物材料可以作为药物递送系统的载体，将药物包裹在其内部并将其输送到特定的部位，这种方法可以使药物通过生物障碍进入到特定的细胞和组织中。

使用纳米生物材料作为药物递送系统可以增强药物的稳定性，缩小药物剂量和副作用。

2.生物成像纳米生物材料可以通过改变其表面结构和化学性质来实现优良的生物成像性能。

纳米材料可以应用在各种成像技术领域，包括放射性成像、磁共振成像、紫外线可视光谱技术等。

3.组织工程对于组织细胞工程，纳米生物材料可以用于构建生体材料，在体外培养肌肉细胞、皮肤细胞、软骨细胞等，并与这些细胞结合，从而产生具有生物功能的人造组织。

4.生物传感生物传感器是一种可以用来检测特定生物效应的材料。

这些生物效应包括物理、化学、光学、生物学等。

纳米生物材料可以通过表面改性等技术实现所需的生物反应，这种方法在生物传感器的应用领域广泛使用。

三、纳米生物材料的制备技术纳米生物材料的制备技术多种多样，包括：1.物理方法：通过等离子体法、溶胶凝胶法、机械球磨法等物理方法，可以制备出尺寸均匀、分散性高的纳米材料。

2.化学方法：通过溶液法、化学反应法等化学方法，可以制备出不同形态和功能的纳米生物材料。

3.生物法：采用细菌、酵母菌等微生物，可以在无机溶液中制备纳米晶体和纳米生物材料。

金纳米粒子的紫外吸收峰220-概述说明以及解释1.引言1.1 概述金纳米粒子是一种具有特殊结构和性质的纳米材料，在科学研究和工业应用领域具有广泛的潜力。

金纳米粒子的制备方法多种多样，其中包括化学合成、溶液法、电化学法等。

这些方法可以根据需要控制金纳米粒子的形状、尺寸和表面性质，从而使其具备特定的物理和化学特性。

金纳米粒子的性质和应用也十分丰富和多样化。

由于其尺寸效应和表面效应的特殊性质，在光学、电学、磁学等领域展现出了独特的优势。

金纳米粒子在荧光标记、生物传感、催化剂等领域的应用具有广泛的前景。

此外，金纳米粒子还被广泛用于纳米电子器件、纳米催化反应、纳米医学等领域的研究和开发。

本文主要关注金纳米粒子的紫外吸收峰220的特性和影响因素。

紫外吸收峰220是金纳米粒子的一种光学性质，具体指金纳米粒子在紫外光区域的吸收峰位于波长220纳米附近。

这一特性对于金纳米粒子的表征和应用具有重要意义。

本文通过对金纳米粒子的制备方法、性质和应用的介绍，以及对金纳米粒子紫外吸收峰220的特性和影响因素的探讨，旨在增加对金纳米粒子的理解并推动金纳米粒子在相关领域的研究和应用的进一步发展。

此外，本文还展望了金纳米粒子未来研究的方向，并总结了金纳米粒子的紫外吸收峰220的影响因素，提供了对金纳米粒子研究的有益参考。

1.2文章结构1.2 文章结构本文将从以下几个方面进行探讨金纳米粒子的紫外吸收峰220以及相关的性质和应用。

首先，在引言部分，将对金纳米粒子的背景和重要性进行概述，以及文章的目的和结构进行介绍。

接下来，正文部分将着重介绍金纳米粒子的制备方法。

将介绍常见的化学合成、物理法等制备方法，并重点分析不同制备方法对金纳米粒子的粒径、形态和表面性质的影响。

然后，将深入探讨金纳米粒子的性质和应用。

将介绍金纳米粒子的表面等离子共振现象，以及其与电磁波的相互作用机制。

同时，还将探讨金纳米粒子在生物医学、催化和传感等领域的应用。

特别地，将重点关注金纳米粒子的紫外吸收峰220带来的应用前景和潜在的研究方向。

纳米生物技术的应用纳米生物技术是一种融合了生物学、物理学、化学和工程学的交叉学科技术，它利用纳米粒子的物理、化学和生物学特性，为生物医学、检测、诊断、治疗和基础研究提供了新的思路和工具。

本文将就纳米生物技术的应用做出相关介绍。

一、纳米生物技术在生物医学中的应用生物医学是纳米生物技术的主要应用领域之一。

纳米生物技术可以制备出具有多种功能的纳米粒子，如药物纳米粒子、生物传感纳米粒子、纳米显微镜等，来解决生物医学中面临的各种难题。

1.药物纳米粒子药物纳米粒子是将药物包裹在纳米粒子内制备而成的新型制剂，它具有良好的生物相容性和药物载荷能力。

药物纳米粒子能够减少药物的副作用，提高药物的生物利用度，并且在药物的输送和释放方面具有优势。

例如，纳米化的金刚烷胺可以提高药物的溶解度和渗透性，在抗艾滋病毒疗法中具有良好的应用前景；纳米生物传感器可以利用金纳米粒子等材料的局部表面等离子共振现象，快速检测血清中的蛋白质、细胞等生物分子。

2.纳米生物显微镜纳米生物显微镜是利用纳米粒子的表面等离子共振效应或表面增强拉曼散射效应，或利用扫描隧道显微镜等技术，来观察生物样品的一种强大工具。

纳米生物显微镜可以同时对样品进行在活体、原位、实时的观察，并且可以获得生物样品的多维信息。

例如，空穴电子探测纳米显微镜（HERTEM）可以获得生物分子的三维结构和动态变化；等离子体增强共振拉曼显微镜（SERS）可以检测纳米尺度的生物分子，提高激光显微镜的分辨率和灵敏度。

二、纳米生物技术在检测与诊断中的应用纳米生物技术是一种敏感、快速、实时监测和分析生物分子的新型技术手段。

它可以利用纳米材料的特性，对微量生物分子进行检测和识别。

1.纳米刻蚀技术纳米刻蚀技术是一种用于制备纳米结构的技术，它可以制作出具有纳米尺度空间的电子器件和生物传感器。

利用纳米刻蚀技术制备的生物传感器可以达到极高的灵敏度和选择性，能够实时检测生物分子的浓度和质量，这对于快速诊断和监测疾病具有重要的意义。

纳米粒子及应用纳米粒子是指尺度为1~100nm之间的粒子，就其大小而论处于原子簇和宏观物体之间，属于介观系统。

它所具有的一系列新颖的物体化学性质，是体相材料所不具有的。

由于纳米粒子的大小与胶体分散系统的粒子相同，故其制备方法与制备憎液溶胶的方法相类似，有物理和化学的方法。

前者如：球磨法﹑超声分散法﹑真空镀膜法﹑激光溅射法﹑共沉淀法等。

后者有：沉淀法﹑水热法﹑溶胶—凝胶法﹑还原法﹑电沉淀法﹑相转移法等。

当物质的大小在纳米尺度时，表面原子数与内部原子数的比值迅速增大，表面能也迅速增大，反馈到物质结构及性能上，显现出许多特异的效应，主要有以下几点：（1）小尺寸效应当纳米粒子的晶体尺寸与光的波长相当或更小时，材料的光﹑电﹑磁﹑热力学等性能发生很大改变。

例如：材料的光吸收率明显加大，吸收峰发生位移，非导电材料会出现导电现象，磁有序性向无序性转化，金属的熔点明显降低等。

由此产生了粉末冶金的新工艺，电磁波屏蔽，隐形技术等。

（2）表面效应物质达到纳米尺度时，表面原子数所占的比例大大增加。

表面原子和体相原子大大不同，他有不饱和力场（剩余价力﹑悬空键），有很高的表面能，故有很大的化学活性。

例如木屑﹑面粉﹑纤维等粒子若小到纳米级时一遇火种极易引起爆炸。

如果将催化剂制成纳米粒子，则其活性必然更高。

除此此外，纳米粒子的表面效应也会引起表面电子自旋﹑构象以及电子能谱的变化。

（3）量子尺寸效应对宏观物体，原子数无穷大，能级间距趋于零，能级是连续的；而对纳米颗粒，原子数有限，能级间距则发生分裂，由连续变为不连续，这就是纳米材料的量子尺寸效应。

电子在纳米材料中能级变成不连续的，因而电学性质和光学性质有很大变化。

例如普通银为导体，而粒径小于20nm的纳米银却是绝缘体；金属铂是银白色的，而纳米级铂却是黑色的（铂黑）。

电子能级的改变也可导致催化性能的改变。

（4）宏观量子隧道效应微观粒子具有贯穿势垒的能力，称之为隧道效应。

微观粒子对磁化强度﹑磁通量等宏观量亦具有隧道效应，即可以穿越宏观系统的势垒而产生变化，称为宏观量子隧道效应。

表面修饰对金纳米粒子表面等离子激元共振现象的影响近年来, 金纳米粒子作为具有特殊表面等离子激元共振(SPR)效应的材料, 在化学、光学、电子等领域得到广泛应用。

然而, 纳米材料表面容易受到周围环境干扰和污染, 表面的修饰也会对其SPR效应产生一定的影响。

一、SPR现象及其在金纳米粒子中的应用SPR效应是一种在金属表面上发生的特殊电子共振现象, 在特定波长下会引起光的衰减和反射。

在纳米金颗粒上, 等离子激元共振(SPR)现象产生的位置和强度取决于金纳米颗粒的大小、形状、材料以及环境等因素。

SPR效应在光学传感、太阳能电池、热成像和生物成像等领域有着广泛的应用。

二、纳米材料表面修饰的现状在应用中，金纳米颗粒表面往往需要进行修饰，以增强其稳定性、增大其表面积、改善其光催化性能、增强其生物相容性等。

修饰方法包括化学修饰、物理修饰、生物修饰等多种方法，如化学还原、方法，溶剂热法等。

表面修饰可以使金纳米颗粒表面引入不同的官能团，改变其功函数，影响其SPR效应。

因此, 表面修饰对金纳米粒子的SPR效应具有重要的影响。

三、表面修饰对金纳米粒子SPR效应的影响(一)功能化修饰对SPR效应的影响功能化修饰可以使金纳米颗粒表面具有不同的化学活性团，如硫基、羧基、胺基、磷基、甲酸基等。

不同功能团的引入可以通过吸附作用调节表面电荷密度，并改变其SPR响应。

研究表明, 当硫基与金表面形成S-Au键后, 使金纳米粒子产生较重的SPR吸收峰并且其位置发生红移。

(二)材料对SPR效应的影响金以外的其他材料（如CdS、Au/Ag、TiO2）往往作为金纳米颗粒的包膜或掺杂体系，形成复合体系，可以调节金纳米颗粒的大小、形状以及电子传输性质，改变SPR效应。

研究发现, 添加CdS纳米微棒可以使金颗粒的SPR峰红移，说明CdS的引入调控了其SPR效应。

(三)形态与晶面对SPR效应的影响金纳米颗粒的形态、晶面和粒径等因素对其SPR效应产生显著影响。

毕业论文文献综述理论物理金属纳米粒子LSPR效应的机理及其光谱特征研究LSPR的定义LSPR现象是仅限于金属纳米粒子（有时被当作金属簇）和金属纳米结构中的传导电子共振现象。

它发生在金属纳米结构中，如纳米粒子，纳米三角形，纳米岛等。

当光子跟金属纳米粒子中的传导电子振动相匹配时，就会产生LSPR现象。

用入射波长能够激发共振的电场激励LSPR，会产生强光散射，出现强表面等离子体吸收带，同时局部电磁场增强。

LSPR的研究历史多项研究表明，基于LSPR的纳米传感器的传导机理与平面传感器的传导机理一致，是SPR传感器的拓展和延续。

在近20年来，SPR传感器，利用折射率的原理来探测接合在金属表面上或其附近的分析物，并且被广泛的用于检测一系列的分析物的表面接合相互作用。

但是就SPR技术来说，它有三个明显的缺点：(1)SPR的共振角和共振波长的移动检测模式需要大量的光学阵列来实现；(2)局限于一些平方微米量级的信号传感元的尺寸,特别典型的是10μm×10μm；(3)实时性不强。

为了提高SPR生物传感器的灵敏度，近年来，基于纳米材料制成的生物传感芯片受到研究者广泛的关注。

金属纳米粒子或不连续的金属纳米结构中存在局域表面等离子体，当其受到入射光激发时，会引起局域表面等离子体共振(LSPR)，该金属纳米结构表面的局域电场被增强，对某一波段的光谱展现出强烈的吸收。

金、银、铂等贵金属纳米粒子具有很强的LSPR效应，它们在紫外一可见光波段展现出很强的光谱吸收。

LSPR效应是纳米贵金属颗粒表面电磁场增强的结果，这是平面金膜所不具备的由于LSPR在这些方面优于SPR,所以LSPR取代了SPR。

LSPR的现状目前局域表面等离子体共振(LSPR)的形成以及它载体上的金和银纳米粒子的光学特性都具有很大的吸引力。

金和银纳米粒子在各种纳米光学的应用，如生物芯片，以及纳米尺度方面都得到了广泛的重视和研究。

被测溶液和固定在衬底表面的粒子之间的反应能够引起的生物分子层厚度的变化，而基于LSPR的检测方法就能够对这种即时变化进行检测。

纳米粒子制备与应用的基础知识纳米技术的发展在科学、医学、材料学等多个领域都取得了显著的成果，其中纳米粒子制备与应用成为了研究的热点之一。

本文将介绍纳米粒子的制备方法、表征手段以及在各领域的应用。

一、纳米粒子制备方法1. 化学还原法：化学还原法是制备金属纳米粒子最常用的方法之一。

它通过还原剂还原金属离子，使其形成纳米尺寸的金属颗粒。

常见的化学还原法包括溶胶-凝胶法、水热法、氢气还原法等。

2. 溶剂沉淀法：溶剂沉淀法是通过在溶液中添加沉淀剂，使溶液中的金属离子形成固体沉淀，从而得到纳米粒子。

该方法制备的纳米粒子尺寸分布较窄。

3. 激光溅射法：激光溅射法通过激光照射固体靶材，使其表面的原子或分子被剥离并凝聚为纳米粒子。

激光溅射法可以制备出形状和尺寸可控的纳米粒子。

4. 磁控溅射法：磁控溅射法是通过在真空条件下，利用磁控溅射装置将靶材溅射成纳米粒子。

该方法制备的纳米粒子具有较高的纯度和均一性。

二、纳米粒子的表征手段1. 扫描电子显微镜 (SEM)：SEM可以用来观察纳米粒子的形貌和粒径分布。

通过扫描电子束扫描样品表面，然后对样品上产生的二次电子、反射电子等进行检测和分析，可以获得高分辨率的纳米粒子形貌信息。

2. 透射电子显微镜 (TEM)：TEM是观察纳米粒子的重要手段之一，可以直接观察原子尺度的纳米颗粒。

TEM使用电子束穿透样品，形成的透射电子投影可被检测和分析，从而获得纳米粒子的形貌、尺寸等详细信息。

3. X射线衍射 (XRD)：XRD用于分析纳米粒子的晶体结构和晶格参数。

通过照射样品表面的X射线，测量其衍射图案，可以得到纳米粒子的晶体学信息，如晶格常数、晶面间距等。

4. 紫外-可见吸收光谱 (UV-Vis)：UV-Vis可以用来表征纳米粒子的吸收特性。

纳米粒子由于尺寸效应会产生表面等离激元共振现象，导致吸收光谱出现峰位和强度的变化，通过UV-Vis可以观察到纳米粒子的吸收特征。

三、纳米粒子在各领域的应用1. 生物医学领域：纳米粒子在生物医学领域具有广泛的应用前景。

金纳米粒子对骨科相关细胞增殖与代谢作用的研究进展
林琛;邢更彦
【期刊名称】《中华灾害救援医学》
【年(卷),期】2017(005)004
【摘要】金纳米粒子(gold nanoparticles,AuNPs)已在不同的领域表现出了很好的研究与应用前景,如化学、生物与医药等.其中,在骨科学领域亦表现出了独特的生物效能,尤其对骨科学相关细胞的作用,如成骨细胞、破骨细胞、软骨细胞及人骨髓间充质干细胞(human bone marrow-derived mesenchymal stem cells,hMSCs)等.不同直径、不同官能团修饰的AuNPs可以不同程度地影响这些细胞的生物效应表达,同时也可获得细胞内的相关信息.
【总页数】4页(P235-238)
【作者】林琛;邢更彦
【作者单位】100039 北京,安徽医科大学武警总医院临床学院;100039 北京,安徽医科大学武警总医院临床学院
【正文语种】中文
【中图分类】R87
【相关文献】
1.骨科卧床患者翻身舒适度的相关研究进展 [J], 宣沁;孙丽;顾海燕
2.环状RNA与骨科相关疾病研究进展 [J], CHEN Delong;CHEN Peng;WANG Yueqi;WANG Haibin
3.艾滋病相关骨科疾病的临床研究进展 [J], 马睿; 张强
4.骨科支具引起医疗器械相关性压力性损伤的研究进展 [J], 张英英;钟紫凤;王飞霞
5.国内外骨科康复护理相关模式的研究进展 [J], 陈珊珊;贾勤;于红英;周琴;李俊;高萍
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纳米材料四大效应及相关解释四大效应基本释义及内容：量子尺寸效应:是指当粒子尺寸下降到某一数值时,费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级或者能隙变宽的现象。

当能级的变化程度大于热能、光能、电磁能的变化时,导致了纳米微粒磁、光、声、热、电及超导特性与常规材料有显著的不同。

小尺寸效应：当颗粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时,晶体周期性的边界条件将被破坏,非晶态纳米粒子的颗粒表面层附近的原子密度减少，导致声、光、电、磁、热、力学等特性呈现新的物理性质的变化称为小尺寸效应。

对超微颗粒而言，尺寸变小，同时其比表面积亦显著增加,从而产生如下一系列新奇的性质.表面效应：球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比，故其比表面积（表面积/体积）与直径成反比.随着颗粒直径的变小，比表面积将会显著地增加,颗粒表面原子数相对增多，从而使这些表面原子具有很高的活性且极不稳定，致使颗粒表现出不一样的特性，这就是表面效应。

宏观量子隧道效应：当微观粒子的总能量小于势垒高度时，该粒子仍能穿越这一势垒.近年来,人们发现一些宏观量，例如微颗粒的磁化强度，量子相干器件中的磁通量等亦有隧道效应，称为宏观的量子隧道效应。

四大效应相关解释及应用:表面效应球形颗粒的表面积与直径的平方成正比，其体积与直径的立方成正比,故其比表面积(表面积/体积)与直径成反比。

随着颗粒直径的变小比表面积将会显著地增加.例如粒径为10nm时,比表面积为90m2/g；粒径为5nm时,比表面积为180m2/g；粒径下降到2nm时，比表面积猛增到450m2/g.粒子直径减小到纳米级，不仅引起表面原子数的迅速增加，而且纳米粒子的表面积、表面能都会迅速增加。

这主要是因为处于表面的原子数较多，表面原子的晶场环境和结合能与内部原子不同所引起的.表面原子周围缺少相邻的原子，有许多悬空键，具有不饱和性质，易与其它原子相结合而稳定下来，故具有很大的化学活性，晶体微粒化伴有这种活性表面原子的增多，其表面能大大增加。

纳米检测技术的研究及其在生物医药中的应用随着生物科学和医学的不断发展，人们对于体内微小分子和细胞的检测越来越需要高精度、高灵敏度和高时效性的检测手段。

纳米检测技术的诞生为生物医药产业的发展提供了新的机遇，有助于解决传统技术所无法匹敌的问题。

本文将介绍纳米检测技术的研究现状及其在生物医药领域中的应用前景。

一、纳米检测技术的概况纳米检测技术是指利用纳米尺度下的物理、化学、光学特性和表面效应来探测生物分子或细胞的一种新型技术。

目前纳米检测技术主要有四种方式：表面增强拉曼光谱(SERS)检测、金纳米粒子偶联免疫层析法(AuNPs-ICA)检测、纳米孔分析技术(Nanopore)和生物材料荧光探针检测。

1. 表面增强拉曼光谱(SERS)检测表面增强拉曼光谱(SERS)是指通过表面增强效应使得目标物体的拉曼信号增强的技术方法。

SERS技术具备极高的灵敏度和可选择性，可称为通用型便携式生物传感器。

SERS在蛋白质、胺基酸、核酸、病原菌等生物分子的检测上已经取得了显著的成果。

2.金纳米粒子偶联免疫层析法(AuNPs-ICA)检测近年来，金纳米粒子偶联免疫层析法(AuNPs-ICA)在生物检测中得到了广泛地应用。

AuNPs-ICA检测技术简便、快速、高效、共价结构简单，具有灵敏度极高、特异性良好的特点。

3.纳米孔分析技术(Nanopore)纳米孔分析(Nanopore)技术是一种通过纳米孔尺寸上的物理参数进行检测分析的方法。

利用电化学分析、光学分析和阻抗分析等探测技术手段可以对纳米孔的形态变化及其反应过程进行高灵敏、高速度的检测。

4.生物材料荧光探针检测生物材料荧光探针检测又称荧光共振能量转移(FRET)检测，它是依靠染料间的能量转移来进行检测的。

生物材料荧光探针具有较高的灵敏度和分子专属性，并且由于接近纳米级，因此体积小、操作简便，因此是一种广泛应用的生物检测技术。

二、纳米检测技术在生物医药中的应用纳米检测技术在生物医药领域中有着广阔的应用前景，因为它是能够直接反映生命过程、生物相互作用等机制的重要技术平台，也是成倍提升生物医药产业竞争力、实现个性化诊断和治疗的重要手段。

激光与光电子学进展47,071702(2010)Las er&Op t oelectronics ProgressΖ2010《中国激光》杂志社doi:10.3788/LOP47.071702金纳米棒的光学性质及其在生物医学成像和光热疗法中的应用杨玉东1,2　徐菁华1　杨林梅1　潘卫三2(1沈阳工业大学理学院,辽宁沈阳110178;2沈阳药科大学药学院,辽宁沈阳110023)摘要　与球形金颗粒相比,棒状金颗粒具有更为特殊的表面等离子体共振(SPR)特性,通过控制不同长短轴比可以实现纵向SPR峰位置的人为调控(从可见光区到近红外光区)。

由于金纳米棒表面SPR的强吸收导致的发光特性,使其在生物组织成像,癌症的诊断和治疗中存在着巨大的应用前景。

结合配体的金纳米棒能够特异性地标记癌症细胞上的受体,并提供特定分子的特有信息,进行生物成像和癌症检测。

另外,金纳米棒能够有效地吸收红外光能量进行局部加热,导致蛋白质变性,并致细胞死亡。

主要回顾各种不同尺寸和形状的金纳米棒的光学特性,综述选择性标记的金纳米棒在生物成像、癌症诊断和光热疗法中的研究进展。

关键词　医用光学与生物技术;金纳米棒;生物成像;光热疗法;癌症中图分类号　R318.51;R392.1 OCIS　170.3880160.4236 文献标识码　AOp t ical P r op e r t ies of Gol d N a n or od a n d It s App lica t i o ni n B i ol ogical I m a gi n g a n d P h ot ot he r m al The r ap yY ang Yudong1,2　Xu J inghua1　Y ang Linmei1　Pa Weisan21College of Scie nce,S he nya ng U niversit y of Tech nology,S he nya ng,Li aoni ng110178,Chi n a2School of Pha r m acy,S he nya ng Pha r m aceutical U niversit y,S he nya ng,Li aoni ng110023,Chi n aAbs t r act　Compared with sp herical gold particles,rod2shaped ones exhibit more unique p roperties of surface plasma resonance(SPR).Gold nanorods have two SPR peaks.The lengitudinal suface plasma resonances position depends on rods′aspect ratio.Thus,the LSPR′s position can be cont rolled f rom the visible region to the near inf rared by adjusting the aspect ratio of gold nanorods.Gold nanorods have great potential use in biological tissue imaging,cancer diagnosis and therap y because of it′s SPR and st rong absorption induced luminescence.Au2ligand conjugates can specifically target the receptor on cancer cells,p rovide specific information about specific molecules,and allow molecular2specific imaging and cancer detection.Gold nanorods can efficiently absorb optical energy into localized heat,and induce p rotein denaturation and cells death.The optical p roperties of kinds of gold nanorods are summarized,and the research p rogress of selective targeting of gold nanorods in biological imaging,cancer diagnoses and photothermal therapy is reviewed.Key w or ds　medical optics and biotechnology;gold nanorods;biological images;antibody;cancer1　引 言近年来,人们对金纳米材料的研究取得了长足的进步,不但可以制备出不同尺寸的球形粒子,还可以对其形貌加以控制[1],并且发现了一些特殊的实验现象和物理性质[2]。

纳米材料在生物医学领域中的应用与体外测试方法随着纳米技术的发展，纳米材料在生物医学领域中的应用越来越广泛。

纳米材料具有独特的物理化学性质，如表面积大、界面效应强、磁性、光学等特点，使其在生物医学领域具有巨大的应用潜力。

本文将从纳米材料的应用领域和体外测试方法两个方面探讨纳米材料在生物医学领域中的应用。

一、纳米材料在生物医学领域的应用领域1. 纳米药物输送系统：纳米材料可以作为药物的载体，通过调控其粒径、表面性质和药物的包裹方式，实现药物的稳定输送和精准释放。

例如，利用纳米粒子作为载体，可以提高药物在体内的稳定性，增加药物对肿瘤的靶向性，减少副作用。

同时，纳米粒子的高表面积还可以增加药物的药效和生物利用度。

2. 生物传感器和诊断：纳米材料可以被功能化后用于生物传感器的制备，如利用纳米金和磁性纳米粒子制备电化学传感器、荧光传感器等，用于检测和测定生物分子的浓度和变化。

同时，纳米材料还可以用于诊断，例如利用纳米金标记生物分子，通过曝光和显影可见颜色变化，实现生物分子的定量检测。

3. 组织工程和再生医学：纳米材料可以用于人工器官和组织的制备，如利用纳米材料制备人工血管、人工骨骼等。

同时，纳米材料还可以作为生物医学材料表面的修饰剂，增强其生物相容性和生物活性。

通过将纳米材料与细胞、组织相互作用研究，可以为组织工程和再生医学的发展提供重要的理论和实验基础。

二、纳米材料在生物医学领域中的体外测试方法1. 纳米材料的合成和表征：体外测试是纳米材料研究的重要环节，对于纳米材料的合成和表征具有关键意义。

常用的合成方法有溶剂热、溶胶凝胶、热分解等，而纳米材料的表征通常包括形貌、尺寸分布、晶体结构、表面性质等方面的测试。

例如，扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)可以观察纳米材料的形貌和尺寸，X射线衍射(XRD)可以分析纳米材料的晶体结构。

2. 纳米材料的细胞毒性测试：在纳米材料的应用中，了解其细胞毒性是非常重要的，以确保其在生物体内的安全性。

纳米技术在生物医学领域的研究与应用随着科技的不断发展，纳米技术已经成为了一种日益重要的技术和领域，它的应用范围越来越广泛。

尤其在生物医学领域，纳米技术的研究和应用已被广泛关注和研究。

一、纳米技术在药物传递领域的应用传统药物治疗往往需要高剂量，而随之带来的问题就是毒副作用和对健康组织的破坏。

纳米技术的应用可以解决这个问题，通过纳米粒子的载体技术，将药物精确地输送到需要治疗的部位，从而减轻毒副作用，提高药物的疗效。

在纳米粒子的输送系统中，主要包括两种类型，一种是无机纳米粒子，另一种是有机纳米粒子。

无机纳米粒子主要由金属、半导体和金属氧化物等构成，而有机纳米粒子则主要是由聚合物、脂质等构成。

这些纳米粒子的特点是尺寸小，表面积大，因此药物可以很快地与其表面发生作用以达到有效的药物输送。

此外，这些纳米粒子还能够较长时间地储存药物，从而延长药物的作用时间，增强其疗效，这对一些慢性疾病的治疗有很大的帮助。

二、纳米技术在图像诊断领域的应用传统的医学图像诊断技术往往存在几个问题，如准确性不高、使用病人不便、有辐射等等。

纳米技术的应用可以解决这些问题，因为其制备的纳米材料具有很好的生物相容性、荧光效应和成像能力，能够更好地用于生物医学图像学中。

例如，在纳米技术的研究中，可以通过制备具有荧光效应的纳米材料，使其能够在体内发生定位和成像。

这样一来，医生就可通过成像技术来定位和了解病患状况，更好地进行治疗和预防。

除此之外，纳米技术还可以应用于其他多种图像诊断领域中，如核磁共振（MRI）、生物电子学和荧光谱学等，这都有望在未来的医学诊断治疗中得到更广泛的应用。

三、纳米技术在生物传感领域的应用生物传感器是一种能够在体内检测病原体或药物的技术，纳米材料在其中起到了关键的作用。

由于其可量化、高灵敏度和快速响应性，因而已成为一种非常有前途的应用。

例如，在纳米技术的研究中，可以制备具有生物活性的纳米材料，将其应用于生物传感领域中。

这些纳米材料可以在病患体内检测病原体、药物和基因等信息，然后反馈到医生的监测设备中。

纳米技术在生物传感器及检测中的应用随着科技的不断进步，生物传感器及检测技术在医学、环境保护、食品安全等领域中的应用越来越广泛。

而纳米技术作为一种新兴技术，在生物传感器及检测中也有着广泛的应用前景。

本文将从纳米技术的概念、生物传感器及检测的基本原理、纳米技术在生物传感器及检测中的应用等方面进行探讨。

一、纳米技术的概念纳米技术是一种研究物质在纳米尺度（1纳米=10^-9米）下的特性、制备、加工及应用的技术。

纳米技术的发展使得人们可以精确地控制物质的形态、大小、结构等特性，并具有高度的可控性、可重复性和可预测性。

纳米技术的应用涉及到多个领域，例如材料科学、生物学、医学、电子学等。

二、生物传感器及检测的基本原理生物传感器是一种能够检测生物分子、细胞或生物体的设备，它可以将生物信息转化为电学、光学或机械信号。

生物传感器的基本原理是通过生物识别元件（如抗体、酶、核酸等）与待检测分子（如蛋白质、DNA、RNA等）的特异性相互作用，从而实现检测目标分子的存在或浓度。

常用的生物传感器包括光学传感器、电化学传感器、石墨烯传感器等。

生物检测是指通过检测生物分子、细胞或生物体的信息来诊断疾病、分析环境、检测食品等。

生物检测的基本原理与生物传感器类似，也是通过生物识别元件与待检测分子的特异性相互作用来实现检测目标分子的存在或浓度。

生物检测可以采用多种技术，例如酶联免疫吸附法、荧光标记法、放射性标记法等。

三、纳米技术在生物传感器及检测中的应用1. 纳米材料作为传感器元件纳米材料具有独特的物理、化学特性，可以作为生物传感器的元件。

例如，金纳米颗粒可以通过表面等离子共振效应来检测待测分子，银纳米颗粒可以通过表面增强拉曼散射效应来检测待测分子。

此外，纳米钯、纳米铂等金属纳米颗粒也可以作为催化反应的催化剂，用于检测待测物质。

2. 纳米材料作为信号放大器纳米材料可以作为信号放大器来增强生物传感器的灵敏度和选择性。

例如，纳米金粒子可以作为荧光标记物，通过表面等离子共振效应和荧光共振能量转移来增强信号强度，提高检测灵敏度。

第二章纳米材料的基本效应§第一节表面效应表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随着粒子尺寸的减小而大幅度的增加，粒子的表面能及表面张力也随着增加，从而引起纳米粒子物理、化学性质的变化。

纳米粒子的表面原子所处的晶体场环境及结合能与内部原子有所不同，存在许多悬空键，具有不饱和性质，因而极易与其他原子相结合而趋于稳定，具有很高的化学活性。

1、比表面积的增加比表面积常用总表面积与质量或总体积的比值表示。

质量比表面积、体积比表面积(G代表质量，m2/g)(V代表颗粒的体积；m-1) 当颗粒细化时，粒子逐渐减小时，总表面积急剧增大，比表面积相应的也急剧加大。

如：把边长为1cm的立方体逐渐分割减小的立方体，总表面积将明显增加。

随着粒径减小，表面原子数迅速增加。

这是由于粒径小，总表面积急剧变大所致。

例如，粒径为10nm时，比表面积为90m2/g，粒径为5nm时，比表面积为180m2/g，粒径下降到2nm时，比表面积猛增到450m2/g。

这样高的比表面，使处于表面的原子数越来越多，同时表面能迅速增加。

2. 表面原子数的增加由于粒子尺寸减小时，表面积增大，使处于表面的原子数也急剧增加．3．表面能由于表层原子的状态与本体中不同。

表面原子配位不足，因而具有较高的表面能。

如果把一个原子或分子从内部移到界面，或者说增大表面积，就必须克服体系内部分子之间的吸引力而对体系做功。

在T和P组成恒定时，可逆地使表面积增加dA所需的功叫表面功。

颗粒细化时，表面积增大，需要对其做功，所做的功部分转化为表面能储存在体系中。

因此，颗粒细化时，体系的表面能增加.。

由于表面原子数增多，原子配位不足及高的表面能，使这些表面原子具有高的活性，极不稳定，很容易与其他原子结合。

例如金属的纳米粒子在空气中会燃烧，无机的纳米粒子暴露在空气中会吸附气体，并与气体进行反应。

下面举例说明纳米粒子表面活性高的原因。

图所示的是单一立方结构的晶粒的二维平面图，假设颗粒为圆形，实心团代表位于表面的原子。

纳米材料的光热效应一、引言纳米材料是指至少有一维尺寸小于100纳米的材料，具有独特的物理、化学和生物学性质。

其中，纳米材料的光热效应是指在光照下产生的热效应。

光热效应可以应用于医学、能源和环境等领域。

二、纳米材料的光热效应机制纳米材料的光热效应主要是由于其表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance，SPR）引起的。

当金属或半导体纳米粒子受到特定波长的光作用时，其表面电子会被激发出来形成等离子体共振，从而吸收和散射入射光线。

这种吸收和散射导致了局部温度升高，从而产生了光热效应。

三、纳米材料在医学中的应用1. 纳米金粒子在肿瘤治疗中的应用通过将金纳米粒子注入肿瘤部位，并利用其表面等离子体共振吸收特定波长的激光，可以使肿瘤局部温度升高，从而达到治疗肿瘤的目的。

这种方法可以避免传统治疗中的副作用，如化疗和放疗等。

2. 纳米材料在生物成像中的应用纳米材料可以通过特定的表面修饰，使其在生物体内有较好的生物相容性和靶向性。

通过将纳米材料与荧光染料或放射性同位素等标记结合，可以实现对生物组织和细胞的成像。

四、纳米材料在能源中的应用1. 纳米材料在太阳能电池中的应用通过将纳米材料制备成薄膜，并利用其表面等离子体共振吸收太阳光谱范围内的光线，可以提高太阳能电池的效率。

2. 纳米材料在储能中的应用通过利用纳米材料表面等离子体共振吸收特定波长的光线产生局部温度升高，并将此过程与储氢、储电等技术结合起来，可以实现高效储能。

五、纳米材料在环境中的应用1. 纳米材料在水处理中的应用通过将纳米材料制备成纳米复合材料，并利用其表面等离子体共振吸收特定波长的光线产生局部温度升高，可以实现对水中污染物的降解和去除。

2. 纳米材料在大气污染治理中的应用通过将纳米材料制备成纳米复合材料，并利用其表面等离子体共振吸收特定波长的光线产生局部温度升高，可以实现大气污染物的降解和去除。

六、结论纳米材料的光热效应是一种重要的物理现象，具有广泛的应用前景。