金纳米红外光敏及稀土转换荧光材料光学特性、生物应用

《金纳米红外光敏及稀土转换荧光材料光学特性、生物应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、金纳米红外光敏及稀土转换荧光材料光学特性、生物应用第一章绪论尺寸处于纳米级别的材料赋予其在化学、光学及电磁学等方面优于传统体材料的独特性质，因而纳米粒子越来越受到人们的重视，并广泛应用于很多领域，尤其是生物医学领域[1-3]。近些年来，随着纳米材料合成技术及修饰方法的不断成熟，生物医用纳米材料已经成为科学研究热点。纳米材料在生物医学领域应用的迅猛发展，特别是其在肿瘤、炎症及其他疾病上的贡献正逐步促进纳米科学向生物医学转化。很多纳米粒子如金纳米粒子已经成为商业化的诊断试剂[4-6]，同时纳米科学技术的日新月异也在推动更多的纳

2、米粒子进入临床研究。在众多纳米粒子当中，金纳米粒子特别是金纳米棒及稀土掺杂的上转换荧光纳米粒子因其优越的光学物理学性质、易于制备及良好的生物相容性已经在生物成像、药物传递及疾病治疗方面发挥重要作用[7,8]。1.1金纳米粒子在生物医学中的应用尽管金纳米粒子(GNPs)的应用已经有几个世纪的历史，直到1971年，免疫化学革命的发生，金纳米粒子才迈开了在生物医学领域应用的步伐。英国研究者.Taylor发表一篇题为应用于电子显微镜的免疫胶体金方法，在这篇文章中，首先将抗体连接到金纳米粒子的表面，再将制备的连接物应用于电子显微镜上

3、，直接观察沙门氏菌表面的抗原，就是这一技术代表着胶体金连接物第一次被用作免疫标记物[9]。从这时开始，胶体金生物特异性连接物被活跃地应用到生物医学的各个领域。金纳米粒子在现代生物医学领域有极其广泛应用。特别是，基因组学、生物传感学、免疫学、临床化学、检测、热解微生物及癌症细胞、对药物、肽、DNA及抗原的靶向传递、光学成像[10-15]。图1-1显示了金纳米粒子的生物应用[16]。关于胶体金制备及在生物医学应用的信息到处可以获得，这样广泛的应用主要与金纳米粒子独一无二的理化学性质有关，表面等离子体共振是金属纳米结构非常独特的

4、光学特性。根据米氏散射理论[17]，当光照射金属物质时，电磁场诱导金属表面的自由电子产生共振相干震荡，这种现象叫做表面等离子体共振（SPR）。金纳米粒子表面等离子共振光学特性与纳米粒子尺寸相关，对于直径大于3nm的金纳米粒子，表面具有增强的电磁场效应，表面等离子带的消光系数非常高，可达1011M-1cm-1，高出有机染料分子几个数量级[18]。根据米氏散射理论，等离子带的频率随纳米粒子的形状变化（比如从球形到棒状）[17]。金纳米棒（GNRs）拥有两个等离子体带，一是电子沿着金棒结构的纵向振荡而产生纵向等离子带，另一是电子

5、沿着金棒的横向振荡，被称之为横向等离子带。等离子带的位置随着金棒长径比而变化，因此可通过调节金纳米棒的长径比来调节金纳米棒等离子带吸收的位置。更重要的是，当金纳米棒的等离子体吸收位置由可见区调至近红外区后，由于生物流体或组织对650-900nm范围内的近红外光有较弱的吸收，因此将金纳米棒应用于生物领域可提高光对活体组织的穿透深度并减少背景荧光，这也是金纳米棒广泛应用于生物医学领域的重要原因之一。图1-2给出了生物组织的透射窗口及金纳米球、金纳米棒及金纳米壳的近红外等离子共振吸收位置[19]。1.1.1金纳米棒的制备金纳米棒

6、因其易制备、良好的光热转换能力已经成为近些年研究的热点。Murphy[20]及NikoobakhtandEl-Sayed[21]等利用种子介导生长法合成了单分散、高产量的金纳米棒。在这种方法中，第一步，在存在阳离子表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵（CTAB）的溶液中，用硼氢化钠还原氯金酸（HAuCl4）得到直径约3-5nm的金种子；第二步，在含有硝酸银（AgNO3）及阳离子稳定剂CTAB的氯金酸生长溶液中加入抗坏血酸，将Au3+还原成Au+，种子溶液被加入到生长溶液中作为Au+在种子上各向异性生长的成核位点，最终完全生长成为

7、金纳米棒。尽管按照这种方法制备的金棒横向宽度几乎恒定不变，但是纵向长度可通过调节金种子及其硝酸银的量而变化。图1-3给出了调节硝酸盐量产生不同长径比的金棒。振动光谱及热重量分析表明，阳离子表面活性剂CTAB分子紧密排列在金棒表面，并且CTAB带电荷的头部基团朝外排列[22]。第二章靶向肽功能化的金纳米棒在乳腺癌治疗中的应用2.1引言最近几年，金纳米粒子如金纳米棒[1-3]、金纳米壳[4,5]和金纳米笼[6,7]已经在药物传送[8,9]、细胞靶向载体[10,11]、生物传感器[12,13]及光热治疗[14-16]等方面广泛应

8、用，诸多应用归因于金纳米粒子强烈的表面等离子吸收和散射特性[17,18]。金纳米棒通过改变长径比使其具有可调的等离子吸收特性并在近红外组织窗口具有光热转换能力[1]。另外由于高产量合成、易功能化及胶体稳定性等特性，促进金纳米棒在光热治疗及传感中的应用。尽管功能化的金棒已经用于体内外的治疗并获得了很好的效