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金纳米团簇与银纳米纤维的合成及其在生物医学中的应用

魏琳  
【摘要】:目前,纳米材料已逐渐成为了多门学科研究的基础。纳米材料由于其自身的小尺寸效应、表面效应和、量子隧道效应等,使其在光学、电学、磁学等方面得到了极为广泛的应用,已成为近年来科学研究的热点。特别是一些贵金属纳米材料(如金纳米颗粒、银纳米线等)由于具有较强的表面增强拉曼散射(SERS),特异的局部表面等离子体共振(LSPR)等效应,其在化学-生物传感,细胞标记和基因转染等方面的应用越来越引起了研究人员的广泛关注。本文主要研究了贵金属纳米材料的合成、表征以及应用,具体开展了以下两个方面的工作: 1.金纳米团簇的制备及其在细胞成像中的应用 我们在室温下合成了用树枝状大分子保护的荧光金纳米团簇(由几个或几十个金原子组成的纳米团簇,其荧光量子产率高达24.5%),并成功地将其应用于肿瘤细胞的特异性标记。金纳米团簇作为一种新型的荧光染料,相对于传统的荧光染料或量子点来说,具有诸多优点:例如,合成条件温和;水溶性好;表面功能基团多,易于进行各种化学或物理修饰;不易漂白,可以长时间的观察样品;没有眨眼现象;自身体积较小从而不会干扰蛋白质之间的反应;有更好的生物兼容性等等。因此,相比之下,金纳米团簇在细胞生物学领域将会有更为广泛的应用。在这个工作中,我们首先合成了自身没有荧光的树枝状大分子化合物G3.5-dendron,然后将叶酸分子( folic acid)通过共价交联的方法修饰到了G3.5-dendron上。利用NaBH4通过化学还原的方法将HAuCl4在G3.5-dendron-folic acid的保护下成功合成了可以发荧光的金纳米团簇(GCDF)。该金纳米团簇激发波长位于368 nm,发射波长在445 nm。其在PBS缓冲溶液中可以长期稳定存在。实验证明:将其置于PBS缓冲溶液10小时前后的荧光强度没有任何改变,这就为它应用到细胞生物学领域奠定了良好的基础。有实验证明:相对于正常细胞来讲,肿瘤细胞表面的一些特定受体会极大过量的表达。叶酸受体就是其中的一种。我们将这种连接有叶酸分子的GCDF与肿瘤细胞共培养,发现GCDF在短时间内可以进入肿瘤细胞的细胞质中,并产生较强的荧光信号。而对于正常细胞,GCDF没有这样的识别功能。这就说明了GCDF可以实现对肿瘤细胞的特异性和高效性识别。 2.银纳米纤维的制备及结构表征 基于纳米材料重要的研究与应用价值,纳米材料的制备就显得更加的具有意义。由于银纳米纤维具有特殊的各向异性表面拉曼增强效应,场效应等等,其成为了近年来多个学科研究的热点话题。因此,寻求简单方便快捷的方法来制备银纳米纤维更加显得十分重要。这里,我们利用了相对简单的方法一步合成了分散的水溶性银纳米纤维。与其他常规的合成手段相比,该合成方法的不同点主要在于我们采用了一种新型的聚合物PEOx来进行实验。从而使得在不需要其他外加金属离子的情况下可以比较容易的实现银纳米纤维的合成。在本实验中,我们详细的研究了不同的反应温度,反应时间,反应物的摩尔比,加样顺序等等对银纳米纤维形态及产率的影响,从而得到了最优化的实验条件。与目前文献报道的常规的银纳米纤维合成方法相比,我们采用的合成方法简便易行、耗时短、产率高。同时,根据实验结果,我们合理的提出了银纳米纤维的生长机制。关于合成的这种银纳米纤维的应用,将是以后我们工作的重点内容。


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