功能金納米材料的合成、應(yīng)用及光學(xué)顯微成像技術(shù)的開發(fā).pdf

1、近年來，功能化的納米材料（如碳納米管，硅納米線，貴金屬納米材料等）在物理學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)等方面的廣泛應(yīng)用，引起了研究人員極大的關(guān)注。其中，金納米材料由于其獨特的光學(xué)性質(zhì)成為研究工作的熱點。目前，隨著對金納米材料的合成方法的不斷改進(jìn)和表征技術(shù)的探索，各種形狀、各種尺寸、多種特性的金納米材料層出不窮，使得它們在催化、傳感、成像和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域都扮演著重要的角色。盡管現(xiàn)在它們的應(yīng)用范圍已經(jīng)很寬，然而，許多重要的問題仍然懸而未決。比如，當(dāng)納米材

2、料作為載體時如何提高它們的載藥效率，如何在生理環(huán)境下保持納米膠體材料的穩(wěn)定性，如何在較復(fù)雜的環(huán)境中（如活細(xì)胞體系中）去分辨哪些是納米粒子等。為了解決這些問題，我們?nèi)绻_發(fā)出一種簡便但卻功能強(qiáng)大的成像方法，對于研究和分析在高的時空分辨率下單個納米顆粒的動態(tài)運(yùn)動過程等現(xiàn)象則很有幫助。為此，在本論文中:
　　 (1)首先，我們選擇了適合的方法分別合成了18nm，40 nm和60 nm的球形金納米顆粒。由于球形的金納米顆粒是一種等離子體

3、共振的材料，所以它對于不同的波長的光有著不同的響應(yīng)，尤其是在它的最大吸收波長處有著很高的散射截面積。利用這樣的特性，在接下來的工作中，我們將金納米顆粒作為一個模板粒子，分析探討了前面所述的這些動態(tài)過程。
　　 (2)基于傳統(tǒng)的暗場成像技術(shù)，我們開發(fā)了一個雙波長的暗場顯微系統(tǒng)。在這里，我們僅僅是把顯微鏡的傳統(tǒng)光源替換成了兩束不同波長的激光，其中一束是所要觀察顆粒的最大吸收波長，另一束作為參比波長。利用這個系統(tǒng)，我們在復(fù)雜體系中能夠

4、實現(xiàn)將金納米顆粒輕松地分辨出來，并用不同的生物分子修飾后的金納米顆粒進(jìn)行了成像，充分驗證了該方法的可靠性（第二章）。除此以外，我們還利用了該方法詳細(xì)地研究了納米顆粒與細(xì)胞之間的作用狀態(tài)，探討分析了金納米顆粒在細(xì)胞膜表面的擴(kuò)散運(yùn)動模式并合理解釋了細(xì)胞內(nèi)吞金納米顆粒的動態(tài)過程（第三章）。另外，我們依舊使用雙波長的暗場成像技術(shù)對單個的金納米棒進(jìn)行了成像。金納米棒是具有各向異性的納米材料，通過分析其長軸和短軸的振蕩模式，我們實現(xiàn)了對單個金納米棒

5、在三維空間內(nèi)的位置和角度的信息的獲得（第四章）。接下來，我們應(yīng)用該方法研究了金納米棒在細(xì)胞膜表面的運(yùn)動行為，發(fā)現(xiàn)修飾后的金納米棒與細(xì)胞膜表面受體間的結(jié)合過程是獨立的，與金納米棒的橫向擴(kuò)散模式無關(guān)（第五章）。
　　 (3)細(xì)胞穿膜肽是一種有效的能夠?qū)㈩w粒帶入細(xì)胞內(nèi)部的生物分子。而人工磷脂雙分子膜作為模擬活細(xì)胞膜的模型，來研究修飾了細(xì)胞穿膜肽的納米顆粒在磷脂雙分子膜上的運(yùn)動行為十分具有意義。在這個工作中，我們發(fā)現(xiàn)，修飾了細(xì)胞穿膜肽的

6、金納米顆粒在磷脂膜上的吸附過程是十分緩慢的，但是一旦發(fā)生吸附，其擴(kuò)散模式是運(yùn)動受限的。我們又根據(jù)其他的一些實驗現(xiàn)象推測，金納米顆粒之所以有這樣的運(yùn)動行為是因為它在磷脂膜的表面形成了小的區(qū)域范圍，并且我們用金納米棒在磷脂雙分子膜上的空間構(gòu)型分析的實驗也間接地證明了這一點（第六章）。
　　 (4)金納米團(tuán)簇由于具有很好的熒光效應(yīng)，容易制備，低毒性等優(yōu)點被逐漸地應(yīng)用到多個方面。在這里，我們利用非常溫和的反應(yīng)條件，制備了能發(fā)出熒光的金納