金纳米棒标记的细胞的双光子成像
金纳米棒的光学性质研究进展
果入射光子频率与金属传导电子的整体振动频率 相匹配, 纳米颗粒会对光子能量产生很强的吸收作 用, 就会发生局域表面等离子体共振(LSPR)现象,33 1902 年, Wood34 在光学实验中首次发现了 SPR 现 象. 1908 年, 为解释任意尺寸球形颗粒的光学性质, 德国物理学家 Mie35通过求解球极坐标系中 Maxwell 方程(利用场在颗粒表面边界条件)提出 Mie 理论. 在 Mie 理论基础上, 其他科学家发展出非球形颗粒 光学性质的理论或方法, 如线性颗粒的 Gans 方程、 异质球形复合颗粒(芯-壳结构)循环解决方式及截 角三棱柱的离散偶极近似(DDA)方法.36-39
柯善林 1
阚彩侠 1,*
莫 博1
从 博1
朱杰君 2
(1南京航空航天大学理学院应用物理系, 南京 211106; 2南京大学物理系, 固体微结构物理国家重点实验室, 南京 210093)
摘要: 金纳米棒在紫外-可见-近红外(UV-Vis-NIR)波段具有独特的可调节表面等离子体共振(SPR)光学特性, 其良好的稳定性、低生物毒性、亮丽的色彩和在催化、信息存储、生物医学等领域广阔的应用前景受到相关研究 领域的广泛关注. 结合已有的研究基础, 本文主要综述了金纳米棒光学性质的研究进展, 包括表面等离子体共 振、局域场增强效应、共振耦合效应及荧光特性, 并对金纳米棒的应用做了展望.
Abstract: Gold nanorods exhibit unique and tunable surface plasmon resonance (SPR) derived optical properties in the ultraviolet-visible-near infrared (UV-Vis-NIR) region. The high stability, low biological toxicity, bright color, and versatility of gold nanorods have inspired an explosion of research interest in their properties and applications (which include roles in catalysis, data storage, and biomedicine). This paper presents a brief overview of current research progress on the optical properties of gold nanorods, including surface plasmon resonance, local field enhancement, plasmon coupling, fluorescence, and application outlook.
金纳米棒的合成、修饰及与肿瘤细胞的相互作用
金纳米棒的合成、修饰及与肿瘤细胞的相互作用熊瑞瑞;何彦【摘要】作为金属纳米粒子中的典型代表,金纳米棒在近红外区有较强的吸收,且容易合成得到尺寸均匀的产物,这使它在医学上有着巨大的应用潜力.但是关于金纳米棒的生物毒性以及金纳米棒与肿瘤细胞相互作用的机理目前尚未得到很好的解决.实验进行了金纳米棒合成条件的优化,成功合成了所需波长范围的金纳米棒,利用巯基十一酸层层组装法制备了单分散的表面带有亲水性羧基的金纳米棒,并且完成了金纳米棒与表皮生长因子抗体的偶联,在暗场体视显微镜下观察到结合了蛋白的金纳米棒可以进入细胞.实验利用紫外吸收光谱、Zeta电位测试、透射电镜、光学显微镜这些表征手段证实了每步实验的可行性.所得数据证明该修饰方法可进一步用于金纳米棒的生物应用.【期刊名称】《化学传感器》【年(卷),期】2011(031)002【总页数】9页(P33-41)【关键词】纳米金棒;癌细胞;自组织【作者】熊瑞瑞;何彦【作者单位】化学生物传感与计量学国家重点实验室,湖南大学化学化工学院,湖南长沙410082;化学生物传感与计量学国家重点实验室,湖南大学化学化工学院,湖南长沙410082【正文语种】中文0 引言金纳米粒子具有非常有趣的光学性质，这种特殊的性质来源于入射光与金属纳米粒子的自由电子相互作用：当入射光的波长与自由电子的振动频率发生共振耦合时，就会产生表面等离子体共振（Surface Plasmon Resonance，SPR），在紫外可见光谱上显示强的吸收峰。
SPR光谱主要取决于纳米粒子的大小、形状、表面电荷、周边介质条件等。
粒子的形状不同可导致迥异的SPR，球形金纳米粒子仅表现出处于500～600 nm左右的单峰，而棒状金纳米粒子则出现两个谱峰，即纵向和横向表面等离子共振吸收峰，并且纵向等离子共振吸收峰取决于棒状粒子的径横比（从可见区到近红外区），而横向等离子共振吸收峰基本保持不变（500 nm～600 nm）。
黄金纳米粒子用于癌细胞成像
1090300050 孙双题目小三姓名等四号字摘要关键词黑体其余宋体引言黑体英文用Iimes and Romance字体正文用小四黄金纳米粒子用于癌细胞成像【摘要】黄金纳米粒子表现出独特的光学性质的高光致发光（PL）在544 nm 处的量子产率和显着增强的消光频带。
PL的产率比的金纳米棒大约高200倍，黄金纳米粒子成功地用于人的肝癌细胞（QGY）和人类胚胎肾细胞（293T）的细胞成像。
【关键词】pH诱导金纳米棒分子检测细胞成像光热癌症治疗【背景介绍】我们的目的是酸性的金纳米粒子柠康酰胺水解在敏感表面的环境中。
具有相对较小的尺寸大约为10nm的黄金纳米粒子可以有效地内在化，变成癌细胞。
而这是由 pH值的变化所引发的。
纳米粒子的表面有正电荷和负电荷。
纳米颗粒能迅速形成在细胞内的聚集体，和聚集体的胞吐作用和内吞作用影响黄金纳米粒子的聚集。
pH诱导的聚集体形成的位移由远红光和近红外吸收。
到更长的波长时吸收移位用于光热癌症的治疗，因为它保证了最大的组织渗透【解决方法】由于其新颖的光学性能，表面等离子体共振。
特别是，金纳米颗粒被广泛的用于研究生物和医学应用和生物传感器。
黄金纳米粒子的共振吸收和散射入射光通常在其表面等离子体振荡的激发可见光范围内，另外，被吸收的光子能量，由金纳米粒子可有效地转换成在一个时间尺度，作为电子 - 声子的结果和声子 - 声子过程。
黄金纳米粒子可以是一个高度有效的光热治疗剂，可以利用其强大的吸收和有效的热转换。
然而，癌症光疗经常遭受有限的组织穿透力，限制其适用范围的主要是黑色素瘤。
图像 - 敏化剂，可以在较长的波长的远红光吸收或近红外（NIR）一直在不断追求延长穿透深度。
由于大多数黄金纳米粒子在可见光范围内的光的共振需要被设计为较长的波长，才可以成功用于抗癌光敏剂。
金属纳米粒子的表面塑料周一共振严重管辖的纳米颗粒的尺寸和形状。
各种纳米结构的，可以吸收近红外光谱，包括金纳米棒，黄金纳米壳，黄金,他们还证明光热的治疗效果在近红外照明。
金纳米棒
展望与挑战
金纳米棒由于其具有的独特的光学性质，使其在生物标记、生物检测、生物 成像、疾病的治疗以及信息存储等领域有着广阔的应用前景。 如何在一些实验条件包括纳米微粒的吸收和散射截面，以及纳米微粒和靶向 抗体的结合，纳米生物分子结合体对细胞的靶向标记等都还需进一步优化。 近红外光传输到不同癌症病变细胞的最有效方法及金纳米棒光热作用机理还 有待进一步研究。 基于纳米微粒对细胞的光热损伤机制还不能很好地阐述，需要更深层次的研 究。 金纳米棒颗粒的生物无毒化修饰方面还存在着有待解决的困难。
金纳米棒（GNRs）
简介
1971年，Faulk和Taylor首先将胶体金作为标记物引入免疫学研究中。从此， 金纳米粒子引起了许多科学家的关注和世界性的研究热潮。 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, 并且发现了一些特殊的实验现象和 物理性质 。 其中研究最为广泛、最具应用潜力的是金纳米棒( NRs) , 其制备过程中采用 不同的实验参数, 可实现对其比率( 长比宽) 的精确调控。更为重要的是, 金纳 米棒有着独特的光学性质[ 棒状粒子具有横向和纵向表面等离子体共振( SPR) 双谱峰], 且纵向SPR 峰位( 从可见区到近红外区) 取决于棒状粒子的比率, 通 过控制不同比率, 可以实现纵向SPR 峰位置的人为调控。
应用——医疗诊断
纳米金由于体积小，可以被多种基团修饰和其光学特性，成为疾病诊断新的 研究对象。纳米金可以被多种物质修饰获得对肿瘤细胞的靶向性。 其诊断原理如下：①不同直径的纳米金具有特定的吸收光谱，可以对特定长 度的红外线产生吸收的峰值。②由于EGFR抗体修饰的纳米金可以选择性的聚 集于肿瘤细胞中，从而使肿瘤细胞中高浓度的纳米金之间互相作用产生等离 子共振现象，导致其吸光谱发生红移，而正常细胞中由于不存在纳米金或者 纳米金浓度过低难以产生等离子共振现象，因此应用光声和超声波谱诊断法 可以明显的区别肿瘤细胞与正常细胞，使肿瘤细胞清晰地被诊断出。
金纳米棒在生物医学中的应用
二： NRs表面修饰技术及其功能化研究进展 三： NRs在生物医学中的应用 四：应用前景展望
1、 GNRs合成方法：
晶种生长法基本原理是在反应溶液中加入一定 量的金纳米颗粒晶种（约3 nm），在表面活性 剂分子的作用下，晶种颗粒定向生长为一定轴 比的金或银纳米棒。 可通过改变溶液中晶种的量、反应物的浓度以 及溶液pH值可调节纳米棒的长短轴比值。
图3 不同条件下混合物的AR柱状图
图c、d 为800nm、1100nm激光照射后上清液(DNA)的荧光图谱 图e、f 为对应800nm、1100nm光照的FAM-DNA、TMR-DNA的释出百分比 说明: 800nm照射可从纳米囊状物中选择性释放FAM-DNA，而没有打断TMR-DNA-纳米骨状物。 1100nm照射可从纳米骨状物中选择性释放TMR-DNA，而不会打断FAM-DNA-纳米囊状物。
1、 无机材料修饰技术及功能化
用 二 氧 化 硅 来 包 覆 NRs 构 建 核 - 壳 结 构 （NRs@SiO2）将提供一种解决CTAB的毒性 和难于生物修饰问题的有效方法。 包裹二氧化硅后得到的复合粒子已经在生物 检测、生物识别领域得到了广泛的应用。
2、表面活性剂修饰技术及功能化
随着纳米技术的迅速发展，NRs已经在 生物分离、DNA检测、荧光探针、生物成像 和光热治疗、靶向药物释放等许多领域展 现了良好的应用前景，但仍然面临许多亟 待解决的问题。
1、荧光探针
用生物传感器来对病毒抗原定性定量分析，是一 个比较好的选择，快速准确方便。
2、生物成像和光热治疗
具有近红外吸收功能的金属纳米材料是一 种理想的红外断层成像的显影剂，这种成 像技术可以利用吸收或散射的光形成图像。 因为近红外激光具有良好的非离子特性和 强的机体组织的透过能力，可以避免X-Ray 和放射性检测对人体的伤害。近红外激发 是非常理想的选择，有希望在疾病的诊断 和监测中得到应用。
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
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]。
金纳米棒在生化分析及癌症治疗中的应用
金纳米棒在生化分析及癌症治疗中的应用摘要：金纳米棒作为一种新型的各向异性纳米材料，由于其独特的光学和光热性能，近几年受到科研人员的大力关注。
与球形纳米颗粒不同，金纳米棒显示出两个特征的横向和纵向表面等离子体吸收峰。
它能够在荧光共振能量转移测定中用作能量受体或将光转化为热能用于光热治疗。
特别地，金纳米棒的可控组装能引起其光学性质发生改变，使其特别适用于检测各种分析物。
金纳米棒在细胞成像和癌症治疗领域的应用，吸引了科学家们强烈的兴趣。
从而推动了金纳米棒的进一步发展，本篇文章总结了近年来金纳米棒及其组装体在生化分析及癌症治疗中的应用。
关键词：金纳米棒；组装；生化分析；光热治疗。
0 前言从上世纪到现在，金纳米粒子一直是纳米科学领域的研究热点。
1990年马丁集团通过电化学还原与棒状“硬模板”法合成了金纳米棒，这为我们研究金纳米棒提供了机会[1]。
1997年，王小组采用十六烷基三甲基溴化铵作为表面活性剂采用电化学方法合成了高分散性的金纳米棒溶液[2]。
直到2001年，Murphy和他的同事们发明了种子介导湿化学合成技术，这种合成方法简单方便，极大地促进了高纵横比金棒的合成[3]。
随后，El-Sayed组使用CTAB-包被的单晶种子代替了柠檬酸盐包被的双晶晶种，这大大提高了合成金纳米棒实验的重现性和产量（产率超过95％）[4]。
到目前为止，金纳米棒的合成技术已经相当成熟，但合成机制仍然存在争议[5]。
已经提出了使用混合表面活性剂为软模板采用电化学还原法合成金棒的机制。
还有一些研究人员认为在金棒的合成过程中，CTAB 胶束本质上是棒状的，使得金棒以此为软模板生长。
尽管已知CTAB在特定的条件下能形成棒状胶束，但不清楚棒状胶束在合成条件下是否也形成了[6]。
然而，Murphy 及其合作者认为CTAB分子偏向于优先物理吸附到金棒的长轴上。
因此，目前关于其生长机制存在许多争议[7]。
1现在，对金棒的研究兴趣主要集中在组装和应用方面（包括传感，成像和治疗癌症）[8]。
纳米金在肿瘤治疗和细胞成像上的作用
纳米金在肿瘤治疗和细胞成像上的作用姓名：于忠学院：生命学院学号：3111037016[摘要] 纳米结构与纳米技术推动了生物医学的快速发展。
纳米金因其良好的催化活性与光学特性被广泛用于纳米器件制造、纳米生物技术、纳米生物医学、纳米药理学等领域。
本文综述了纳米金在肿瘤治疗和细胞成像的最新研究进展，在强调其重要性的同时，亦指出其生物负效应，并对纳米金的未来发展作了展望。
[关键词] 纳米金；肿瘤治疗；细胞成像；当今，纳米结构与纳米技术为科学研究的热点。
纳米技术将使生物医药和医疗方式出现一场新的变革，例如基因芯片和靶向治疗技术将为医疗诊断产生深远影响。
纳米金为直径0.8—250 nm的缔合胶体，具有纳米表面效应、量子效应和宏观量子隧道效应，抗氧化性强，生物相容性好，密度高和光电性能优异等，被广泛用于催化、生物、光电子学、信息存储等领域。
目前，合成纳米金多采用Frens法和Brust法。
谭碧生等人将其归类为物理法和化学法：前者包括真空蒸镀法、软着陆法和激光消融法；后者包括溶胶法、晶种生长法、反胶束法、相转移法和模板法等，而溶胶法即为一种典型的Frens法。
合成工艺的发展推动了纳米金的应用研究，纳米金已广泛应用于纳米器件、生物医学、信息科技等高端领域。
本文重点介绍了纳米金在肿瘤治疗和细胞成像的应用研究。
1肿瘤治疗和成像医生在对早期癌症检测和诊断时，必须借助于能够识别健康组织和癌症组织的生物医学成像技术。
金纳米颗粒具有突出的表面等离子共振(Surface plasmon resonance，SPR)性质，能够在特殊波长对光进行吸收和散射：当入射光的波长与金纳米粒子的自由电子的振动频率发生共振耦合时，会产生SPR现象，在紫外到可见光谱范围具有较强的吸收峰，能增强某些特定组织的光信号，从而提高了成像对比度，在医学光成像领域中具有潜在的应用价值。
但用于生物医学光成像技术的LSPR波长应被调控在近红外波段(800一l 200 nm)，而普通的金纳米胶体在该波段由于光波被血液和软组织的吸收都处于最小，不利于深层组织病变的检测和治疗。
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金纳米棒在医疗诊断中的应用实例一
Yu等将3种不同的抗体分子偶联到3种不同长度的金纳米棒上，通过检测 免疫识别作用诱导的金纳米棒LSPR吸收峰红移(图6)，实现对3种靶分子 的同时检测，提高了检测效率。
图6
金纳米棒用于三靶标检测
——：
——：对照
三靶标检测
金纳米棒在医疗诊断中的应用实例二
Oyelere等用金纳米棒偶联核定位缩氨酸后与正 常细胞和癌细胞孵化。暗场光散射成像表明金纳 米棒可以定位于细胞质和细胞核中。单细胞的微 拉曼光谱显示，在细胞质和细胞核中的缩氨酸拉 曼光谱增强，能够分辨出良性细胞和恶性细胞 。
纳米技术在医疗方面的发展趋势
科学界与医学界正合力研究应用纳米技术诊治人 类三大重症：
A
Group
B
Group
C
Group
恶性肿瘤
心血管疾病
糖尿病
并已初见成效。
LOGO
稳定剂
抗体分子
11-巯基十一酸
目标分子
图4 金纳米棒生物分子探针示意图
Pin-激光平均功率
图5 置于盖玻片的癌细胞的双光子成像: (a)未标记细胞的双光子自荧光成像； (b)金纳米棒标记的细胞的双光子成像； (c)未标记细胞的双光子成像。
纳米技术在医疗成像中的应用
正电子发射计算机断层显像 ( PET) 技术已被 用于医疗成像。但目前大部分 PET探针是小分 子化合物,经常遇到代谢过快、 无法在靶部位 有效浓集等问题。利用纳米材料携带 PET探针, 能够改善这些存在问题, 从而获得更好的成像 效果。 核磁共振成像技术 (MRI) 是一种对活性组织的 解剖结构进行成像的强大工具。纳米粒子核磁 共振大大提高了成像技术的精密性。交联氧化 铁纳米粒子是一种用于示踪体内单个细胞的纳 米粒子。
靶向定位能力
在过去的二十多年中,基础肿瘤生物学取得了卓越的 进展,然而这些进步却很少能转化成临床应用。究其根源, 缺乏有效的治疗手段, 无法做到在有选择性地治愈肿瘤的 同时对身体其他部分造成少量甚至零的损伤是主要原因。 通常来说,增加药物功效的途径有2个:一是增加药物对靶 标的选择度 ; 二是改造药物成分 ,使之能克服生物体内的 屏障,从而更快更有效地到达靶标。纳米粒子表面具有高 度的可修饰性,使用纳米粒子靶向输药将大大改进对肿瘤 及其他疾病的治疗手段。通过修饰纳米粒子的表面化学 特性,研究人员现在能够将成像、 靶向和治疗成分附着在 同一个纳米粒子表面,同时还能显著增强信噪比,并且不需 要再用同位素来标记药物。
图1 纳米粒子的相对大小
生物相容性
对纳米粒子表层进行化学修饰可增强其溶解能力和生物 相 容 性 。 在 纳 米 粒子 表 面 附着 亲 水 多聚 物 , 如聚 乙 二 醇 ( polyethylene glycol, PEG) , 可以大大改善纳米粒子的 亲水性能 (即溶解能力 ) 和在体内的相容性 , 同时还可保护附 着的蛋白免受体内酶的降解。没有任何表面修饰的纳米粒子 当被注射到血管内时 , 会很快被血管中的网状内皮组织系统 清除 , 而表面带有亲水基团的纳米粒子更不易被调理和被巨 噬细胞清除 , 因此具有更长的半衰期。纳米粒子的表面电荷 也能影响它的生物相容性和穿越生物体内屏障的能力。纳米 粒子的生物相容性优势将大大推进药物的发明与制造。美国 食品与药物管理局( FDA)现已批准使用和投入市场的就有若 干种类的分子实体, 其中有目前应用最为普及的为脂质体。 脂质体（Liposome) 是一种定时定向药物载体，属于靶 向给药系统的一种新剂型。
图7 细胞分别与GNRs和GNRs/缩氨酸孵育的暗场成像 （a、c）正常细胞分别与GNRs和GNRs/缩氨酸孵育
（b、d）癌细胞分别与GNRs和GNRs/缩氨酸孵育
纳米技术在医疗诊断中的应用
量子点基础上的诊断技术 荧光量子点 (又称纳米晶体 )是另一类有望应用于 光学分子影像的纳米材料 , 其直径约为 1 到 10nm 。 由于尺度量子效应, 它们表现具有独特的光致发光 性能 : 发射波长范围窄 , 斯托克斯 ( Stocks) 位移 大,量子产率高, 荧光寿命长,化学和光学稳定性好。 由于吸收光谱重叠范围宽, 可采用单一波长的激光 为激发光源,实现多色标记,特别适合于活体细胞成 像和多组分同时检测。
纳米技术在医疗成像中的应用
金纳米棒在医疗成像中的应用
金纳米棒(gold nanorods，GNRs)是一种胶囊状的金纳米颗粒，比球形金 纳米粒子具有更为奇特的光电性质，有可调的表面等离子共振特性(SPR)以 及合成方法简单、化学性质稳定、产率高等优点。
金纳米棒作为一种新型的近红外荧光探针，具有以下优点：
大小 生物相 容性
.
纳米技术的优势
靶向定 位能力
大小
纳米技术最显而易见的优点就是它的大小。纳米级的 装置或者其主要部分与生物体的大小基本相当（如图1 所示）。纳米粒子直径< 20 nm, 可以自由进入血管壁, 例如磁性纳米粒子,可以用来对扩散到淋巴结的病症进 行成像。此外, 纳米粒子小到能够避免脾脏和肝脏吞噬, 用它来输药能大大延长药物的代谢周期。另一方面,尽 管纳米粒子非常微小,但是它们已经足够容下几万个原 子和小分子, 例如核磁共振造影剂钆( gadolinium, 原 子序64, Gd) ,从而为观察早期肿瘤的发生及一些其他疾 病提供了更高的敏感度。
a．用近红外光激发对活细胞的损伤很小，适于活体观察，光漂白作用小； b．在组织中近红外光比可见光的透过率高，可达几个厘米，不受自身背景 荧光及光在体内组织上散射等因素干扰，因而可实现深层组织的生物成像， 能够进行体外或体内的非破坏、非介入性分析。
金纳米棒在细胞中成像原理：
金纳米棒的强光学散射和吸收特性，特别是其具有的纵向可调谐的 SPR峰 使其更适合作为光学探针，用于生物细胞成像的研究。
LOGO
纳米技术在医疗诊断、 成像方面的应用
主要内容
前言
纳米技术的优势 纳米技术在医疗成像中的应用 纳米技术在医疗诊断中的应用 纳米技术在医疗方面的发展趋势
前言
长度仅为 1~ 100 nm 的纳米装置能够自 由进出人体细胞, 与以往的诊断和治疗手 段相比具有体积小, 生物相容性好和器官 靶向能力强等优势, 为生物医学研究提供 了新的多功能平台。如纳米载体则能够 大大提高靶向释药的剂量和精确度以及 降低毒副反应 , 从而在人体无创的状态下 更有效地治疗肿瘤。
纳米技术在医疗成像中的应用
图2 不同长短轴比率的金纳米棒的SPR图, LSPR峰随金纳米棒的长短轴比率增加而红移
金纳米棒在医疗成像中的应用实例一
2005 年美国 Purdue 大学的研究人员 Wang 等将 金纳米棒颗粒注入实验鼠体内 , 在其流经血管时 , 利用双光子成像技术(TPL)透过皮肤得到了血管结 构的原位图像(见图3)。记录的图像比传统荧光染 料法明亮得多,单个金纳米棒颗粒比单个罗丹明6G 分子（一种荧光染料，邻苯二酚类）发出的双光 子荧光要亮58倍。
纳米技术在医疗成像中的应用
金纳米颗粒具有突出的表面等离子共振性质。这种特 殊的性质来源于入射光与金纳米粒子的自由电子相互作用 : 当入射光的波长与自由电子的振动频率发生共振耦合时 , 就会产生表面等离子体共振 (SPR), 在紫外 - 可见光谱上显 示强的吸收峰。SPR峰的位置主要取决于以下几个因素:纳 米粒子的大小、形状、表面电荷、环境介质条件等。与球 形的纳米金颗粒相比 , 棒状的金纳米颗粒具有更为特殊的 SPR 性质。球形的纳米金颗粒表现为单一的 SPR 峰 , 而棒状 金 纳 米 颗 粒 则 具 有 横 向 和 纵 向 两 个 SPR 峰 。 其 中 纵 向 SPR(LSPR)峰的位置取决于金纳米棒颗粒的长短轴比,因此 通过制备不同长短轴比的金纳米棒颗粒 ,可以实现其人为 调控（从可见光区到近红外区，见图2）。纳米技术Fra bibliotek医疗诊断中的应用
纳米粒子基础上超声成像诊断技术 包含气体分子纳米颗粒基础上的超声成像与治疗 一体化技术正在快速发展,其能够对癌组织的功能、 结 构 、 分 子 特 征 进 行 综 合 评 估 。 微 气 泡 (mi crobubble) 与纳气泡 ( nanobubble) 已经被用作 人体癌组织与动物肿瘤模型超声的造影剂。微气 泡与纳气泡的生物兼容性非常好 , 是多种模式成 像、 动态成像系统的候选造影剂。
(a)两个血管的 发射图像
(b)通过血管的 金纳米棒颗粒 的双光子图像
(c)发射图和单幅 的双光子图像的 叠加图
(d)与c图对应的 双光子强度谱 图
图3 单个金纳米棒在实验鼠耳血管的原位成像
金纳米棒在医疗成像中的应用实例二
Yakar 等应用抗体与抗原之间的特异性识别作用 , 使 用 聚 苯 乙 烯 磺 酸 钠 (PSS) 和 抗 体 (anti-EGFR antibody)来修饰CTAB（十六烷基三甲基溴化铵， 不仅是支持电解质 , 而且还是 AuNRs 的稳定剂和保 护剂 ）稳定的金纳米棒制备生物探针（见图 4 ）。 随后用抗体修饰的金纳米棒颗粒与 EGFR 过度表达 的癌细胞发生特异性识别而标记癌细胞,利用金纳 米棒的光学特性进行了癌细胞的双光子发光成像 研究工作,结果表明利用金纳米棒的双光子发光成 像可以深入生物组织 75μ m 。在同等情况下 , 与双 光子自荧光成像相比,成像亮度高3倍(见图5)。
纳米技术在医疗诊断中的应用
金纳米棒在医疗诊断中的应用
纳米金由于体积小，可以被多种基团修饰和其光学特性， 成为疾病诊断新的研究对象。纳米金可以被多种物质修饰 获得对肿瘤细胞的靶向性。其诊断原理如下：①不同直径 的纳米金具有特定的吸收光谱，可以对特定长度的红外线 产生吸收的峰值。②由于EGFR抗体修饰的纳米金可以选择 性的聚集于肿瘤细胞中，从而使肿瘤细胞中高浓度的纳米 金之间互相作用产生等离子共振（ plasmon resonance ） 现象，导致其吸光谱发生红移，而正常细胞中由于不存在 纳米金或者纳米金浓度过低难以产生等离子共振现象，因 此应用光声和超声波谱诊断法可以明显的区别肿瘤细胞与 正常细胞，使肿瘤细胞清晰地被诊断出。