基于暗场成像的贵金属纳米颗粒与活细胞相互作用研究

发布时间：2021-06-18 08:49

　　得益于合成方法的进步和治疗策略的改进,纳米材料在生物医学、特别是诊断和治疗领域的应用日益深入。纳米材料的高效性和安全性是其临床转化应用的重要前提。为了深入了解纳米材料在复杂生物环境中,会与生物界面发生怎样的相互作用,需要对纳米颗粒与活细胞的作用进行精确到单细胞和单颗粒水平的、可定量的研究。通过成像手段,可以对这种互作过程进行直观而连续的监测。但是,常用的荧光成像方法具有诸如光漂白、光毒性等局限性,难以满足长时程、单颗粒分辨率成像分析的需求。借助于贵金属纳米颗粒独特的光学性质,利用暗场显微镜对这些纳米颗粒被细胞摄取、在细胞内的运动、聚集等动态过程进行实时观察,可以为了解“纳米-细胞”界面的互作和分子机制提供重要的可视化证据。本论文选择纳米金和纳米银的作为等离子体纳米探针,以暗场成像作为主要研究手段,通过三部分的工作研究了纳米颗粒与活细胞的相互作用和可能的调控机制。在第一部分的工作中,我们利用纳米金探针研究了细胞膜包裹的纳米颗粒的靶向机理。纳米颗粒表面直接包裹细胞膜的仿生策略,能赋予材料更好的生物相容性和靶向性,已经被证明能够促进包括肿瘤靶向治疗在内的医学应用。但细胞膜成分复杂,其调控纳米... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)上海市

【文章页数】：125 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

局域表面等离子共振效应[13]

第1章绪论3图1.2纳米等离子基元周期表[18]Figure1.2Aperiodictableofplasmonicnanoparticles[18]近些年发展起来的框架核酸(Frameworknucleicacids)策略，利用DNA或RNA的碱基互补配对，先精确地设计并制备从一维到三维的各种核酸结构，也被称作“折纸”(Origami)，然后基于这种形貌尺寸高度一致的且分散性优良的骨架，通过引申链在指定杂交连接其他纳米材料[19]，或者直接对框架核酸进行矿化沉积[20]，使得复杂纳米材料形貌控制具备了一定的可编程性。如图1.3所示，借助poly-A30寡核苷酸链对纳米金生长过程的表面进行控制[6]，得到了一系列带“刺突”的粒径约50nm的纳米金星结构，这些刺突的长度和粗细之比δ依次增大，其LSPR散射光信号颜色从暗绿色逐步变化至橙红色，相应的吸收和散射光谱也不断从560nm红移至660nm左右。可以看到光谱的红移对于材料形貌参数δ变化有接近线性的响应关系，说明了使用DNA对纳米等离子基元光学性质调控的精细程度。除了单个PNP的形貌参数对其LSPR效应会产生影响外，两个乃至多个PNP颗粒的靠近核聚集也会显著改变材料的局部电荷分布和其他参数的变化，最终导致LSPR光谱的红移，这种效应被称作等离子耦合(Plasmoncoupling)[21,22]。这种耦合引起的光谱变化对于颗粒间距非常敏感，当粒子间距小于0.2倍自身粒径时，这种耦合引起的LSPR光谱就能出现变化，且间距越小，光谱红移越厉害

基于暗场成像的贵金属纳米颗粒与活细胞相互作用研究4[23]。比如颗粒只有40nm时，间距小于8nm就能观测到明显的光谱红移，这已经远远超过了普通光学显微镜的空间分辨极限。比如一种三维的纳米等离子尺(Plasmonruler)[24]，可以使得实时监测复杂生物大分子动态过程中的在纳米尺度上距离的变化成为可能。图1.3“多色”纳米金星结构[6]Figure1.3Multiplexplasmonicgoldnanostructure[6]因此基于纳米等离子光谱与颗粒间距之间这种特性，可以对点击合成化学反应过程进行了动态的研究[25]。如图1.4所示，将60nm的AuNP颗粒固定于玻璃基底上，纳米金表面通过巯基修饰上叠氮基团，另外一个14nm的金球上修饰上炔基，在Cu2+作用下发生点击化学反应，此时两个纳米金靠近，引起60nm纳米金LSPR光谱的显著红移。另外也能制备了一种细胞内mRNA检测探针[26]。两个粒径30nm左右纳米金颗粒上分别被修饰上与mRNA互补配对的两条相邻DNA链，当没有mRNA存在时，纳米金颗粒处于游离状态，此时因为LSPR效应太弱，在暗场显微镜下几乎不可见；当遇到mRNA分子并杂交后，两个纳米

【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米等离子体生物传感及成像[J]. 苏莹莹,彭天欢,邢菲菲,李迪,樊春海.  化学学报. 2017(11)



本文编号：3236358