金纳米粒子的细胞毒性(七)：毒性机理
金纳米粒子的制备及表征研究
盖 的 铜 网 上 ， 液 挥 发 至 干 ， 后 在 操 作 电 压 溶 然
２０ Ｖ 时摄 取 Ｔ Ｍ 图像 。 ０ｋ Ｅ
３ 结 果 与机 理 探 讨
２１ 年第 ３ ０１ 期
Ｓ ｎｔ ｅ ｉ ｎ ｙ ｈ ｓ ｓ ａ ｄ Ｃｈａ ａ ｔ ｒ ｚ ｔＯ ｆ Ｇｏ ｄ Ｎａ Ｏ ａ ｔｃ ｌ ｒ ｃ ｅ ｉａ ｉ ｎ ０ ｌ ｎ ｐ ｒ ｉ ａ ｓ
Ｗａ ｇＪ ｎ Ｙ ｈ ｎ ｚ ｏ Ｌ Ｚｊｎ ｎ ｉｇ， ｉ ｏ ｇ ｈ ｕ， ｉ ｉｉｇ Ｚ
ｇ ． ｈ ｍ ｅＦ］ ０ ４ １ ４ １ ， ９ －３ ６ Ｙ Ｃ ｅ ．ｎ ｖＪ ．２ ０ ， ０ （ ） ２ ３ ４ ．
［］Ｍｏｅｎ ｎ ２ ｒｒａ ｓＭ，Ｄ ｎ ｅ ａ ｅｌ Ｇ，Ｄ ｍｅ ．． ｅ ｓｔ ｅｃ ｌ ｉａ ｍｅａ ｓ ｅ ｙＪ Ｓ ｎ ｉｖ ｏｌ ｄ ｌ ｔｌ ｉ ｏ
图 ２ Ａｕ纳 米 粒 子 Ｔ Ｍ 图 Ｅ
（ ｏｄ ｏ ｉ ｅ ｇ ｌ ｒ ｓｌ ｒ） ｓａｎｎ ｆ ｐｒ ｅｎ ｌｔ ｎ ｉｒ ｃ ｌｕｏ ｅ ｍ ｅ ｖ ｔ ｉｉｇ ｏ ｏｔｉ ｂｏ ｓ ｏ ｎ ｔ ｅｌｌｓ ｍ－ ｏ
ｂａ ｅ．Ａｎ ｌ ｉｅ ｅ Ｊ ，１８ ，１ ５ １ ． ｒｎ ｓ ａ Ｂｏ ｈｍ［］ ９ ５ ４ ：３ ５
机 理 探讨
［ ］吴泓橙 ， ３ 董守安 ， 董颖男 ， 等．金纳米 粒 子的 阳光光化 学合 成和
晶种媒介生长． 高等学校化学学报 ［］ ２０ ，８ １ ： 一１ ． Ｊ ，０ ７ ２ （ ） ｌ Ｏ ５ ［ ］董守安． ４ 纳米技术中的金元素． 贵金属口］ ２ ０ ，４ ５ —６ ＿ ，０ ３ ２ ：４ ｌ ［ ］Ｔ ｒｅ ｉ ， ．Ｃ ｌ ｉ ｌ ｏ ．Ｐ ｒ Ｉ Ｈ ｓ ｒ ａ ａｄＰ ｅ ａａ ５ ｕｋ ｖ ｈ Ｊ ｏ ｏ ａ Ｇ ｌ ａｔ ． ｉ ｏ ｉ ｌ ｎ ｒｐ ｒ ｃ ｌｄ ｄ 一 ｔ ｃ － ｔ ｅ ｓｅ ｓ ｉ ｐ ｃ ，Ｍｏｐ ｏｏ ｙａ ｔ ｃｕｅ ｏ ｕ ［ ］ ９ ５ １ ｖＡ ｔ ｒｈ ｌ ｎ Ｓｒ ｔｒ ｇ ｄ ｕ ．Ｇ ｌ Ｂ ｌ Ｊ ．１８ ， ８ ｄ ｌ
8.1金纳米团簇
8.1金纳米团簇 8.1金纳米团簇
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1 金属纳米团簇概述 在各种最新开发的纳米材料中,金属纳米团簇在最近二十年内取得了巨大的进展.金属纳米团簇通常小于2纳米，这一尺寸相当于电子的费米波长，导致粒子的连续态密度分裂成离散的能级，一些独特的光学和电子性能由此产生，包括HOMQ-LUMO跃迁、光致发光、光学手性、磁性以及量子化充电等。最近几年，贵金属纳米团簇,如Au、Ag团簇由于其合成简单、生物相容性好、稳定性好等优点，得到了广泛的研究，同时也有其他一些金属被合成出纳米团簇，如Cu和Pt，只是相对于Au、Ag纳米团簇,Cu、Pt纳米团簇的种类要少的多,特别是Cu在空气中对氧气较为敏感，因此想要制作出小于2纳米的铜团簇极具挑战性，而Pt团簇的合成方法目前还尚未成熟。最近，过渡金属团簇也被研究者所报导，如铁和镍.
团簇的溶解度受配体极性和溶剂种类的控制，与疏水配体保护的纳米团簇相比,亲水配体保护的团簇在水中具有更好的溶解性，含羧基和磺酸基的亲水性配体可用于表面改性,增加团簇的水溶性,有助于扩展其生物应用。不仅如此，由于水溶性配体的富电子性，水溶性团簇常常展现出比非水溶性团簇更强的荧光，这一性质也极大地扩展了水溶性团簇的生物应用.近年来，以水溶性荧光团簇为荧光材料的研究发展迅速,水溶性团簇的应用也从最初的金属离子检测、细胞荧光成像发展到药物的递送、抗菌及癌症等重要疾病的治疗。相较于其他荧光材料，水溶性团簇有着其独特的优势.例如,相比于传统的有机染料荧光分子，团簇的光稳定性更加优异,光漂白性更低，更有利于进行生物样本中的长时间的荧光跟踪：相比于半导体量子点荧光材料，水溶性荧光团簇的潜在生物毒性更低，具有良好的生物相容性：相比于大尺寸的纳米颗粒,水溶性团簇具有极小的尺寸，这有助于其通过多种生物屏蔽，可以更容易地达到生物组织深处，较小的尺寸也更有利于团簇从生物体中代谢出来。而且，水溶性团簇的原子精确特性，有助于我们从原子层面更好地理解和解释团簇与生物体中生物分子的相互作用，更有助于团簇的理论与应用的发展。由于目前水溶性金属纳米团簇的研究中金团簇和银团簇的研究都较为成熟,因此下文着重介绍金团簇以及银团簇目前的研究成果。
一种金纳米粒子制备及表征研究
有生物相容性 的胶体 金纳米粒子 ， 使用壳 聚糖 、 巴胺 、 基酸 、 多 氨 环糊精 等做稳定 剂和表面修饰的制备研究也有报道 Ｉ 。 ４
中， 保持沸腾并定容 ， 数分钟后冷却。
． 采用葡 萄糖 一 柠檬 酸钠水溶液体系制备 Ａ ｕ纳米粒子 ， 用 １ ３ 纳米 粒子 的表 征 不 Ａ ｕ纳米粒子 以 ｕ Ｖ—Ｖ ｓ吸收 光谱 表征 和 Ｔ Ｍ 表征 ，Ｅ ｉ Ｅ ＴＭ 加入制备纳米 金胶体 时常 用 的高 分子 聚合物 保护 剂 Ｐ Ａ（ 乙 Ｖ 聚 溶液 挥发 至 烯醇） Ｐ Ｐ 聚乙烯吡 咯烷 酮 ） ， 且 葡萄糖 作为 人体 的基本 的样 品制备 是将 胶体 溶液滴 在碳 膜覆 盖 的铜 网上 ， 、Ｖ （ 等 并 然后在操作 电压 ２０ Ｖ时摄取 Ｔ Ｍ 图像 。 ０ｋ Ｅ 元素和最基本 的医药原料 ， 对人体无 毒副作用 。由于 Ａ ／ ｕ Ｃ催 化 干 ，
剂被应 用于催 化葡 萄糖 为葡萄 糖酸 的反应 。这样 ， 可 能简 化 有 合成 Ａ ／ ｕ Ｃ催化剂及其 液相 催化反应的手续 。于是 ， 在本研究 中 提出了一种 简单 的 Ａ ｕ纳米 粒子 的化 学制 备方法 。通过对 胶体 溶液 ｕ Ｖ—Ｖｓ ｉ 吸收光谱和粒子的 Ｔ Ｍ表 征 ， Ｅ 获得 了 良好 球形 和 单分散 的金 纳米 粒子 ， 同时对金纳米粒 子成 核机理进行 了探讨 。
Ｓｙ ｔ ｅ ｉ ｎｄ Ｃｈａ ａ ｔ ｒｚ ｔｏ ｆ Ｇｏ ｄ Ｎａ ｏ ｒ ｉ ａ ｓ ｎ ｈ ｓｓ ａ ｒ ｃ ｅ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｌ ｎ ｐａ ｔｃ ｌ
Ｚ — ｎ ＬＵ Ｗ ｉ， Ｏ ｈｕ— ｒ ｉ ｒ ｇ ， Ｉ பைடு நூலகம் ｅ Ｄ ＮＧＳ ｏ ａｔ ｉ （ ｃｅｃ ｏ ｅｅ ｏ ｇ ｅＵ ｉ ｒ ｔ，Ｋ ｙＬ ｂ ｒｔ ｙｏ ａ ｒ ｈ ｒ ａｅ ｔ ａ ＆ Ｃ ｅ ｉ ｌ ｉ ｏｙｏ ｕ ｎｎ １Ｓ ｉ ｅＣ ｌ ｇ ，Ｈ ｎｈ ｎｖ ｓ ｙ ｅ ａｏａ ｒ ｆ ｔ ａ Ｐ ａｍ ｃｕｉ ｌ ｎ ｌ ｅｉ ｏ Ｎ ｕｌ ｃ ｈ ｍ ｃ ｏ ｇ ｆ ｎ ａ ａＢ ｌ Ｙ
安康德美纳米黄金粒子科技介绍
纳米黄金棒
国家发明专利，全球技术领先
纳米黄金棒专利：ZL201310150970.5 棒状纳米黄金号称“24小时智能美容师”，护肤功效高出非棒状纳米黄金20倍 以上。 国际上唯一不使用CTAB的棒状纳米黄金
CTAB是有毒的阳离子表面活性剂，通常用作纳米黄金的稳定剂。
摘自《化妆品安全技术规范》 2015版
纳米银祛痘护肤品，面膜。即将上市；
纳米银化妆品高端防腐剂:
“部分或完全替代”常见小分子类防腐剂，在研；
纳米银妇科紧致修复凝胶：
具备“高效抑菌、组织修复与阴道紧致”功效的温敏型凝胶医疗器械产品， 在研；
纳米银高端医用抗菌敷料：
具备抗菌，防止二次机械创伤，减少水份蒸发，促进组织再生功效。主要 用于烧伤、烫伤、溃疡（大面积）及皮损创面，供皮区、植皮区创面等。 在研。
纳米金棒可以促进伤口愈合 • 改善生长因子、胶原的表达，加速细胞再生，真皮与表皮增厚明显 • 试验显示纳米金棒可以在一定浓度范围内促进人体正常皮肤细胞的增
殖，随浓度的增加，其对正常细胞增殖（人体表皮细胞、人体皮肤成 纤维细胞）的促进作用增加
Ji Eun Kim et al，Biomater Sci. 2015 Mar;3(3):509-19
黄金美容，古已有之。
国际知名品牌香缇卡、雅诗兰黛、莱珀妮、雅姿、彼得罗夫等推出的纳米黄金美容产品被众多一线大 咖明星争相使用。2015年釜山电影节，安利的雅姿黄金面霜系列产品全球首发，大放异彩，其核心 原料就是纳米黄金（非棒状纳米黄金）。
纳米黄金棒
是一种外形呈棒状的纳米金微粒，长度在20nm到200nm范围连续可调，宽度在5nm到100nm范围连 续可调。由于纳米金微粒带有表面电荷，因此在光照影响下，沿其表面产生两种不同频率的等离子共振 吸收峰，分别对应于可见光(~520nm)和近红外(~800nm)波段。
纳米塑料毒效应及机制研究
纳米塑料毒效应及机制研究纳米塑料毒效应及机制研究随着纳米技术的发展，纳米材料的应用越来越广泛。
然而，纳米材料的毒性问题也越来越引起人们的关注。
纳米塑料作为一种新型的纳米材料，其毒性效应及机制研究也备受关注。
纳米塑料的毒性效应主要表现在以下几个方面：1. 细胞毒性：纳米塑料可以进入细胞内部，影响细胞的生长和分裂，导致细胞死亡。
2. 免疫毒性：纳米塑料可以影响免疫系统的功能，导致免疫系统的异常反应。
3. 神经毒性：纳米塑料可以影响神经系统的功能，导致神经系统的异常反应。
4. 生殖毒性：纳米塑料可以影响生殖系统的功能，导致生殖系统的异常反应。
纳米塑料的毒性机制主要包括以下几个方面：1. 氧化应激：纳米塑料可以引起氧化应激反应，导致细胞内部的氧化应激反应增加，从而导致细胞死亡。
2. 炎症反应：纳米塑料可以引起炎症反应，导致免疫系统的异常反应。
3. 线粒体损伤：纳米塑料可以引起线粒体损伤，导致细胞的能量代谢异常，从而导致细胞死亡。
4. DNA损伤：纳米塑料可以引起DNA损伤，导致细胞的遗传信息发生改变，从而导致细胞死亡。
为了更好地研究纳米塑料的毒性效应及机制，需要从以下几个方面入手：1. 研究纳米塑料的生物分布和代谢途径，了解其在生物体内的行为和作用。
2. 研究纳米塑料的毒性效应和机制，探究其对生物体的影响和作用机制。
3. 研究纳米塑料的安全性评价方法，建立科学的评价体系，为纳米塑料的应用提供科学依据。
总之，纳米塑料的毒性效应及机制研究是一个复杂而重要的课题。
只有深入研究其毒性效应及机制，才能更好地保障人类健康和环境安全。
纳米材料的生物安全性
纳米材料的生物安全性研究田蜜（湖北的二师范学院化学与生命科学学院，武汉，430205）摘要综述了包括富勒烯(C60)、氧化铁、氧化铝、氧化锌、二氧化钛、二氧化硅等在内的多种典型的碳基纳米材料、金属及其氧化物纳米材料和半导体(绝缘体)纳米材料的生物安全性研究进展。
关键词：纳米材料；纳米生物安全；纳米毒理学：毒性AbstractIncluding of fullerenes (C60) are reviewed in this paper, ferric oxide, aluminum oxide, zinc oxide, titanium dioxide, silica, such as a variety of typical carbon nano material and semiconductor, metal and oxide nanomaterials (insulator) biological safety of nanomaterials were reviewed.Key words: nano materials; Nano biological safety; Nanotoxicology: toxicity引言纳米粒子尺寸小、比表面积大、表面态丰富、化学活性高，具有许多块体及通粉末所没有的特殊性质，许多在普通条件没有生物毒性的物质，在纳米尺寸下却表现出很强的生物毒性[1]。
与此同时，纳米材料可能产生的负面效应特别是对环境和健康的潜在影响，也引起了人们的关注。
2003 年4 月，Science 首先发表文章讨论纳米材料可能产生的生物安全性问题[2]。
随后，许多学者相继开展了纳米材料的毒理学研究。
本文将一些学者的研究进行了综合，希望对各位有所帮助。
一、纳米安全性问题的提出纳米科技预计也将给人类生活带来巨大的变化，因而成为发展最快的研究和技术开发领域之人们在逐渐认识纳米科学技术的优点和其潜在的巨大市场的同时，一个新的科学问题及社会问题—一纳米效应与安全性，引起人们广泛关注。
【国家自然科学基金】_纳米金颗粒_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140731
2011年 科研热词 钠基蒙脱石 金红颜料 透射电子显微镜 适体 载金催化剂 臭氧分解 聚乙烯吡咯烷酮(pvp) 组成 纳米金制备 纳米金催化 纳米金 紫金泥 硼氢化钠还原剂 环境工程 溶胶负载法 浸渍法 柠檬酸钠还原剂 显微结构 插层 凝血酶 共振散射光谱法 推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2012年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43
科研热词 纳米金 dna 纳米金颗粒 电化学免疫传感器 间接竞争免疫 银染 过采样 表面等离子体共振 聚苯乙烯 聚丙烯 纳米金组装 纳米生物传感器 石墨烯 甲胎蛋白 甲氧檗因 生物传感器 特异性寡核苷酸探针 特异性 牛血清白蛋白 激光扫描共聚焦显微镜 汞 核酸探针 显微成像 散射成像 效率 扩散-聚合 微电极 宫颈癌细胞 多巴胺 多壁碳纳米管 基因芯片 叶酸 克伦特罗 乙烯-辛烯共聚物 乙型肝炎病毒 三维相位重建 x射线相干衍射成像 taqdna连接酶 pprv pcr aunps 1-萘酚磷酸酯 "树枝状"信号放大
科研热词 纳米金 锂离子电池 碳热还原 集成芯片 金属膜 金 载金催化剂 表面等离子体共振 药物 臭氧分解 纳米粒子 纳米流体 纳米免疫磁颗粒 糖化血红蛋白 盐酸小檗碱 电流变液 电催化氧化 电位型 甲醛 生物传感器 牛血清白蛋白 活性炭 毛细管电泳 核酸适配体 树状聚合物 憎水性金纳米粒子 微波辐射 微加工 大肠杆菌o157:h7 复合合金负极 喷雾干燥法 喷雾干燥 合金负极 双折射 原位还原 化学工程 化学传感器 功能化胶体金 分子探针 共振散射光谱 光度法 作用常数 体层摄影术,x线计算机 w/o型微乳液 k+ cmos 4-十二烷氧基苄胺
金纳米粒子与蛋白质的相互作用及其应用_叶春洁
中国科学: 化学 2012年第42卷第12期: 1672 ~ 1682 SCIENTIA SINICA Chimica 《中国科学》杂志社SCIENCE CHINA PRESS自然科学基金项目进展专栏评述金纳米粒子与蛋白质的相互作用及其应用叶春洁①②, 赵玉云②③, 陈嵘①*, 蒋兴宇②*①武汉工程大学化工与制药学院, 武汉 430073②国家纳米科学中心, 北京 100190③清华大学化学系, 北京 100084*通讯作者, E-mail: rchenhku@; xingyujiang@收稿日期: 2012-07-25; 接受日期: 2012-08-20; 网络版发表日期: 2012-11-09doi: 10.1360/032012-393摘要金纳米粒子与蛋白质间存在多种作用方式, 包括物理吸附、化学共价结合以及非共价特异性吸附等. 金纳米粒子表面等离子体共振效应引起可见光区的特征吸收及表面增强拉曼散射, 常用来研究金纳米粒子与蛋白质间的相互作用. 金纳米粒子与蛋白质间的作用与纳米粒子的尺寸、表面化学及蛋白质的大小、电荷、氨基酸残基有关. 利用金纳米粒子与蛋白质的相互作用及纳米金的谱学性质, 可以对疾病或环境污染进行简单、高效、低成本检测, 也可用于疾病治疗. 关键词金纳米粒子蛋白质相互作用检测疾病治疗1 引言蛋白质是生命的物质基础, 在体内执行多种生物学功能, 如酶的催化、能量运载和储存、免疫保护等. 某些蛋白质的高表达与疾病的发生有关, 常作为疾病检测的信号, 调节蛋白质的表达则可实现疾病治疗[1]. 纳米技术的发展极大地提高了疾病检测的灵敏度和药物的疗效, 其中金纳米粒子因其特殊的物理化学性质而得到广泛应用. 金纳米粒子的一个重要的光学特征是局域表面等离子体共振效应(local surface plasma resonance, LSPR), 入射光与纳米金表面等离子体发生共振, 纳米金会吸收与共振频率相同的光波, 形成其特征吸收光谱. 直径为5~20 nm的纳米金的特征吸收波长在520 nm左右, 溶液呈现鲜亮的酒红色, 随着尺寸增大或纳米颗粒间距变小, 吸收波长红移, 溶液颜色呈紫色、蓝色或灰色, 甚至发生聚沉[2]. 利用纳米金的这种颜色变化, 可对蛋白质、小分子、金属离子等进行可视化检测, 实现疾病、环境相关问题的简单、实时、快速、低成本监测[3~6].目前已有各种基于金纳米粒子的免疫试纸商品, 如早孕试纸和HIV试纸条. 金纳米粒子本身的LSPR 效应引起的光热效应可用于医疗[7]. 其他特点, 如对巯基、氨基、磷等具有高亲和性而容易进行表面修饰, 较大的比表面积使所负载的药物呈现局部高浓度, 纳米粒子易于被细胞吞噬, 低细胞毒性等, 使其作为优良的药物载体而用于疾病治疗[8]. 研究金纳米粒子与蛋白质的相互作用为其生物医学应用奠定了基础. 本文从金纳米粒子与蛋白质的相互作用出发, 介绍了利用金纳米粒子光学性质进行蛋白质、分子、重金属离子的检测, 以及金纳米粒子在疾病治疗方面的应用.2 金纳米粒子与蛋白质的相互作用2.1 金纳米粒子与蛋白质间的作用方式金纳米粒子与蛋白质之间的相互作用方式有物理吸附、化学共价结合和非共价特异性吸附等.金纳米粒子与蛋白质间的物理吸附主要来源之化学生物学专刊中国科学: 化学 2012年 第42卷 第12期1673一是纳米粒子表面配体与带电荷的蛋白质间发生静电吸附. 金纳米粒子表面的配体可带正电荷、负电荷或不带电荷, 决定了与之发生相互作用的蛋白质的种类及相互作用强度. 柠檬酸、酒石酸、硫辛酸等含羧基的化合物稳定的金纳米粒子易吸附带正电荷的蛋白质. 免疫球蛋白G(IgG)的等电点为7, 在pH 值为5.5的溶液中, 正电性的IgG 可通过静电作用固定在上述金纳米粒子的表面[9, 10]. 蛋白质的正电性越强, 与负电性的纳米粒子间的静电相互作用也就越强[11]. 此外, 金纳米粒子还以范德华力、亲疏水作用等和蛋白质相互作用.化学共价结合包括含有巯基的蛋白质与金纳米粒子表面形成Au -S 键而发生化学吸附作用, 或蛋白质的N 端与金纳米粒子表面修饰的羧基分子通过碳二亚胺盐酸盐/N -羟基琥珀酰亚胺(EDC/NHS)进行酰胺键偶联. 金纳米粒子与半胱氨酸的巯基可形成Au -S 键, 含有四半胱氨酸基序(tetracysteine motif, C-C-P-G-C-C)的蛋白质可牢固地吸附于金纳米粒子表面, 不能被二硫苏糖醇(DTT)置换[12]. 这种方法可提高蛋白质与金纳米粒子的亲和性, 同时保留蛋白质的活性部位, 减少其他分子与金纳米粒子间的非特异性吸附. 但是该方法需要对目标蛋白进行半胱氨酸基序修饰, 增加了应用成本. 相比而言, EDC/NHS 活化金纳米粒子表面羧基来偶联蛋白质的方法更为简单和普遍[13].金纳米粒子与蛋白质的非共价特异性吸附主要是指金纳米粒子表面分子可特异性地结合蛋白质, 如抗原-抗体、生物素-亲和素[14]、适体(aptamer)/配体(ligand)-受体(receptor)[15]、分子-分子结合蛋白[16]等系统. 硫辛酸小分子修饰的金纳米粒子通过偶联钴化合物而特异性地连接组氨酸标记的蛋白质[17]. 这种作用方式可以减少蛋白质与金纳米粒子间的非特异性吸附, 提高纳米粒子与蛋白质的利用效率.2.2 金纳米粒子与蛋白质相互作用分析方法 金纳米粒子与蛋白质相互作用的分析方法, 除了常用作蛋白质分析的傅立叶变换红外光谱(FTIR)、圆二色谱(CD)、荧光光谱、凝胶电泳以及质谱等方法外[18], 基于金纳米粒子LSPR 效应的表面等离子体共振光谱、表面增强拉曼光谱(SERS)及紫外-可见吸收光谱(UV-vis)等技术的应用更广泛.当蛋白质吸附在或结合于金纳米粒子上后, 将改变纳米粒子表面等离子体共振性质, 一方面使金纳米粒子尺寸发生变化或改变其聚集状态, 其可见光吸收光谱发生红移, 溶液颜色变成紫色或蓝色[19]; 另一方面改变金纳米粒子表面电荷, 从而引起界面介电常数的变化, 导致入射光共振角或共振波长的变化, 通过共振参数的变化可以测定体系中的目标蛋白[2, 20]. 金纳米粒子与具有特殊拉曼信号的物质如孔雀绿异硫氰酸盐、蛋白质等结合后, 可以增强的分子的拉曼散射信号[21], 获得表面增强拉曼散射信号, 从而探测金纳米粒子与蛋白质发生相互作用. 直接利用金纳米粒子在分散和团聚时显现不同的颜色的比色测定法, 即分散时酒红色, 团聚时蓝紫色, 为可视化检测金纳米粒子与蛋白质的相互作用提供了一种极为便捷的方法, 具有良好的应用前景.2.3 影响金纳米粒子与蛋白质相互作用的因素 金纳米粒子与蛋白质的相互作用方式及其作用强度, 取决于金纳米粒子的表面化学、尺寸及蛋白质的种类. 含巯基、氨基、磷等的化合物及表面活性剂等可构成金纳米粒子的表面化学, 纳米粒子的尺寸则可通过改变实验条件如还原剂、反应温度、稳定剂等控制.在pH 7.4的溶液中, 柠檬酸钠稳定的金纳米粒子与等电点大于7的蛋白质具有强烈的相互作用, 使溶液出现颜色变化或聚沉等凝絮现象(图1(a))[22]. 吐温80、聚乙二醇为端基的十一烷基硫醇(PEG-thiol)、聚(L -赖氨酸)-接枝-聚(乙二醇)(PLL-g-PEG)修饰的金纳米粒子与蛋白质的相互作用减弱, 溶液凝絮值减小(图1(b, c, f)). PLL-PEG 、PEG-thiol 修饰的金纳米粒子表面再修饰吐温可进一步减少纳米金与蛋白质的相互作用(图1(d, g)), 而在修饰PLL-PEG 或PEG-thiol 之前先修饰吐温得到的纳米金, 与蛋白质作用最弱(图1(e, h)).金纳米粒子表面具有相同密度的聚乙二醇硫醇分子(PEG-thiol, 分子量5 KD)时, 所吸附的血清蛋白随着纳米粒子的尺寸增加而减少(图2)[23]. 金纳米粒子表面PEG 密度较低时, 巨噬细胞对金纳米粒子的吞噬作用主要依赖于所吸附的血清蛋白, 蛋白量越高, 吞噬量越小. 金纳米粒子表面PEG 密度较高时, 巨噬细胞对纳米粒子的吞噬不依赖于血清蛋白, 而对纳米粒子的尺寸具有选择性, 较小的纳米粒子的吞噬量较低, 因而小尺寸的纳米粒子具有较长的血叶春洁等: 金纳米粒子与蛋白质的相互作用及其应用1674图 1 不同稳定剂稳定的金纳米粒子在不同等电点蛋白质溶液中的絮凝程度(引自文献[22]). 图中金纳米粒子表面分子分别为 (a) 柠檬酸盐; (b) Tween 80; (c) PLL-PEG; (d) PLL-PEG 与Tween 80共吸附; (e) 先吸附Tween 80 再吸附PLL-PEG; (f) PEG-thiol; (g) PEG-thiol 与Tween 80共吸附; (h) 先吸附Tween 80再吸附PEG-thiol图2 金纳米粒子的尺寸和表面PEG 的密度决定血清蛋白的吸附量(引自参考文献[23]). (a) 金纳米粒子表面的PEG 密度对血清蛋白的吸附的影响及巨噬细胞对纳米粒子的吞噬; (b) 四种尺寸的纳米粒子表面修饰不同密度的PEG 时的血清密度; (c) 定性分析修饰有不同密度PEG 的金纳米粒子吸附的血清蛋白. 纳米粒子直径分别为(i) 15 nm; (ii) 30 nm; (iii) 60 nm; (iv) 90 nm液循环时间. 金纳米粒子尺寸还会影响它与蛋白质的结合位点. 直径分别为1.5、2.0和2.9 nm 的金纳米粒子与人血清蛋白结合后, 对人血清蛋白色氨酸的光致发光淬灭效率依次增加, 这是因为较大尺寸的中国科学: 化学 2012年 第42卷 第12期1675金纳米粒子表面与色氨酸残基间的距离更近[24].3 金纳米粒子与蛋白质相互作用在检测与诊疗方面的应用3.1 金纳米粒子在检测方面的应用尽管目前已有多种蛋白质检测系统, 但是在选择性、灵敏度、成本等方面仍存在一定的局限性, 特别是近年来食品中蛋白质含量的现场快速检测需求日益增多, 所以迫切需要发展简单、快捷、低成本的检测方法. 基于金纳米粒子与蛋白质相互作用的检测方法, 在疾病、食品安全和环境监测等方面有着极大的应用价值.3.1.1 在蛋白质及分子检测方面的应用通过物理吸附、化学共价结合、非共价特异性吸附等方法可以有效地将蛋白质固定在金纳米粒子的表面, 进而特异性地与目标分子结合. 检测方式有3种, 一是金纳米粒子与目标分子作用后, 引起金纳米粒子聚集使得溶液颜色发生变化[25], 荧光淬灭[26]或增强[27]; 二是金纳米粒子先与分子A 结合后聚集引 起溶液颜色变化, 当加入与分子A 具有很强亲和力的分子B 时, 纳米粒子间的聚集消除, 溶液颜色恢 复[28, 29]; 三是目标蛋白发生化学反应后的产物引起金纳米粒子光学性质的变化来进行检测.可根据体系中蛋白质如蛋白酶或分子的功能来特异性的检测目标分子. 一种是利用金纳米粒子与蛋白间的间接作用来检测目标分子. 当罗丹明B 静电吸附于金表面时, 罗丹明B 的荧光淬灭, 同时罗丹明B 可以保持金纳米粒子稳定地分散在水溶液中, 溶液呈红色[30](图3). 乙酰胆碱酶可水解硫代乙酰胆碱生成硫代胆碱, 从而与金纳米粒子形成Au -S 键, 而置换纳米粒子表面的罗丹明B, 使得罗丹明B 恢复荧光, 同时因为罗丹明B 不再保持纳米粒子在溶液中的分散而产生聚集, 溶液颜色由红色变为蓝色. 该方法对乙酰胆碱酶的检测限可达到0.1 mU mL -1. 因为乙酰胆碱酶的浓度可以预示阿尔茨海默病, 这个方法可以高灵敏度检测小鼠模型脑脊液中乙酰胆碱酶水平而有望形成早期检测阿尔茨海默病的新方法. 在同一体系中, 当溶液中含有有机磷和氨基甲酸盐杀虫剂等乙酰胆碱酶抑制剂时, 会抑制乙酰胆碱酶图3 金纳米粒子用于检测阿尔茨海默病模型小鼠脑脊液中的乙酰胆碱酶(引自参考文献[30])的活性而减少硫代胆碱的产生, 因而金纳米粒子溶液不会变蓝, 同时罗丹明B 也不会恢复荧光[31]. 该方法对胺甲萘、二嗪农、马拉息昂、甲磷的检测限可分别为0.1, 0.1, 0.3和1 ug L -1. 该方法可实现这些物质的快速现场检测, 有望在保障食品安全方面发挥作用. 另一种思路则是利用蛋白质修饰的金纳米粒子直接与目标分子发生作用来达到检测的目的. 过氧化氢酶修饰的荧光金纳米粒子可特异性的催化过氧化氢与纳米粒子间的反应而使得纳米粒子的荧光淬灭, 过氧化氢浓度在100 nmol L -1~100 μmol L -1的范围内时, 荧光强度的淬灭呈现较好的线性关系, 从而实现对过氧化氢的定量检测, 该方法可潜在地应用于生物体内活性氧(ROS)的检测(图4(a))[32].目标分子与金纳米粒子表面蛋白质间的亲和性可以改变体系原有的荧光或其他光学性质. 目标分子可抑制发光物质(如荧光金量子点等)与金纳米粒子表面受体间的结合, 影响发光物的荧光淬灭效率, 达到检测生物分子或小分子的目的[33, 34]. 金膜表面修饰的可卡因抗原载体蛋白可以与金纳米粒子表面的单克隆抗可卡因抗体特异性的结合, 而可卡因与抗体间具有更强的相互作用, 从而阻碍了抗体与抗原的结合, SPR 信号强度发生改变(图4(b))[35]. 金纳米粒子表面的可卡因适配体, 在可卡因的存在下, 可与可卡因结合, 从而释放之前与其相结合的化学发光物质, 金纳米粒子还可增强发光物质的化学发光信号, 从而放大可卡因的检测信号[36].叶春洁等: 金纳米粒子与蛋白质的相互作用及其应用1676图4 (a) 过氧化氢酶修饰的荧光金纳米粒子测定过氧化氢(引自参考文献[32]); (b) 金纳米粒子增强SPR 信号以检测可卡因(引自参考文献[35])点击化学(click chemistry) 可共价连接金纳米粒子与蛋白质, 或催化纳米粒子间的反应, 获得可肉眼读出的反应结果[37, 38]. 具体反应是, 叠氮和炔基可在室温下的水溶液中, 在Cu(I)的催化下高效、特异性地发生交联反应[39], 分别修饰了叠氮和炔基的金纳米粒子可形成稳定分散的溶液. 在Cu 离子存在下, 纳米粒子发生团聚, 溶液颜色从酒红色变为蓝紫色甚至无色(完全沉淀); 如果没有Cu, 溶液则维持本来的酒红色. 因为Cu(II)可以在水溶液中很容易地被定量还原成Cu(I), 所以该纳米粒子体系便可以很容易地检测Cu. 因为Cu 是催化剂, 而且金纳米粒子在浓度很低的时候都可以用肉眼看到其颜色变化, 所以该检测方法具有较高的灵敏度(达到亚微摩级); 因为只有Cu(I)可以催化该反应, 高浓度的其他金属离子和其他物质都不会干扰该检测, 所以该检测体系的选择性高. 此外, 因为体系中的功能基团, 如叠氮和炔基, 和生命中的化学分子都不会反应, 这个检测方法特别适用于生物检测领域. 例如, 利用CuO 纳米粒子标记的抗体, 可成功地把Cu 检测体系用于免疫检测, 并可以用肉眼进行高灵敏度和高选择性的艾滋病病毒HIV 检测[40, 41](图5(a)). 该系统是通过抗 原-抗体反应, 将二抗修饰的CuO 颗粒富集于孔板, 抗坏血酸将盐酸所释放的Cu(II)还原为Cu(I), Cu(I)催化修饰在金纳米粒子表面的炔基和叠氮分子发生点击反应而使纳米粒子聚集, 溶液由红色变成紫色或蓝色, 从而实现HIV 病毒的可视化检测. 这种方法对HIV 抗体检测比现有商用试剂盒可以提高数倍, 而且完全不依赖于大型仪器. 用蛋白质作为还原剂将Cu(II)还原为Cu(I), 催化金纳米粒子表面的炔基和叠氮分子进行点击反应而使金纳米粒子聚集, 根据溶液颜色的变化还可定量检测蛋白含量[42](图5(b)). 此方法可用于牛奶产品中蛋白质含量测定, 为蛋白食品质量监测提供了一种简便的方法.中国科学: 化学 2012年 第42卷 第12期1677图5 (a) 金纳米粒子肉眼检测HIV 病毒感染的血清样品(引自参考文献[41]); (b) 金纳米粒子定量检测蛋白质(引自参考文献[42])3.1.2 在重金属离子检测方面的应用环境中重金属离子(如Hg 2+、Pb 2+、Cu 2+等)严重地污染生态环境并危害人类健康. 金纳米粒子对重金属离子的检测主要基于两种机理: 一是金纳米粒子的Au 原子直接与重金属离子作用形成M 2+-Au +引起金纳米粒子的聚集而使纳米粒子荧光淬灭[43]; 二是金纳米粒子表面修饰的分子[44]、DNA [45]或蛋白 质[46]与重金属离子结合引起金纳米粒子聚集产生颜色变化或荧光淬灭.利用金纳米粒子与蛋白质间的物理吸附, 可以将蛋白质修饰到金纳米粒子上, 通过蛋白质对金属离子的选择性来检测溶液中的重金属离子. 吸附有木瓜蛋白酶的金纳米粒子在Hg 2+、Pb 2+ 和/或Cu 2+存在下发生聚集, 溶液由红色变成蓝色而实现环境污染重金属离子的可视化检测(图6), 主要是由于木瓜蛋白酶的七个半胱氨酸残基可以选择性结合Hg 2+, Pb 2+和Cu 2+[47]. 此检测体系的灵敏度受金纳米粒子尺寸的影响. 13 nm 的金纳米粒子对Hg 2+ 的检测限为2µmol L -1, 33 nm 的金纳米粒子检测限为400 nmol L -1, 而42 nm 金纳米粒子的检测限降低到200 nmol L -1.牛血清白蛋白(BSA)、溶菌酶等蛋白质修饰的荧光金纳米粒子对Hg 2+具有高选择性、高灵敏度[48, 49]. 利用BSA 在等电点下易自组装成膜的特性, BSA-Au 荧光金纳米粒子可以形成一个具有较强荧光的金纳米粒子薄膜[50]. 该薄膜的荧光可以被Cu 2+和Hg 2+淬灭, Cu 2+与Hg 2+的区别是加入组氨酸后, 被Cu 2+淬灭的荧光可以恢复, 而Hg 2+所引起的荧光淬灭是不可逆的. 硝化纤维膜(NCM)捕获BSA 修饰的金纳米粒子形成BSA-Au NPs/NCM, 铅离子(Pb 2+)和2-巯基乙醇作为浸蚀剂可以使金浸出而使红色纤维膜变为无色, 从而显著的降低膜的SPR 吸光率[51]. 铜离子可以有效地抑制Pb 2+和2-巯基乙醇的对金的浸出而保持纳米金纤维膜的SPR 吸光率, 该系统可高选择性的检测铜离子且检测限可达到纳摩尔每升.3.2 金纳米粒子在疾病治疗方面的应用 3.2.1 用于细菌感染治疗 纳米材料在抗菌方面的应用已有诸多报道, 其叶春洁等: 金纳米粒子与蛋白质的相互作用及其应用1678图6 木瓜蛋白酶修饰的金纳米粒子同时检测Hg 2+, Pb 2+和Cu 2+(引自参考文献[51]). (a) 木瓜蛋白酶修饰的金纳米粒子(P-Au NPs)与Hg 2+, Pb 2+和Cu 2+ 相互作用的示意图; (b) 金纳米粒子在不同金属离子存在下的紫外-可见吸收光谱; (c) 吸收光谱变化的定量计算; (d)自然光下的照片中纳米银(AgNPs)、纳米氧化锌(ZnO)、纳米二氧化铈、富勒烯等碳纳米材料其自身可表现出一定的抗菌活性. 纳米银的抗菌机制主要是银纳米粒子破坏细胞膜, 结合细菌蛋白质, 并抑制DNA 的复制等[52, 53]. 氧化锌、二氧化铈可诱导细菌产生ROS, 并破坏细胞外膜[54, 55]. 富勒烯、石墨烯可作为一种氧化剂进入细菌内, 诱导细菌产生氧化性损伤, 或者对细菌产生机械损伤而具有抗菌活性[56, 57]. 金纳米粒子易与带巯基或氨基的分子结合, 可以有效地穿过细胞膜而常用作药物载体. 金纳米粒子和氨基嘧啶硫醇本身都没有任何抗菌活性, 而金纳米粒子表面修饰了氨基嘧啶硫醇分子后具有抗菌活性[58]. 金纳米粒子的电荷因嘧啶分子所带基团的不同而不同, 并表现出不同的抗菌活性. 金纳米粒子可与DNA 结合, 阻止蛋白质的合成, 且正电性最高的金纳米粒子对蛋白质的合成抑制率最高, 表现出最好的抗菌活性. 金纳米粒子的抗菌机制主要是通过与细菌细胞膜相互作用, 引起膜通透性的改变和裂解, 也可能会干扰细胞内多种成分的生物学功能, 而抑制细菌的生长[59]. 转录组学和蛋白组学结果表明, 金纳米粒子会降低细菌的膜电位, 抑制ATPase 的活性而降低ATP 水平, 也会抑制核糖体中具有与tRNA 结合功能的亚基的合成, 从而干扰核糖体蛋白的形成[60]. 抗生素和金属氧化物纳米颗粒会产生活性氧来破坏细胞膜的膜蛋白、磷脂分子等, 并诱导细胞死亡. 而生命体都有一定的自身保护机制即耐药机制. 研究发现, 嘧啶小分子修饰的金纳米粒子并未引起细菌产生过多的活性氧(图7), 而其多效靶向作用一定程度上降低了细菌对金纳米粒子耐药性的发展. 因而嘧啶小分子修饰的金纳米粒子可作为一种潜在的抗生素, 来对抗日益增多的耐药菌.中国科学: 化学 2012年 第42卷 第12期1679图7 嘧啶分子修饰的金纳米粒子抑制细菌蛋白质的合成(引自参考文献[58]). (a) 金纳米粒子作用于细菌的示意图; (b) 金纳米粒子存在下pGFP 质粒的凝胶电泳图; (c) 金纳米粒子对无细菌的转录/翻译系统中蛋白质产率的影响3.2.2 其他疾病治疗阿尔茨海默症(AD)患者体内的淀粉酶β蛋白(A β)会发生折叠并自组装成淀粉小纤维, 缩氨酸Leu-Pro- Phe-Phe-AspNH2 (PEP)可以选择性的粘附在A β聚集物上. 将Cys-PEP 修饰于金纳米粒子上, 可将金纳米粒子聚集于A β淀粉小纤维上, 在高频声场的作用下, 金纳米粒子吸收辐射能后发生能量再分散, 引起淀粉酶聚集物的分解[7]. 金纳米粒子表面修饰具有疗效性和靶向性的分子如多肽, 可形成更加复杂、稳定的结构, 影响癌细胞膜蛋白的代谢[61]. 在生理学的pH 值下, 金纳米粒子可解开部分表面折叠的蛋白质, 为由蛋白质错误折叠引起的疾病提供潜在的治疗策略[62].4 结论与展望金纳米粒子与蛋白质的物理吸附、化学共价吸附、非共价特异性吸附等相互作用, 主要取决于金纳米粒子的尺寸及其表面化学. 利用金纳米粒子的表面等离子共振效应所产生的特征光吸收及表面增强拉曼散射光谱等可分析纳米粒子与蛋白质的相互作用. 比色测定法和荧光检测法是目前广泛研究的两种方法, 而比色测定法凭借其方便、快捷、不需借助仪器的优势, 在重金属离子、小分子和蛋白质的检测方面有极大的应用前景. 待测环境中的盐或一些未知的分子可能会干扰金纳米粒子的检测, 因而迫切需要稳定、可信和精确的检测方法来检测实际样品. 通过调节金纳米粒子的尺寸及其表面化学, 可以调节纳米粒子与细胞或动物体内蛋白质的相互作用, 达到治疗疾病的目的. 但是金纳米粒子进入生物体内与蛋白质的作用过程和方式还不清楚, 需要进一步研究. 深入了解纳米粒子与蛋白质间的相互作用, 是纳米粒子用于环境、生物医学诊断和治疗的关键.致谢感谢国家自然科学基金(51073045, 21025520, 90813032, 20890023, 21105018), 国家重点基础研究发展计划(973计划, 2009CB930001, 2011CB933201, 2012AA030608), 中国科学院方向性项目(KJCX2-YW-M15), 中国博士后面上项目(023260191)的资助.参考文献1 Gary Walsh(著), 谭天维, 苏国富(译). 蛋白质生物化学与生物技术. 北京: 化学工业出版社. 20062 Mayer KM, Hafner JH. Localized surface plasmon resonance sensors. Chem Rev, 2011, 111: 3828–3857。
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金纳米粒子的细胞毒性(七)：毒性机理
2016-08-16 13:02来源：内江洛伯尔材料科技有限公司作者：研发部
毒性机理目前，大多数研究认为活性氧(reactiveoxygen species，ROS)和活性氮(reactive nitrogen species，RNS)的产生是金颗粒细胞毒性的主要因素。
氧化应激是指机体在遭受各种有害刺激时，体内ROS和RNS产生过多，氧化程度超出氧化物的清除，氧化系统和抗氧化系统失衡，从而导致组织损伤。
ROS包括超氧阴离子(·O-)、羟自由基(•OH)和过氧化氢(H2O2)等；RNS包括一氧化氮(•NO)、二氧化氮(•NO2)和过氧化亚硝酸盐(•ONOO-)等。
ROS和RNS对细胞的作用具有双向性，适当水平的ROS和RNS是维持细胞正常活动所必须的。
但是当ROS，RNS过量产生而失去控制时，可能引起脂质过氧化、蛋白质氧化等，造成DNA损伤或者影响线粒体活性，对细胞造成不利影响。
Chompoosor等证明2 nm 金颗粒能够产生明显数量的ROS并对DNA造成氧化损伤。
Fan等观察到AuNPs处理过的人骨髓间充质干细胞(hBMSCs)和人肝癌细胞(HuH-7)的细胞，其产生的ROS比无金对照组有明显的增加。
Jia等的工作表明，在血清中金颗粒可以催化内源性活性氮产生NO。
他们将15 nm 的AuNPs加入血浆中，发现血液中的S-亚硝基硫醇
(S-nitrogenadducts with thiol group，即RSNOs)转化为NO的速率大大提高，并和颗粒的浓度成正比，有力地证明了AuNPs对于产生NO反应有强烈的催化作用。
这种催化作用，是胞吞AuNPs对细胞的毒性来源。
而AuNPs的催化作用是与其聚集态有关的，作用时间的增加、颗粒变大和浓度增加都有利于AuNPs聚集体的形成。
AuNPs的聚集体愈大其催化能力就愈大，
从而其毒性也就变大。
而小的AuNPs则在血液中具有相对高的聚集稳定性，而且被证明即使进入细胞核也不起作用。
因此AuNPs的细胞毒性不是直接和颗粒大小有关的，而是和它的聚集程度有关的。
AuNPs 的细胞胞吞作用还有一些特殊情况，例如上面提到的吞噬作用和胞饮作用，它们往往涉及细胞破坏，是和通过RME进入细胞的机制不一样的。
另外如间质干细胞(MSC)，本身就在不断的分化和生长中，AuNPs和它们的作用将是另一个机制。
例如Fan等观察，AuNPs处理过的成人骨髓间质干细胞(human bone marrowmesenchymal stem cell, hBMSCs)和人肝癌细胞株(human hepatoma carcinoma cell, HuH-7)的细胞，其产生的ROS比无金对照组有明显的增加。
由于干细胞有其分化和生长的特殊性，就需要另作别论，专门研究了。