3.4 金纳米颗粒自组装

金纳米颗粒自组装

1 引言

纳米技术(nanotechnology）是研究结构尺寸在0.1纳米至100纳米范围内材料的性质和应用的一种技术。目前纳米技术涉及领域主要包括：化工、能源、材料、生物医学等。尺寸为纳米级别的物质其性质也会发生变化，出现既不同于原来组成的原子、分子，也不同于宏观的物质特殊性能，把这种具有特殊性能材料称为纳米材料。纳米材料的制备和研究是整个纳米科技的基础，可以以很多形状存在，例如球状、棒状、片状、星状、线状、枝杈状等。由于纳米材料的较小尺寸，使它产生出小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应等，从而具有传统材料不具备的特异的光、电、磁、热、声、力、化学和生物学性能。因此，纳米材料也被科学家们广泛应用于各个研究领域，如催化、生物医学、化工、环境能源等。

在众多纳米材料中，金纳米颗粒自从16世纪欧洲现代化学的奠基人、杰出的医师、化学家Paracelsus制备出“饮用金”用来治疗精神类疾病以来，开始登上了科学的舞台。随着纳米技术的不断发展，人们发现金纳米颗粒具有独特的光、电、热、催化等物理与化学性质，生物相容性好等特点，是构筑新型复合功能材料的重要组元，在生物传感、细胞及活体成像、癌细胞的光热治疗、肿瘤放射治疗、靶向载药等生物医学领域展现出了广阔的应用前景。

金纳米颗粒的光学性能方面，由于入射光源的波长与金纳米颗粒的原子表面自由电子的振动频率可以发生共振耦合，使金纳米颗粒具有突出的局部表面等离子共振吸收（Localized surface plasmonresonance, LSPR）。金纳米颗粒的LSPR性质与其尺寸、周围介质性质以及纳米微粒间作用等因素都有关。因此，不同尺寸的金纳米颗粒会有不同的共振吸收峰，并且改变纳米微粒间距离、介质等都会造成共振吸收峰位置的左移或右移。小尺寸范围（<50 nm）的金纳米颗粒的等离子共振吸收通常在可见光范围520-530 nm左右有一个很明显的吸收峰，尺寸越大，吸收峰波长越大，并且其溶液会呈现出橙红、酒红、浅紫等不同颜色。大尺寸的金纳米颗粒自组装聚集体的等离子共振吸收除了在可见光范围520-530 nm左右有一个很明显的吸收峰，并且其溶液颜色会呈现深紫、蓝黑色等。这一近红外波长范围正是生物组织所具有的光的窗口。近红外线能够穿透进入深部组织达10cm，克服了可见光不能很好穿透组织的缺点，为利用金纳米材料进行光热治疗，破坏肿瘤细胞提供了理论依据。

此外，也有很多研究报道，金纳米颗粒的其他一些生物性能也与其尺寸有关，例如2016年Chang等研究了3-50 nm不同尺寸的金纳米颗粒增强CT成像与放射治疗的效果比较，发

现约13 nm的金纳米颗粒细胞摄取最多，具有最好的CT成像以及对肿瘤具有较强的放射增敏治疗疗效。2009年Chan等也发现金纳米颗粒的细胞摄取量与尺寸相关，对于PEG修饰的金纳米颗粒，小尺寸的金纳米颗粒随着血液运输具有更深的组织穿透深度，可以输送到病变组织深部，但是很容易随着时间延长回流到血液中或周边正常组织，而大尺寸的金纳米颗粒自组装聚集体在病变组织具有更长的滞留时间，更有助于对疾病的诊断与治疗应用。因此，基于纳米自组装体与单独纳米微粒之间性质的区别，纳米颗粒自组装越来越受到人们的关注。

传统的纳米颗粒（尤其是金属纳米颗粒）自组装聚集主要是通过纳米颗粒自发地组织或聚集成一种热力学稳定、分布均一、性能特殊的结构的过程。该过程主要依靠两个因素来形成聚集体系：其一是通过非共价键（特别是氢键）作用来形成稳定的纳米聚集体系；其二是纳米体系为了达到最低能级所产生的自发聚集。然而由于依赖非共价键作用或电荷间作用，通过这些传统方法所获得的纳米聚集体系往往呈现出较差的重复性和稳定性，大大制约了材料在生物体系中的应用。因此近年来，通过设计合成适当化学配体修饰或构建刺激响应性的纳米材料自组装应用于生物医学领域的研究越来越受到人们关注。

2 金纳米颗粒自组装及其生物医学应用

几乎所有的种类纳米颗粒都可以在其表面修饰合适的配体或构建为“智能”响应型颗粒来达到自组装。这些纳米颗粒除了作为自组装单体，还有其他的一些各自独特的性质。例如，磁性纳米颗粒，包括铁、钴、镍等，利用它们的磁特性可以是很好的磁导向材料。量子点纳米材料，由于其突出的荧光性质，在生物标记及成像方面有很好的应用。还有一些贵金属纳米材料，例如，铂纳米材料可以利用Pt2+进行肿瘤治疗。金纳米材料由于其在近红外区的较强的表面等离子体共振吸收可以应用肿瘤光热治疗等。因此，能够控制这些种类的纳米颗粒的自组装聚集对其在生物医学应用有着重要的意义。

例如，磁性纳米材料在磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）领域应用越来越受到大家的关注，而MRI的性能与纳米粒子的聚集状态非常相关，分散的氧化铁纳米粒子主要用于T1成像，而聚集状态的氧化铁纳米粒子的T2成像效果更好。因此，可以通过控制磁性纳米粒子自组装来进行生物靶向性成像。有研究报道，pH敏感的铂纳米材料到达肿瘤细胞的细胞溶酶体后，在体内发生自组装同时可持续释放Pt2+来克服肝癌肿瘤细胞耐药性问题。此外，金纳米颗粒的自组装的生物应用也有很多报道，如生物传感器、细胞成像、肿瘤光热治疗等，我们将在下面着重介绍。

目前研究金纳米颗粒自组装或聚集的报道很多。金纳米颗粒自组装或聚集主要是可以通过两种方式，第一种是在金纳米颗粒表面修饰适当化学配体来介导其自组装。第二种是构建

内源性或外源性刺激响应的金纳米颗粒触发其自组装。

2.1 化学配体修饰介导的金纳米颗粒自组装

各种各样的化学配体可以修饰在金纳米颗粒表面介导自组装聚集，例如小分子化合物、聚合物、生物大分子等。为了进一步将纳米颗粒自组装聚集体系应用在生物医学方面，研究人员在设计合成化学配体修饰介导的自组装聚集体系不得不考虑化学配体在复杂生物体环境中的稳定性以及生物相容性。

2.1.1 小分子化合物修饰介导

目前文献报道小分子化合物修饰介导的金纳米颗粒自组装聚集有很多。例如，2013年Zhao等人在金纳米颗粒表里面修饰了4-哌嗪-1,8-萘二甲酰亚胺后，可以螯合溶液中Fe3+使金纳米颗粒发生聚集，并且通过比色和荧光方法来定量分析Fe3+的含量。2011年Ye等在金纳米颗粒表面修饰巯基乙胺后，在滴入硫酸盐溶液后迅速发生静电相互作用使金纳米颗粒发生聚集，可以超灵敏检测水中最低50ppb浓度的硫酸盐。并且很多研究报道小分子化合物修饰介导的金纳米颗粒自组装聚集过程还可以是可控的，例如，Berlin课题组在金纳米颗粒表面修饰季戊四醇四巯基乙酸酯（PTMP）后，通过加入马来酰亚胺-PEG来使得金纳米颗粒反生可控聚集，并且修饰不同量的PTMP，可以调控聚集大小，可以为将来纳米载药及纳米成像应用材料设计提供新思路。Chen等2010年也报道了利用季戊四醇四巯基乙酸酯修饰的金纳米颗粒和柠檬酸跟修饰的金纳米颗粒，来可控的使两种金颗粒发生不同组合的聚集形式。2012年Singamaneni等利用小分子交联剂胺基硫醇对金纳米颗粒自组装聚集动力学过程进行了研究报道，通过改变交联剂与纳米颗粒的比例可以预测并可控金纳米颗粒聚集的速度及程度。Cooper以及Brust等人也都在体外研究证实利用二硫醇烷修饰可以介导金纳米颗粒发生自组装聚集。此外，2016年Grzybowski课题组利用TMA/MUA两种小分子化合物修饰得到的正负混合电荷纳米颗粒，发现在不同比例TMA/MUA修饰条件下，混合电荷纳米颗粒对革兰氏阳性菌或阴性菌的细胞壁造成破坏，从而达到抗菌的作用。

综上所述，虽然目前对小分子化合物修饰介导金纳米颗粒自组装聚集可以做到实时监测及可控，但是仍然存在一些优缺点，优点是：小分子化合物与修饰在纳米颗粒表面后对纳米颗粒的自身尺寸影响较小，并且修饰较为简单，大部分是利用硫醇化学物在金颗粒表面形成金-硫键。缺点是：因为小分子化合物在生物体内稳定性和生物相容性较不好，目前利用小分子化合物修饰介导的金纳米颗粒自组装聚集研究都停留在体外溶液实验中，而且介导的自组装聚集较少在生物医学领域应用。

2.1.2 聚合物修饰介导

聚合物不仅在纳米颗粒自组装聚集方面应用较广，而且在医学应用方面也非常受欢迎。与小分子化合物相比，聚合物在生物体内可以有长时间的血液循环，并且通过设计聚合物结构来实现载药和释放药物。聚合物修饰介导的金纳米颗粒发生自组装聚集往往是因为表面修饰的聚合物同时具有亲疏水性导致的。聚合物的亲疏水性指的是聚合物一端亲水基团一端疏水基团，大部分聚合物修饰介导的纳米颗粒自组装聚集过程都是因为聚合物的疏水基团可以在水的界面会发生较强的疏水作用，并且疏水作用与纳米颗粒的表面电荷相关。

2014年Zhang课题组发表的标题为金纳米颗粒可控自组装聚集应用于光热治疗和CT成像研究中，分别将PCL-SH和PMEO2MA-SH聚合物修饰在14 nm的金纳米颗粒表面得到同时具有疏水和亲水配体的金纳米颗粒。在两种配体不同比例条件下，金纳米颗粒会发生不同程度的聚集状态，随着PCL-SH/PMEO2MA-SH的比例增加，可以发现金纳米颗粒聚集体从囊泡状逐渐变大的胶束状。并且形成的胶束状的金纳米颗粒聚集体不仅增强了肿瘤的CT成像效果，而且其等离子共振吸收可以从原来的520 nm红移到830 nm，使其具有较强的光热转换效率，可以应用于肿瘤的光热治疗中。2015年Zhang等人继续利用PCL和PMEO2MA聚合物为模板，形成具有较小尺寸8 nm金纳米颗粒自组装聚集体，并利用自组装聚集体载化疗药阿霉素实现肿瘤光热治疗和化疗的联合。此外，Tsourkas课题组也在2014年连续报道了两篇关于利用PEG-b-PCL聚合物修饰介导金纳米颗粒自组装聚集研究。在第一篇研究中，他们在1.9 nm 的金纳米颗粒表面修饰上具有亲疏水性的PEG-b-PCL聚合物，修饰了PEG-b-PCL的金纳米颗粒可以在乳液环境中慢慢形成包裹了金颗粒的聚合物胶束，当含金聚合物胶束尾静脉注射到小鼠体内后，在肿瘤组织有较长的滞留时间，不仅增强了肿瘤的CT成像，而且具有很好的肿瘤放射增敏治疗效果。在第二篇研究中，他们不仅将金纳米颗粒包裹在PEG-b-PCL聚合物胶束中进行放射增敏治疗，同时为了进一步提高纳米颗粒对肿瘤的成像的灵敏度，还将氧化铁纳米颗粒包裹进胶束中对肿瘤的进行磁共振成像。

同时利用亲疏水性的PS-b-PEO嵌段共聚物来介导金纳米颗粒自组装聚集的研究也受到科研人员的关注。2015年Nie等报道了可以通过调控PS-b-PEO修饰在金纳米颗粒表面的量使金纳米颗粒形成不同聚集状态的空心囊泡，金纳米颗粒表面高密度的PS-b-PEO修饰不会先形成链状，空心囊泡中金纳米颗粒整齐排列，形成的空心囊泡等离子共振吸收峰会有轻微的红移，光声成像效果不好。而低密度的PS-b-PEO修饰可以使纳米颗粒先形成链状然后组装成空心囊泡，形成的空心囊泡在近红外区有较强等离子共振吸收，增强了肿瘤光声成像效果。2016年Bishop研究人员对这种排列现象进行了解释，当用高密度PS-b-PEO修饰在金纳米颗粒表面时，金纳米颗粒发生聚集主要是通过表面聚合物在溶剂中亲疏水性做导致的，

更加有利于进行二维的组装，而当用低密度PS-b-PEO修饰在金纳米颗粒表面时，金纳米颗粒发生聚集主要是通过颗粒之间的范德华力利用导致的，更加有利于进行一维的链状组装。

2.1.3 生物大分子修饰介导

将纳米颗粒自组装聚集在生物医学领域应用，特别是在体内环境中应用时，最需要考虑的的一个问题就是低毒、低免疫活性，而生物大分子作为化学配体修饰纳米颗粒就是最好的选择之一。目前有很多种生物大分子都可以作用配体修饰来介导纳米颗粒自组装聚集，例如，蛋白质、DNA等。其中抗体作为蛋白质重要的一种类别，它具有可以与抗原特异性结合特点，可以利用抗原-抗体特异性结合特点来实现可控的金纳米颗粒自组装聚集。例如，Zhang等人设计合成由单克隆抗体和血清多抗体修饰的两种金纳米颗粒，同比色法来对牛奶中的β-酪蛋白进行定量。先用单克隆抗体特异性识别牛奶样品中的β-酪蛋白，然后再加入由血清多抗体修饰的金纳米颗粒，两种金纳米颗粒可以通过β-酪蛋白连接使发生聚集显色。

众所周知，按照Watson-Crick碱基配对原理，单链DNA（ssDNA）通过与其互补的单链杂交可形成的螺旋双链DNA。由于DNA人工合成技术不断发展，通过将设计好核苷酸序列的单链DNA修饰在纳米颗粒表面，互补的两条单链DNA可以促使纳米颗粒之间发生自组装聚集。并且随着寡核苷酸适配体的发现，它可以特异性识别某些单链DNA或RNA，更加促进了DNA 修饰介导纳米颗粒自组装聚集应用的发展。

1996年Storhoffa和Schulz课题组同时在自然杂志报道了将两条互补的单链DNA分别修饰在金纳米颗粒表面，可以发现在溶液中由于各单链DNA碱基之间按照碱基配对原则形成氢键，使得金纳米颗粒发生自组装聚集，并且可以通过改变单链DNA的碱基种类或碱基个数来控制纳米颗粒聚集程度。随后，DNA修饰介导纳米颗粒聚集生物医学应用越来越受到科研工作者们的关注。例如，2007年Mrikin等人利用DNA修饰介导聚集体系来研究核酸内切酶的活性及抑制。首先在金纳米颗粒分别修饰了两条碱基互补的寡核苷酸单链，两种金纳米颗粒可以通过DNA杂交发生聚集，此时溶液可见有红色变成紫色。当核酸内切酶被加入到金聚集溶液中后，可以看见溶液又会从紫色变成红色，说明聚集形成的DNA双链被核酸内切酶剪切，金纳米颗粒又重新分散。此外，2015年，Xu等人通过DNA双链合成制备了金纳米颗粒与稀土纳米颗粒连接的复合纳米材料，利用此复合材料上寡核核苷酸可以特异性识别与其对应的microRNA，来对细胞内的microRNA进行定量。

综上所述，利用生物大分子修饰介导的金纳米颗粒自组装聚集是有其优点的，生物大分子的对机体来说相对较安全、抗原性较低、可以作为底物检测酶活性，并且可以促进纳米颗粒被细胞摄取。但是也有其缺点，DNA价格相对较昂贵，蛋白质或多肽在体内容易被细胞

内酶剪切，会引起机体一定程度免疫应答。

2.2 刺激响应性的金纳米颗粒自组装聚集

2.2.1 内源性刺激响应

构建的“智能”响应性的纳米颗粒在内源性刺激下，纳米颗粒可以发生自组装聚集。其中内源性刺激主要利用的是生物机体不同组织部位的内环境不同的特点，比如pH、酶和其他等。当“智能”响应性的纳米颗粒到达特定部位后，可以在生物环境刺激下，实现纳米颗粒在特定组织的自组装聚集。

2.2.1.1 pH刺激响应

在众多的生物内环境刺激中,pH是最重要的诱因之一。因为机体内不同组织、器官以及细胞内的pH都有所区别。比如说在实体肿瘤中pH值大约为6.8，是比正常组织低的，并且细胞内溶酶体的pH值甚至低于6。因此，肿瘤微环境低pH这个特点也被广泛用在pH刺激响应的纳米颗粒自组装聚集研究中。

2009年Kim课题组设计了一种pH刺激响应性的“智能”金纳米颗粒，在pH等于7.4弱碱性的条件下纳米颗粒可以稳定存在，而在pH等于5.5酸性条件下，纳米颗粒表面修饰的柠康酸酰胺发生水解使纳米颗粒表面即有正电荷和负电荷，发生静电相互作用使纳米颗粒发生聚集。因此，可以利用pH刺激响应性的“智能”金纳米颗粒在肿瘤细胞内特异性聚集，进而在激光照射下实现肿瘤光热治疗。并且该课题组在后期研究中，将pH刺激响应性的“智能”金纳米颗粒与化疗药物阿霉素、肿瘤干细胞相结合，具有更加有效地肿瘤治疗效果。同时，Ji课题组也开展了pH刺激响应性的金纳米颗粒自组装聚集肿瘤光热治疗应用研究，发现在金纳米颗粒表面修饰不同比例的正负电荷配体，可以在肿瘤组织低pH条件下发生聚集进行光热治疗。此外，Li等人利用pH刺激响应性的两种金纳米颗粒来进行脑胶质瘤的磁共振成像与拉曼成像，小尺寸的金纳米颗粒通过血脑屏障到达肿瘤部位后，低pH使纳米颗粒表面暴露的基团发生点击化学反应触发聚集，实现拉曼成像引导下的肿瘤手术切除。

2.2.1.2 酶刺激响应

酶在机体生命活动过程中起着重要的作用。酶表达及活性改变与疾病发生密切相关。在一定温和条件下，酶与底物可以进行特异性结合形成酶-底物复合物，降低化学反应活化能，发挥高效的生物催化功能。因此，对于酶刺激响应性的纳米颗粒自组装聚集体系来说，需要在纳米颗粒表面修饰上可以被酶特异性剪切的底物多肽。

例如，2012年Zhao课题组通过在金纳米颗粒表面修饰CALNN多肽，可以通过作为底物特异性与溶菌酶结合使其发生聚集显色，从而对人血清中溶菌酶的含量进行定量。同样，2014

年Ahn等人在体外实验中发现在金纳米颗粒表面修饰了蛋白水解B特异性底物DBDY-Gly-Phe-MTPA后，在蛋白水解B作用下，可以使金纳米颗粒发生自组装聚集，并且加入酶抑制剂可以阻断聚集过程，作者利用此聚集体系检测蛋白水解B以及抑制剂活性。此外，Gao课题组也进行了酶刺激响应性的金纳米颗粒自组装聚集的系列研究。通过设计合成了两种分别由AK和CABT修饰的金纳米颗粒，并在纳米颗粒表面载上阿霉素化疗药物，随后在体内半胱氨酸蛋白酶作用下，AK分子剪切后末端可以与CABT发生点击环加成反应，促使金纳米颗粒之间发生聚集，从而可以延长化疗药物在肿瘤部位的滞留时间更有效地抑制肿瘤增长，延长小鼠生存期。并且在后续研究中，为了进一步增加纳米颗粒在肿瘤的富集量，研究人员在两种金纳米颗粒表面分别修饰了RGD多肽对肿瘤进行主动靶向使肿瘤化疗效果更佳。

2.2.1.3 其他内源性刺激响应

可以触发金纳米颗粒自组装聚集的其他内源性刺激主要包括金属离子、氧化还原性等。如2011年Chan课题组报道了氯化钠盐可以通过中和柠檬酸根修饰的金纳米颗粒之间的静电作用，使纳米颗粒之间产生较强的范德华力发生聚集。并且进一步证明当纳米颗粒表面包裹了蛋白质，颗粒之间的静电作用始终大于范德华力，钠盐很难再引起其发生聚集。此外，Tseng 等人也报道了通过在金纳米颗粒表面修饰K + 或Pb 2+ 适配体，在一定条件下，K+和Pb2+ 可以刺激引起金纳米颗粒发生自组装聚集。细胞内外的氧化还原电位与GSH含量密切相关，由于细胞外与细胞内的GSH含量相差较大，所以细胞内外的氧化还原电位梯度相差也较大（≈100-1000倍）。据报道，肿瘤组织GSH量比正常组织多很多。例如，2017年Gao课题组报道了利用磁性氧化铁纳米颗粒表面修饰两个配体，一个配体末端是马来酰亚胺，一个配体有双硫键的多肽。当磁性纳米颗粒到达肿瘤组织后，大量GSH可以剪切双硫键使其断裂，暴露的巯基与另一个配体马来酰亚胺反应成环，导致颗粒发生聚集从而对肿瘤磁共振成像。此外，过氧化氢含量也与细胞内环境的氧化还原性密切相关。2016年Zhao等人设计合成过氧化氢刺激响应性的金纳米颗粒，当加入过氧化氢后，金纳米颗粒表面的PEG被断开，暴露出疏水配体引起纳米颗粒自组装聚集，此聚集体系被应用来检测过氧化氢含量。

综上所述，研究人员可以利用生物内环境诸多特性来作为内源性刺激，触发金纳米颗粒在体内自组装聚集，探索其在生物医学领域的应用。然而，由于生物内环境的多元性以及复杂性，往往不可避免纳米颗粒在体内运输过程中会产生非特异的聚集。

2.2.2 外源性刺激响应

为了更好地将刺激响应性的金纳米颗粒自组装聚集体系应用于生物医学领域，研究人员在设计刺激响应的性的金纳米颗粒时候必须考虑自组装聚集过程是精确可控的。实现金纳米

颗粒可控自组装聚集的可能的一种方法就是利用外源性刺激触发，外源性刺激包括温度、光等。

2.2.2.1 温度刺激响应

在生物医学领域，温度刺激响应是最常用的一种刺激响应性体系。在温度刺激响应性体系中，温敏材料会随着环境温度变化发生物理化学性质的改变。例如，在药物递送研究中，载了药物的温敏材料在37℃温和条件下是稳定存在的，而当温度升高时，药物很容易从温敏材料释放出来。并且研究人员将此体系应在化疗与热疗联合治疗时发现具有协同作用，这也进一步促进了温度刺激响应性体系在药物递送应用方面的发展。

在纳米颗粒表面修饰温度敏感的配体后，一定温度下，会影响颗粒之间的相互作用。2004年Li课题组首次报道了在金纳米颗粒表面修饰上他们合成的温度敏感配体PPA，得到温度刺激响应性的金纳米颗溶液在一定25-30℃温度范围可以发生肉眼可见的澄清到浑浊的改变。当外界温度小于PPA的低临界相变温度时，金纳米颗粒是分散澄清的，当外界温度大于PPA的低临界相变温度时，PPA会从亲水性变成疏水性，使金纳米颗粒发生聚集，溶液变浑浊。2013年Maye等人也研究设计了一种由温度刺激响应和DNA介导双重作用的金纳米颗粒自组装聚集体系。两种金纳米颗粒表面同时修饰了温敏配体pNIPAAm-co-pAAm，并且又分别修饰了一段互补的单链DNA。当外界温度小于pNIPAAm-co-pAAm的低临界相变温度时，金纳米颗粒是亲水的，颗粒之间不会发生相互作用，当外界温度大于pNIPAAm-co-pAAm的低临界相变温度时，pNIPAAm-co-pAAm会从亲水性变成疏水性，颗粒之间由于疏水作用聚集在一起。并且作者将此聚集体系应用于化疗药物阿霉素递送研究中，大概外界温度大于pNIPAAm-co-pAAm的低临界相变温度时，能加快阿霉素的释放。提高治疗效果。

2.2.2.2 光刺激响应

光刺激响应性纳米颗粒自组装聚集已经被广泛应用于生物医学领域。由于光刺激响应体系是一种非侵入性的刺激，跟其他刺激响应体系比较具有一定的优势，并且在空间和时间上光刺激是可控的。通常光刺激触发聚集体系也可以称为光交联技术，通常是指通过设计合成适当的光刺激响应配体修饰在纳米颗粒表面，在光刺激下，配体会发生异构或光化学反应而导致纳米颗粒发生自组装聚集过程。并且能作为光刺激的光源有多种，如紫外光、可见光、激光、近红外光等。

一般作为光刺激最有效的是紫外光。例如，螺吡喃类化合物在紫外光触发下螺吡喃闭环结构中的螺环C-O键断裂，从而形成开环体(MC)部花菁，在可见光照射或者黑暗中，开环体能够可逆转变为闭环体(SP)。2013年Hirai课题组报道了在带负电位的金纳米颗粒溶液中

加入闭环的螺吡喃衍生物后，在紫外灯照射下，螺吡喃变成开环体，开黄体上的巯基可以与金纳米颗粒相连，使颗粒表面即有带负电的，也有带正电基团，发生静电相互作用，导致金纳米颗粒聚集。并且此聚集体系在之后可见光照射下不会再分散。2014年Hirai等人对此光触发金纳米颗粒聚集体系进行改进，直接将螺吡喃衍生物修饰在金纳米颗粒表面，在紫外光照射下，纳米颗粒发生聚集，并且在可见光照射下，金聚集体又能重新分散。同样，偶氮苯类化合物分子在紫外光照射下也会发生反式到顺式的结构变化。2009年Grzybowski等人报道在金纳米颗粒表面修饰的反式的偶氮苯基团，在紫外光照射下会异构变成具有较大偶极矩的顺式结构，从而导致金纳米颗粒发生自组装聚集，并且在可见光或者升温作用下，偶氮苯基团又能从顺式变回反式结构。并且2015年Klajn等人也报道了在紫外光或蓝光刺激下，金纳米颗粒表面修饰的偶氮苯衍生物会发生异构，导致金纳米颗粒的聚集状态发生改变。

此外，利用金纳米颗粒表面配体发生光化学反应触发自组装聚集的研究也有很多报道。例如，2016年Zhan等人在金纳米颗粒表面修饰了光敏感基团香豆素，发现365 nm紫外光照射下，由于香豆素发生光化学反应形成二聚体，分散的金纳米额颗粒会发生聚集，并且在短波长254 nm紫外光照射下，聚集过程可逆。2011年Zhao等人在金纳米颗粒分别修饰了邻硝基苯甲醇和苯甲胺基团得到两种金纳米颗粒，在紫外光照射下，邻硝基苯甲醇和苯甲胺基团发生共价交联反应，导致金纳米颗粒发生聚集。并且，最近我们课题组在金纳米颗粒表面修饰光敏感基团diazirine后，diazirine能够在405 nm激光照射下，形成有活性的卡宾中间体，从而插入到邻近的C-H键或者其他杂原子与H形成的共价键中，形成新的共价键使得金纳米颗粒可以发生可控的自组装聚集，并很好的应用于体内肿瘤的光声成像以及光热治疗中。

综上所述，利用紫外光、可见光或激光可以可控地触发光刺激响应性的金纳米颗粒发生自组装聚集，并且在螺吡喃或偶氮苯类化合物光致异构体体系中，聚集过程大部分是可逆的。然而由于短波长光源的组织穿透深度较浅，因此在实际生物应用有限制。近红外光由于其在组织中有较深穿透深度和对正常细胞没有损伤特性，在生物医学领域应用较为广泛。但目前利用近红外光刺激响应性的纳米颗粒大多数都应用在药物递送系统研究中，在金纳米颗粒自组装聚集研究较少。