多功能核壳等离激元纳米材料的制备及生物医学应用
发布时间：2020-04-19 00:27
【摘要】：多功能纳米颗粒作为载体,能够同时集成多种功能,因此在生物医学成像与疾病治疗领域表现出巨大的应用潜力。而核壳结构以其功能和结构的高度可调性,在多功能纳米颗粒的设计构建过程中具有重要意义。本论文主要基于核壳结构,通过改变内核和外壳的组成和形貌,对颗粒的表面增强拉曼光谱(Surface-enhaced Raman Spectroscopy,SERS)和光热等性能不断进行优化,最终设计得到三种新型多功能等离激元纳米颗粒,并对其物理、化学性质以及生物医学应用进行研究。本论文研究主要分为三个方面:(1)新型超顺磁金(Au)纳米壳(Superparamagnetic Nanoshells,SNs)的构建与生物应用,SNs有效集成了Au纳米颗粒的光学性质和Fe_3O_4磁性纳米颗粒的超顺磁性。具有增强的双光子荧光生物成像和磁场操纵能力,可以通过吞噬作用非特异性标记细胞,并对标记样品实现有效的分离和富集。SNs还表现出良好的SERS性能。通过将SNs非特异性标记方法引入到人脐静脉内皮细胞/人成纤维细胞共培养血管化模型,可以很好的取代传统的免疫荧光和磁珠分离技术,用于实时监控血管化进展。磁场操纵还赋予我们对SNs标记细胞一定的控制能力。(2)三角缝隙增强拉曼探针(Nanoplate-based gap-enhanced Raman tags,TGERTs)制备与性能评估。通过优化金壳包覆的完整性和厚度,TGERTs SERS信号强度可以达到传统GERTs的40倍。TGERTs还表现出比GERTs更好的光热性能。通过筛选和聚电解质改性,我们得到的iii-PSS-PDDAC具有较强SERS性能和良好光热性能,还表现出很好的生物相容性,可以很好的满足SERS生物成像和肿瘤光热治疗双重要求。(3)内嵌拉曼分子的Au@Ag核壳棒状纳米套娃颗粒(Rodlike Nanomatryoshkas,RNMs)设计,RNMs表现出超强的SERS增强能力,并且SERS和光热性质高度可调。同常见共振型拉曼探针相比,非共振型表现出更小的光热损伤和更好的光学稳定性。我们制备的非共振RNMs(银壳厚度16.7 nm)具有最佳的SERS增强能力和最小的光热效应,可以有效减少生物成像过程中的光热损伤。而共振RNMs(1.8 nm)具有很好的光热性能和中等的SERS性能,可同时用于生物成像和肿瘤光热治疗。通过系统性评估,三种多功能纳米颗粒在生物成像(双光子荧光、SERS)和肿瘤光热治疗等方面表现出了很好的应用能力。该工作可以很好的指导新型多功能纳米颗粒的设计工作。
【图文】：
图 1-1 不同形貌和尺寸的金、银纳米颗粒[16]Fig. 1-1 Gold and silver nanoparticles of different shape and size银纳米颗粒的生物医学应用面增强拉曼光谱S 是一种将纳米技术与普通拉曼光谱相结合的技术。正常的拉曼光发分析物所产生的非弹性散射。通常，分析物在光源的照射下会散射，其中弹性散射的散射光频率同激发光相同，而非弹性散射生改变，高于或低于激发光频率，而习惯上将两者统称为拉曼光起源于分子的振动和转动行为，因此，可以通过拉曼光谱得到分息，具有分子“指纹光谱”的特性。然而，普通拉曼光谱的信号平均要比荧光低 2-3 个数量级，因此很难在低浓度下实现对分析物拉曼光谱常常受到分析物本身荧光背景的干扰，进一步加大了待。为进一步提高拉曼光谱的检测灵敏度和信号强度，等离激元纳曼领域，进而产生了一门新的学科，即 SERS。纳米材料，尤其贵
发生集体振荡，进而在紫外到可见光区域产生强烈的吸收，由于通常发生面及附近区域，因此通常被称为局域表面等离激元共振(LSPR)。在发生 金属纳米颗粒表面的电磁场会显著增强，通常几个数量级，从而显著的提高强度和灵敏度，这一增强机制也被称为电磁场增强。LSPR 与金属纳米颗粒围环境的介电常数有关，也与纳米颗粒的组成、形貌和尺寸有密切关系。电荷转移共振通常发生在分析物分子直接同金属表面接触时，激发光的频物-纳米颗粒复合物的电荷转移跃迁电子发生共振，从而增强 SERS 信号，机制也被称为化学增强。当光源频率同分析物分子内部发光团的电子跃迁时，也会发生共振增强现象，是表面增强共振拉曼光谱(SERRS)的主要增强[17, 20]。在具体的 SERS 检测过程中，可能一种或几种增强机制同时起作用由检测条件下金属纳米颗粒的性质，待测分子与金属的距离和待测分子本因素决定。SERS 具有极高的检测灵敏度(甚至可以实现单分子检测)和选择纹特征谱)，可抗光学漂白和良好的光学稳定性，因此在生物化学检测、环疾病诊断，，生物医学成像等领域受到了越来越多的关注。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1;R318
本文编号：2632710
【图文】：
图 1-1 不同形貌和尺寸的金、银纳米颗粒[16]Fig. 1-1 Gold and silver nanoparticles of different shape and size银纳米颗粒的生物医学应用面增强拉曼光谱S 是一种将纳米技术与普通拉曼光谱相结合的技术。正常的拉曼光发分析物所产生的非弹性散射。通常，分析物在光源的照射下会散射，其中弹性散射的散射光频率同激发光相同，而非弹性散射生改变，高于或低于激发光频率，而习惯上将两者统称为拉曼光起源于分子的振动和转动行为，因此，可以通过拉曼光谱得到分息，具有分子“指纹光谱”的特性。然而，普通拉曼光谱的信号平均要比荧光低 2-3 个数量级，因此很难在低浓度下实现对分析物拉曼光谱常常受到分析物本身荧光背景的干扰，进一步加大了待。为进一步提高拉曼光谱的检测灵敏度和信号强度，等离激元纳曼领域，进而产生了一门新的学科，即 SERS。纳米材料，尤其贵
发生集体振荡，进而在紫外到可见光区域产生强烈的吸收，由于通常发生面及附近区域，因此通常被称为局域表面等离激元共振(LSPR)。在发生 金属纳米颗粒表面的电磁场会显著增强，通常几个数量级，从而显著的提高强度和灵敏度，这一增强机制也被称为电磁场增强。LSPR 与金属纳米颗粒围环境的介电常数有关，也与纳米颗粒的组成、形貌和尺寸有密切关系。电荷转移共振通常发生在分析物分子直接同金属表面接触时，激发光的频物-纳米颗粒复合物的电荷转移跃迁电子发生共振，从而增强 SERS 信号，机制也被称为化学增强。当光源频率同分析物分子内部发光团的电子跃迁时，也会发生共振增强现象，是表面增强共振拉曼光谱(SERRS)的主要增强[17, 20]。在具体的 SERS 检测过程中，可能一种或几种增强机制同时起作用由检测条件下金属纳米颗粒的性质，待测分子与金属的距离和待测分子本因素决定。SERS 具有极高的检测灵敏度(甚至可以实现单分子检测)和选择纹特征谱)，可抗光学漂白和良好的光学稳定性，因此在生物化学检测、环疾病诊断，，生物医学成像等领域受到了越来越多的关注。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1;R318
本文编号：2632710
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