時(shí)間：2023-05-29 17:43:53
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇納米粒子，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過(guò)程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
美國(guó)斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，一種黃金納米粒子能在腦部腫瘤“安家”，同時(shí)對(duì)3種不同的成像方式可見(jiàn)，精確顯示腫瘤的輪廓，使小鼠腦瘤的移除提升至前所未有的精度。
研究人員表示，因?yàn)橐M可能地保留患者大腦的正常部分，即使是技藝最精湛的外科醫(yī)生也無(wú)法保證腦瘤切除后不會(huì)遺留癌細(xì)胞。這在惡性膠質(zhì)瘤的移除上表現(xiàn)得尤其明顯，該種癌細(xì)胞可沿血管和神經(jīng)束輕易擴(kuò)散，使健康組織發(fā)生病變。此外，源自原發(fā)腫瘤的微轉(zhuǎn)移，也可在周圍健康組織生根發(fā)芽，而這都是外科醫(yī)生無(wú)法用肉眼識(shí)別的。
新技術(shù)能借助包裹了成像試劑的黃金納米粒子，突出小鼠的惡性膠質(zhì)瘤組織，使手術(shù)更易進(jìn)行。粒子的尺寸約為人類紅血球大小的1/60。科學(xué)家推測(cè)，這些粒子由小鼠尾部靜脈注射后會(huì)優(yōu)先在腫瘤內(nèi)“安家”。納米粒子可沿血管抵達(dá)周圍的腫瘤組織，粒子的黃金核心涂覆了含有釓的特殊涂層，可使粒子對(duì)3種不同的成像方式皆可見(jiàn)，即磁共振成像（MRI）、光聲成像和拉曼成像，每種都能有效提升手術(shù)效果。
MRI可在手術(shù)前較好地顯示腫瘤的邊緣及位置，卻不能在手術(shù)過(guò)程中大腦處于動(dòng)態(tài)時(shí)完整地描述腫瘤的侵略性增長(zhǎng)。納米粒子的黃金核心能吸收光聲成像的光脈沖，并隨著粒子微微升溫，生成可檢測(cè)到的超聲信號(hào)，并從中計(jì)算出三維的腫瘤圖像。由于這種成像方式可深度貫穿，并對(duì)黃金粒子的存在十分敏感，其能保證在手術(shù)過(guò)程中對(duì)腫瘤邊緣的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確描述，引導(dǎo)醫(yī)生移除大部分腫瘤，提升移除精準(zhǔn)度。但上述兩種方法都不能分辨出健康組織和癌變組織的區(qū)別，拉曼成像可促使納米粒子的某一外涂層放射出波長(zhǎng)不同的難以探測(cè)的光，黃金核心的表面能放大這些微弱的拉曼信號(hào)，并能被特殊的顯微鏡捕捉到。由于這些信號(hào)只會(huì)從藏身于腫瘤之中的納米粒子發(fā)出，因此科研人員可輕易分辨出每一點(diǎn)殘留的癌變組織，使腫瘤的徹底清除更加容易。
科研人員稱，該技術(shù)有望在未來(lái)協(xié)助對(duì)致命性腦癌的預(yù)報(bào)，并可延伸至其他的腫瘤類型。
黃金納米粒子對(duì)腫瘤細(xì)胞具有較好的靶向性，用來(lái)檢測(cè)和預(yù)報(bào)腫瘤只是其功能之一，我們可以將其作為新型藥物的載體，從而讓藥物能夠特異地選擇致癌位點(diǎn)來(lái)發(fā)生作用，使腫瘤細(xì)胞死亡而不會(huì)波及周圍的正常組織細(xì)胞，在進(jìn)行精確動(dòng)態(tài)檢測(cè)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)治療的精確制導(dǎo)。盡管這時(shí)已經(jīng)失去了富貴的光澤而呈黑色，但納米粒子狀態(tài)的黃金在保護(hù)健康這一人類最大財(cái)富的道路上將走得越來(lái)越遠(yuǎn)，其財(cái)富內(nèi)涵將更加豐富。
ハリマ化成株式會(huì)社以噴墨打印技術(shù)為中心開發(fā)了作為導(dǎo)電性油墨核心技術(shù)的納米膠以及適應(yīng)各種印刷技術(shù)的導(dǎo)電性粘接劑。
1納米膠
納米膠是粒徑10nm程度的金屬納米粒子均勻分散在不會(huì)沉降的溶劑中。ハリマ化成（株）的Ag納米膠中的金屬濃度為60wt%以上，粘度為10MPa.s左右，非常低可用于噴墨印刷，圖1表示了Ag納米膠使用的Ag納米粒子的TEM（透射電子顯微鏡）像。為了利用印刷電子廉價(jià)而大量的制造電子元件，正在熱衷于研究成卷式生產(chǎn)印刷方式。基材大多數(shù)使用廉價(jià)的PET膜，但是PET膜沒(méi)有130℃程度的耐熱性。ハリマ化成（株）的NPS-JL納米膠在120℃/h的大氣下燒結(jié)可以獲得5.cm的非常低的電阻率。還進(jìn)行了NPS-JL納米膠的可靠性試驗(yàn)。采用3M公司制氟系表面處理劑（EGC-1720）表面處理東芝公司制PET膜（U34：易粘結(jié)處理品）。采用PMT公司制噴墨打印機(jī)和NPS-JL納米膠印刷幅度250m長(zhǎng)度15m的線路，在120℃溫度下燒結(jié)1h，即使在-55℃（30min）~125℃（30min）的冷熱循環(huán)試驗(yàn)中1000循環(huán)以后電阻值也沒(méi)有變化及時(shí)在高溫高濕放置試驗(yàn)（85℃，85%RH）中電阻值也沒(méi)有變化多少，表現(xiàn)出高可靠性，如圖2所示。噴墨打印的最大特長(zhǎng)是無(wú)掩模印刷尤其是基材上的非接觸印刷。圖3表示采用Ag納米膠在PET膜上直接描畫電路。PET膜上形成的電路還可彎曲。表2表示了ハリマ化成（株）的納米膠的種類和特長(zhǎng)。NPS-J-HTB稱為一般使用的玻璃料，對(duì)于玻璃基材的附著力強(qiáng)，在大氣中500℃燒結(jié)以后的電阻率為2.cm，與塊狀A(yù)g同等。NPS-J-HTB納米膠適應(yīng)于噴墨打印。NPS-MTB納米膠適應(yīng)于絲網(wǎng)印刷。
2導(dǎo)電性粘結(jié)劑
有機(jī)基材上可以采用配合樹脂粘結(jié)劑的導(dǎo)電性粘結(jié)劑。導(dǎo)電性粘結(jié)劑主要是由導(dǎo)電性金屬填料和熱固化性或者熱可塑性的樹脂成分構(gòu)成的。Ag填料一般根據(jù)用途選用薄片狀或者球狀的，特別是薄片狀A(yù)g填料使用于旨在獲得低電阻值的用途。Ag填料的選擇和樹脂粘結(jié)劑的配合比率對(duì)于制造導(dǎo)電性粘結(jié)劑是極為重要的因素。樹脂粘結(jié)劑可以使用各種樹脂。ハリマ化成（株）利用公司本身的合成樹脂技術(shù)和導(dǎo)電性金屬填料技術(shù)開發(fā)了適用于PET膜上的導(dǎo)電性粘結(jié)劑系列，如表3所示。圖4表示了采用絲網(wǎng)印刷可以形成線路/間隙（L/S）=70m/70m的微細(xì)電路的FPC。適應(yīng)撓性電子的導(dǎo)電性粘結(jié)劑（導(dǎo)電膠）獲得了高度評(píng)價(jià)，還應(yīng)用公司的納米粒子技術(shù)開發(fā)了高導(dǎo)熱性粘結(jié)劑NH-3000D。傳統(tǒng)芯片粘結(jié)材料所用的Ag膠中，通用品的導(dǎo)熱率為2w/m.k~3w/m.k，高導(dǎo)熱型為20w/m.k~30w/m.k的水平。高導(dǎo)熱性粘結(jié)劑NH-3000D的微細(xì)尺寸Ag粉中配合了Ag納米粒子。由于納米粒子而大幅改善了導(dǎo)熱性，所以獲得了與AuSn焊料相匹敵的95w/m.k的高導(dǎo)熱性，如表4所示，可以應(yīng)用于LED或者功率系半導(dǎo)體封裝的安裝等許多領(lǐng)域中。
電極.線路和接合用金屬納米油墨
バニド-化學(xué)（株）從2008年度開始量產(chǎn)銷售印刷電子用的納米油墨FlowMetalTM，即電極用低粘度金屬納米油墨和接合用高粘度金屬納米油墨。
1電極用金屬納米油墨
バニド-化學(xué)（株）以Ag納米粒子為中心進(jìn)行了以高導(dǎo)電性，低溫?zé)Y(jié)性和各種印刷技術(shù)適應(yīng)性為重點(diǎn)的開發(fā)，表5表示了該公司的金屬納米油墨LowMetalTM序列。以該序列為基礎(chǔ)可以進(jìn)行適合于各種用途和印刷方式的油墨配合的微調(diào)整。該公司已經(jīng)備齊了水系油墨（SW，GW序列）和有機(jī)溶劑系油墨（SR序列）。水系油墨對(duì)操作者或者地球環(huán)境的負(fù)荷極小。在印刷電子產(chǎn)業(yè)中對(duì)工廠設(shè)計(jì)中的限制少，在安全和成本方面有很大的優(yōu)越性。另一方面有機(jī)溶劑系油墨有時(shí)享受不到水系油墨的優(yōu)點(diǎn)，但是可以廣泛適用于水系油墨所不能適應(yīng)的基材，輔助材或者印刷材的范圍。
2接合用金屬納米油墨
金屬納米粒子的熔點(diǎn)由于納米粒子化而下降到室溫程度，但是如果被燒結(jié)則表現(xiàn)出熔點(diǎn)再度上升的不可逆性。利用金屬納米粒子的這種性質(zhì)可以實(shí)現(xiàn)一般焊料所不可能的，即使在接合溫度以上的溫度下也不能熔解的，具有高耐熱溫度的接合材料。這種性質(zhì)特別適用于汽車前照燈或者家用照明等功率LED或者電動(dòng)車，鐵道，電力設(shè)備和變頻等功率器件那樣的發(fā)熱量大和使用溫度高的用途中。根據(jù)焊料或者導(dǎo)電性粘結(jié)劑中的材料難以獲得高導(dǎo)熱率和低電阻率的觀點(diǎn)來(lái)進(jìn)行適合于接合材料的金屬納米粒子的設(shè)計(jì)。圖5表示了使用迄今開發(fā)的接合用Ag納米粒子，接合鍍Au的陶瓷基板的接合部的截面SEM（掃描電子顯微鏡）照片。盡管沒(méi)有施加外部壓力而是在大氣氛圍下進(jìn)行，但是接合層內(nèi)部或者截面幾乎看不到空隙，由此可見(jiàn)形成了非常致密的接合層。元素分析結(jié)果表明與上下鍍層之間進(jìn)行了元素相互擴(kuò)散，從而造成了高接合強(qiáng)度。圖6表示了以接合溫度和時(shí)間變量的芯片接合部位的接合強(qiáng)度。190℃可以獲得8MPa的實(shí)用上充分的接合強(qiáng)度，接合溫度越高，短時(shí)間就表現(xiàn)出高接合強(qiáng)度。270℃時(shí)可達(dá)40MPa。這是由于接合溫度越高越容易進(jìn)行元素?cái)U(kuò)散所致。在所有試料中，破壞都是Ag接合層內(nèi)的凝集破壞而非界面的剝離，足以說(shuō)明元素?cái)U(kuò)散的進(jìn)行。圖7表示了熱循環(huán)試驗(yàn)結(jié)果。低溫側(cè)固定為-40℃，高溫側(cè)為175℃（圖中的黑色）或者（圖中的白色），低溫側(cè)和高溫側(cè)每30min交互重復(fù)試驗(yàn)，在所有接合條件下都表現(xiàn)出良好的耐熱沖擊性，即使經(jīng)過(guò)（400~500）回循環(huán)以后仍然保持著接合強(qiáng)度。由此可見(jiàn)使用金屬納米粒子的接合材料表現(xiàn)出所期待的耐熱性。現(xiàn)在SiC器件的常用溫度和高溫側(cè)250℃的熱循環(huán)試驗(yàn)已在實(shí)施中。表5比較了各種接合材料的特性。由表5可知，Ag納米粒子接合材料表現(xiàn)出焊料或者導(dǎo)電性粘結(jié)劑所不能達(dá)到的體積電阻值或者導(dǎo)熱率。這對(duì)提高器件的散熱性或者可靠性至關(guān)重要。
3Ag納米粒子生成機(jī)理的研究成果
圖8表示了Ag納米粒子生成機(jī)理的研究成果。制作了采用三級(jí)高精度的0.18ms（毫秒）的時(shí)間分辨能力進(jìn)行測(cè)量的測(cè)量裝置，利用小角X線散射測(cè)量來(lái)追蹤Ag納米粒子的粒徑變化。結(jié)果表明某種特定條件下的Ag納米粒子相當(dāng)于由Ag原子13個(gè)組成的Ag13群體（Ag13clusters）經(jīng)過(guò)直徑約7nm的群體（Clusters）而形成。6nm的Ag納米粒子經(jīng)過(guò)導(dǎo)入期，核生成主導(dǎo)期和粒子成長(zhǎng)期三個(gè)只要過(guò)程，在6ms的豐產(chǎn)短的時(shí)間內(nèi)形式。
無(wú)須燒結(jié)的Ag納米粒子技術(shù)
無(wú)須燒結(jié)的Ag納米粒子技術(shù)是三菱制紙（株）對(duì)年積累的Ag納米粒子技術(shù)和公司擅長(zhǎng)的精密多層涂復(fù)技術(shù)組合而成的。利用印刷法形成電子電路的線路時(shí)，通常印刷Ag納米粒子或者Ag膠以后進(jìn)行（120~200）℃程度的加熱處理。為此不僅需要比較高價(jià)的耐熱性基材，而且加熱處理所需要的時(shí)間稱為提高生產(chǎn)率的主要障礙。無(wú)須燒結(jié)的Ag納米粒子技術(shù)可以解決這些課題。無(wú)須燒結(jié)的Ag納米粒子技術(shù)大致分為專用Ag納米粒子油墨（照片1）和印刷用專用基材（照片2）的組合或者專用Ag納米粒子油墨和濕式處理技術(shù)的組合兩種類型。另外還在開發(fā)適用于使用脈沖光的光燒結(jié)的Ag納米粒子油墨或者利用UV光的可以導(dǎo)電化的Ag納米粒子油墨，還有采用熱以外的各種方法實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電化的Ag納米粒子油墨。
1專用Ag納米粒子油墨
技術(shù)的突破是由于發(fā)現(xiàn)了可以使用Ag納米粒子相互結(jié)合的導(dǎo)電性引發(fā)劑（進(jìn)行化學(xué)燒結(jié)的藥劑）而實(shí)現(xiàn)的。于基材加入導(dǎo)電性引發(fā)劑的基材稱為印刷用專用基材，由外部溶液作用的處理稱為濕式處理技術(shù)。這種導(dǎo)電性引發(fā)劑雖然對(duì)市集的各種Ag納米粒子也有某種程度作用，但是三菱制紙（株）從導(dǎo)電性等觀點(diǎn)出發(fā)開發(fā)了最佳的Ag納米粒子以及專用Ag納米粒子油墨，且已經(jīng)商品化。Ag納米粒子平均粒徑約20nm，如照片3所示的TEM像。由TEM像可知，單分散性不高。專用Ag納米粒子油墨是水系溶劑產(chǎn)品，可以調(diào)整為適合于噴墨印刷用的Ag濃度（15~30）wt%，粘度（3~10）Pa.s和表面張力（25~40）mN/m程度的性狀。現(xiàn)在，安裝壓電頭的家用噴墨打印機(jī)用的油墨，研究開發(fā)用的FUIFILMDimatixInc制DMP-2831型打印機(jī)用的油墨，RolltoRoll型噴墨裝置用來(lái)セテ（株）制KJ4型頭用的油墨已經(jīng)序列化。撓性印刷用的專用Ag納米粒子油墨預(yù)計(jì)不久將會(huì)商品化。
2印刷用專用基材
采用專用Ag納米粒子油墨和印刷專用基材的組合時(shí)，由于無(wú)須干燥工程和燒結(jié)工程而具有傳統(tǒng)技術(shù)所沒(méi)有的以下優(yōu)點(diǎn)。（1）可以使用家庭用噴墨打印機(jī)進(jìn)行試制。（2）利用沒(méi)有干燥和燒結(jié)區(qū)域的RolltoRoll型噴墨裝置實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)化。（3）使用現(xiàn)有撓性印刷機(jī)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)化。印刷用專用基材上設(shè)置的由復(fù)數(shù)層構(gòu)成的精密涂覆層具有下面的功能。（1）迅速吸收油墨中僅含的溶劑。（2）只在基材表面上致密的堆積Ag納米粒子。（3）基材中含有的導(dǎo)電性發(fā)現(xiàn)劑使Ag納米粒子相互融接。（4）形成具有若干多孔構(gòu)造的Ag膜。（5）賦予基材表面上的耐擦蹭性。利用導(dǎo)電性引發(fā)劑的Ag納米粒子的化學(xué)燒結(jié)只需進(jìn)行10秒左右就會(huì)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電性。另外，基材彎曲時(shí)，如果涂層開裂，基材上形成的線路也會(huì)斷線，因此涂覆層應(yīng)該具有柔軟性。另外，利用上述（1）和（2）的功能，專用Ag納米粒子油墨印刷以后只需數(shù)十ms就會(huì)成為與干燥同等的狀態(tài)，因此可以采用家用噴墨打印機(jī)進(jìn)行簡(jiǎn)單的制造。采用家用噴墨打印機(jī)充填描繪Ag濃度15wt%的專用Ag納米粒子油墨時(shí)，描繪可能的細(xì)線為200m程度。圖形表面電阻為0.15/~0.2/。實(shí)際的量產(chǎn)中適合于采用RolltoRoll型噴墨裝置或者現(xiàn)有撓性印刷機(jī)。由于使用了印刷用專用基材，可以削減新規(guī)設(shè)備中干燥區(qū)域等附屬設(shè)備的成本，提高生產(chǎn)率或者應(yīng)用現(xiàn)有的印刷裝置。尤其是使用噴墨印刷時(shí)，由于是無(wú)版印刷，所以適合于多品種小批量生產(chǎn)。另外由于無(wú)須制造印刷板的時(shí)間，所以可以大大縮短交貨期。使用專用Ag納米粒子油墨和印刷用專用基材制造諸如天線等導(dǎo)電性圖形時(shí)，由于可以比印刷Ag膠還要廉價(jià)的制造，所以也可以降低成本。印刷用專用基材具有厚度140m的透明PET品和白色PET品，厚度180m的樹脂涂層紙品（用印像紙使用的聚乙烯樹脂涂覆紙）等序列。可以制造寬度約1.5m，長(zhǎng)度可達(dá)數(shù)千米的產(chǎn)品，根據(jù)要求可以制造卷狀或片狀進(jìn)行銷售，可以制造厚度可達(dá)300m程度的樹脂涂層紙品，適合于卡片或者電極上的應(yīng)用。
關(guān)于元件安裝，由于不能使用焊接，所以有必要使用電磁結(jié)合，ACF（AnisotropicCouductiveFilm），ACP（AnisotropicConductivePaste）和導(dǎo)電性粘結(jié)劑。照片4表示了采用家用打印機(jī)制成的導(dǎo)電性圖形上使用ACP安裝芯片的應(yīng)用例。使用ACP或者ACF的安裝時(shí)，需要(150~180)℃/(5~10)s程度的加熱，但是由于印刷用專用基材的耐熱性低，所以采用從工具（tool）側(cè)進(jìn)行加熱的方法較好。使用激光進(jìn)行局部加熱時(shí)也可在耐熱性低的樹脂涂層紙型上的安裝。另外近年來(lái)開發(fā)了(100~120)℃/(10~20)s程度可以固化的低溫型ACP，可以適合于安裝使用。由于印刷用專用基材上形成的導(dǎo)電性圖形是由Ag構(gòu)成的，如果原封不動(dòng)的暴露于外界大氣中，那么由于大氣中的硫（S）成分而發(fā)生腐蝕，使電阻值升高。為此利用貼壓保護(hù)膜，水性或者UV固化劑等的各種樹脂的涂布等方法使圖形與大氣隔絕。使用Ag納米粒子油墨和印刷專用基材的具體應(yīng)用，例有UHF和HF帶的PFID天線，有機(jī)TFT電極，單純矩陣地顯示電極，大面積供電天線，顯示板用LED基板，接觸傳感器，電子黑幫用的大型觸摸板，薄膜開關(guān)，智能封裝和各種傳感器的電極等。尤其是應(yīng)用于RFID天線時(shí)，對(duì)于用戶的優(yōu)點(diǎn)如下：（1）天線的庫(kù)存少；（2）天線圖形的試作簡(jiǎn)單；（3）由于可以印刷條形碼而無(wú)須入口（Inlet）。用作RFID標(biāo)簽時(shí)，不僅天線和觸點(diǎn)而且印刷設(shè)置的各種表示都可以在印刷專用基材上采用通常的彩色油墨進(jìn)行印刷，因此可以制造天線和各種表示存在于同一面上的RFID標(biāo)簽。
3使用濕式處理技術(shù)的無(wú)需燒結(jié)的電子電路形成技術(shù)
當(dāng)專用Ag納米粒子油墨和濕式處理技術(shù)相組合時(shí)，可以在立體形狀，玻璃和各種基材等任意基材上形成電子電路。專用Ag納米粒子油墨隨著基材的不同而有必要特別供應(yīng)，體積電阻率為20萬(wàn)cm以下。使用濕式處理的具體應(yīng)用有RFID天線，TFT的電極，各種顯示的電極和線路，觸摸板的周邊電極，薄膜開關(guān)，各種傳感器的電極和各種電子元件的電極等。作為濕式處理的實(shí)際實(shí)施形狀，在卷式生產(chǎn)的情況下，印刷和干燥電子電路的線路以后，浸漬于濕式處理液槽中，接著浸漬于水洗槽中，涂去殘存在表面上的導(dǎo)電性引發(fā)劑。如果是單個(gè)元件最好進(jìn)行間隙處理，如果是薄片處理也可以浸漬于槽中。利用噴墨或者狹縫（SlitDie）的涂覆也是較好的方法之一。含有導(dǎo)電性引發(fā)劑的濕式處理液是安全的水體系，不含有關(guān)系到排水規(guī)則的物質(zhì)。
勞倫斯?伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室材料科學(xué)部門的聚合物科學(xué)家徐婷（Ting Xu）帶領(lǐng)的研究將基于嵌段共聚物的超分子與金納米顆粒相結(jié)合，從而創(chuàng)造了一種納米復(fù)合材料，后者在經(jīng)過(guò)溶劑退火處理后會(huì)迅速自我裝配并形成分層級(jí)的結(jié)構(gòu)薄膜，橫跨面積達(dá)到平方厘米級(jí)。這種技術(shù)與當(dāng)前的納米加工過(guò)程相兼容，并具有產(chǎn)生新光學(xué)涂膜系列以用于一系列廣泛領(lǐng)域的潛力，包括太陽(yáng)能、納電子學(xué)和計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器。這項(xiàng)技術(shù)甚至能為超材料以及具有非凡光學(xué)特性的人造納米構(gòu)建物（nanoconstruct） 的制造開啟新的大門。
“我們的技術(shù)能夠在大至硅片的區(qū)域上快速產(chǎn)生不可思議的納米顆粒裝配，”徐這樣說(shuō)道，她同時(shí)也任職于美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校材料科學(xué)與工程學(xué)院和化學(xué)學(xué)院。“你可以將它想象成一個(gè)薄煎餅的面糊，可以在平底煎鍋上攤開，一分鐘后就可以享用新鮮出爐的煎餅了。”
納米粒子就像具有獨(dú)特光學(xué)、電子學(xué)和機(jī)械特性的人造原子。如果能夠誘發(fā)納米粒子進(jìn)行自我裝配以形成復(fù)雜結(jié)構(gòu)和分層級(jí)的樣式，類似于蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，那么它將實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)比現(xiàn)代微型工藝學(xué)使用的小一千倍的設(shè)備。
徐和她的研究小組正在朝這個(gè)終極目標(biāo)穩(wěn)定的前進(jìn)。近期他們的研究重心在于使用基于嵌段共聚物的超分子溶劑引導(dǎo)納米粒子陣列的自我裝配。超分子是作為單一分子執(zhí)行特定功能集的分子群組。嵌段共聚物是非常長(zhǎng)的序列，或者一種束縛在另一種類型單元結(jié)構(gòu)上的單元結(jié)構(gòu)，它具有在肉眼可見(jiàn)的距離范圍內(nèi)自我裝配成界限清楚、納米大小的結(jié)構(gòu)陣列的內(nèi)在能力。
“基于嵌段共聚物的超分子能夠自我裝配并形成大范圍的具有微疇特征的形態(tài)學(xué)，一般為幾納米至幾十納米。”徐說(shuō)道。“考慮到它們的大小可以與納米粒子相比擬，超分子的微疇提供了納米粒子陣列自我裝配的理想結(jié)構(gòu)框架。”
在由徐和同事修改后的超分子技術(shù)里，金納米粒子陣列成為超分子溶劑的一部分，以形成大約200納米厚的薄膜。通過(guò)溶劑退火并利用三氯甲烷作為溶劑，納米粒子陣列可以形成三維的圓柱體微疇，后者被塞入與表面平行的扭曲六方晶格內(nèi)。納米粒子自我裝配的這種分層級(jí)結(jié)構(gòu)控制的陳列讓人印象深刻，但它也僅僅是這項(xiàng)最新技術(shù)的一部分。
“為了與納米加工過(guò)程相兼容，自我裝配的制造過(guò)程必須在幾分鐘內(nèi)完成以最小化因暴露在加工環(huán)境里而導(dǎo)致的納米粒子特性的退化。”徐說(shuō)道。她和她的研究小組系統(tǒng)的分析了超分子納米復(fù)合材料薄膜暴露在溶劑蒸汽里自我裝配的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)。他們發(fā)現(xiàn)通過(guò)最優(yōu)化單個(gè)參數(shù)，也即溶劑的量，裝配動(dòng)力學(xué)可以精確的調(diào)節(jié)以實(shí)現(xiàn)在1分鐘內(nèi)產(chǎn)生分層級(jí)結(jié)構(gòu)的薄膜。
“為了利用非共價(jià)鍵連接在聚合物側(cè)鏈的小分子來(lái)建造基于嵌段共聚物的超分子，我們改變了能量全景圖使得溶劑含量成為最重要的因素，”徐說(shuō)道。“這使得我們能夠利用少量的溶劑來(lái)實(shí)現(xiàn)納米粒子陣列的快速定序。”
納米復(fù)合材料薄膜的光學(xué)特性取決于單個(gè)納米粒子的特性以及不同方向上界限清楚的納米粒子間距離。考慮到金納米粒子的維度至少比可見(jiàn)光波長(zhǎng)小一個(gè)數(shù)量級(jí)，徐和同事研發(fā)的超分子技術(shù)在用于制造超材料方面具有巨大的潛力。這些人造材料在近些年獲得了極大地關(guān)注，因?yàn)樗鼈兊碾姶盘匦允亲匀徊牧想y以達(dá)到的。例如超材料可以有負(fù)的折射率，也即能夠向后彎曲光線，這與只能向前彎曲光線的自然材料有所不同。
“我們的金納米復(fù)合材料薄膜表現(xiàn)出強(qiáng)大的依賴波長(zhǎng)的光學(xué)各向異性，通過(guò)改變不同的溶劑就可以實(shí)現(xiàn)，”徐說(shuō)道。“這提供了制造超材料的平板印刷術(shù)的可行替代方案。”雖然徐和同事在他們的薄膜里使用了金納米粒子，但這種超分子方法與其它化學(xué)成分的納米粒子也兼容。“利用與現(xiàn)代廣泛應(yīng)用的納米加工過(guò)程――包括刮涂、噴墨印刷和動(dòng)態(tài)區(qū)退火――相兼容的技術(shù)，我們應(yīng)該能夠創(chuàng)造一個(gè)具有操縱光和其它特性的納米粒子裝配庫(kù)。” 徐說(shuō)道。這項(xiàng)研究被發(fā)表在期刊《自然通訊》上。
【摘要】
目的：研究聚集和表面分子吸附對(duì)磁性納米粒子交流磁化率的影響，為發(fā)展基于磁性納米粒子磁化率測(cè)量的生物傳感方法提供依據(jù)。方法：用透射電子顯微鏡及振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)分別對(duì)磁性納米粒子的磁核粒徑、磁性特征進(jìn)行測(cè)量，利用實(shí)驗(yàn)室自建的交流磁化率測(cè)量裝置，對(duì)在不同聚集狀態(tài)和表面吸附抗原、抗體等生物分子后磁性納米粒子的交流磁化率譜進(jìn)行測(cè)量。結(jié)果：透射電子顯微鏡測(cè)量表明，實(shí)驗(yàn)所用氧化鐵納米粒子平均磁核直徑10 nm，但是由于溶液中粒子之間的磁偶極相互作用而以聚集體的形式存在，表現(xiàn)出較大的水動(dòng)力尺寸及其分布。振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)測(cè)量表明，氧化鐵納米粒子的飽和磁化強(qiáng)度為61.43 emu·g-1。交流磁化率譜測(cè)量表明，隨著氧化鐵納米粒子在溶液中水動(dòng)力尺寸的增加，即聚集體尺寸的增加，磁化率譜中對(duì)應(yīng)的磁動(dòng)力學(xué)特征頻率減小，與理論預(yù)示一致。當(dāng)緩沖溶液中磁性納米粒子表面吸附IgG以及進(jìn)一步結(jié)合羊抗人IgG后，磁動(dòng)力學(xué)特征頻率逐漸降低，這與表面吸附導(dǎo)致的水動(dòng)力尺寸逐漸增加的結(jié)果是一致的。結(jié)論：溶液中磁性納米粒子的聚集狀態(tài)和生物分子吸附對(duì)其交流磁化率譜有較大的影響，主要表現(xiàn)為粒子的水動(dòng)力尺寸增加所導(dǎo)致的磁動(dòng)力特征頻率發(fā)生移動(dòng)。基于磁性納米粒子的磁動(dòng)力特征頻率的變化，可望發(fā)展成為一種研究磁性納米粒子表面生物分子相互作用的生物傳感方法。
【關(guān)鍵詞】 磁性納米粒子； 交流磁化率； 聚集； 表面吸附； 生物傳感
［Abstract］ Objective:To investigate the effect of aggregation and surface molecular adsorption on AC susceptibility of magnetic nanoparticles，which will provide a basis for biosensing based on AC magnetic susceptibility measurement.Methods:Using transmission electron microscopy and vibrating sample magnetometer， the magnetic nanoparticles magnetic core size，magnetic characteristics were measured respectively.Using selfbuilt AC susceptibility measuring device，magnetic nanoparticles，with different aggregation states and surface adsorption of antigen，antibody and other biomolecules，susceptibility spectra were measured.Results:TEM study showed that the magnetic nanoparticles have a magnetic core size of about 10 nm.Because the magnetic dipole interaction between nanoparticles，the particles exist in the form of aggregates and show a larger hydrodynamic size distribution.VSM measurement showed that the saturation magnetization(Ms) was about 61.43 emu·g-1.AC magnetic susceptibility spectrum measurement showed that with the hydrodynamic size increases of nanoparticles in the solution，that was， the size increase of the aggregates，the characteristic frequency decreases of the AC magnetic susceptibility spectra，which was consistent with the theory.The study also indicated that when magnetic nanoparticles adsorbed IgG and subsequently conjugated goat anti human IgG，the magnetodynamic characteristic frequency gradually decreased，which was consistent with the result of the increase in hydrodynamic size.Conclusions:The magnetic nanoparticle aggregation and surface biological molecule adsorption in solution affect strongly AC magnetic susceptibility spectrum，i.e.，change the magnetodynamic characteristic frequency，resulting from the increase of nanoparticles hydrodynamic size.Based on the magnetic nanoparticles magnetodynamic characteristic frequency changes， so，it is expected to develop into a biological detection method to sense biological molecule interactions on the surface of magnetic nanoparticles.
［Key words］ magnetic nanoparticles; AC magnetic susceptibility; aggregation; surface adsorption; biosensing
磁性納米粒子在細(xì)胞磁分離［1］、磁靶向藥物輸運(yùn)［2］、生物傳感［3-4］、磁共振成像(MRI)［5-6］及磁感應(yīng)腫瘤熱療［7-10］等生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用已得到了廣泛和深入的研究。其中，基于磁性納米粒子豐富的磁學(xué)特性進(jìn)行生物傳感方法的設(shè)計(jì)和應(yīng)用是一個(gè)重要和快速發(fā)展的領(lǐng)域［11］。利用抗體等特異性生物分子探針修飾磁性納米粒子構(gòu)建磁標(biāo)簽，并對(duì)靶分子(或細(xì)胞)進(jìn)行識(shí)別和標(biāo)記，然后利用對(duì)磁標(biāo)簽敏感的技術(shù)進(jìn)行測(cè)量，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)磁標(biāo)簽所標(biāo)記的生物結(jié)合事件進(jìn)行檢測(cè)和傳感。這些磁敏感技術(shù)包括MRI［12］、超導(dǎo)量子干涉儀(SQUID)［13］以及基于其他磁學(xué)效應(yīng)或特性(如各向異性磁阻抗等［14］)的磁場(chǎng)傳感器。發(fā)展這樣的生物檢測(cè)和傳感平臺(tái)已經(jīng)成為目前研究的熱點(diǎn)，并且它們?cè)陟`敏性、特異性、定量性和檢測(cè)速度上已經(jīng)展示出許多優(yōu)勢(shì)，但是它們需要對(duì)傳感元件(敏感部位)進(jìn)行復(fù)雜的材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是一種基底上的(substratebased)檢測(cè)方法。這里我們將探索一種新的無(wú)基底(substratefree)的傳感方法，它能夠傳感溶液中的包含磁標(biāo)簽的生物分子結(jié)合事件。磁化率是描述物質(zhì)磁化性質(zhì)的重要物理量。根據(jù)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的電子理論可以證明，物質(zhì)的磁化率與其微觀結(jié)構(gòu)有十分密切的關(guān)系。因此，測(cè)定物質(zhì)磁化率，可以獲得物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的許多信息。隨著磁性納米粒子在生物傳感及生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用，基于其磁動(dòng)力特征的研究也越來(lái)越廣泛。
1 材料和方法
1.1 材料與試劑
γFe2O3納米粒子及2，3二巰基丁二酸(DMSA)修飾的γFe2O3納米粒子(DMSA@γFe2O3)由江蘇省生物材料與器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王春雨同學(xué)根據(jù)我們研究組先前報(bào)道［15-16］的方法制備得到。硼酸鹽緩沖溶液由19.07 mg·ml-1四硼酸鈉溶液和19.07 mg·ml-1硼酸溶液按4∶1比例混合而成，pH=9.0。IgG及羊抗人(goat anti human，GAH)IgG購(gòu)自南京凱基生物科技發(fā)展有限公司，使用時(shí)濃度稀釋為1 mg·ml-1。實(shí)驗(yàn)用水為超純水(艾科普超純水機(jī)提供)。
1.2 方法
1.2.1 表征測(cè)量
磁性納米粒子磁核尺寸測(cè)量使用透射電子顯微鏡(TEM)(南京大學(xué)分析測(cè)試中心，儀器型號(hào)為JEM200CX)；水動(dòng)力尺寸測(cè)量使用光子相關(guān)光譜儀(PCS)(東南大學(xué)生物電子學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，儀器型號(hào)為N4 Plus)；磁性測(cè)量使用振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)(VSM)(東南大學(xué)生物電子學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，儀器型號(hào)為L(zhǎng)ake Shore 7400)；磁化率測(cè)量采用實(shí)驗(yàn)室自建的交流磁化率測(cè)量?jī)x，所用鎖相放大器為美國(guó)斯坦福研究系統(tǒng)的雙通道數(shù)字鎖相放大器SR830（圖1）。
圖1中所用線圈組合中原線圈的匝數(shù)為75匝，副線圈的匝數(shù)為48匝。原線圈的規(guī)格是Φ20 mm×100 mm，每個(gè)副線圈的規(guī)格是Φ10 mm×15 mm。樣品放置在線圈組合裝置的副線圈的正中央。所采用的激發(fā)信號(hào)是由鎖相放大器的正弦(SINE OUT)端提供的，通過(guò)鎖相放大器上的雙通道(CH1、CH2)輸出來(lái)到檢測(cè)信號(hào)。
1.2.2 基于磁性納米粒子交流磁化率測(cè)量進(jìn)行生物傳感的理論與方法
溶液中磁性納米粒子的交流磁化率χ包含兩部分：實(shí)部磁化率χ′和虛部磁化率χ″［17］，χ=χ′+i χ″德拜理論對(duì)磁性納米粒子交流磁化率的頻率依賴關(guān)系可以描述為：χ(ω)=χ0/(1+iωτ)，其中χ0為直流磁化率。實(shí)部磁化率χ′和虛部磁化率χ″可以表示為：χ′=χ0/1+(ωτ)2，χ″=χ0ωτ/1+(ωτ)2其中，τ是納米粒子在溶液中的弛豫時(shí)間，ω=2πf為角頻率， f為圓頻率。當(dāng)ωτ=1時(shí)，磁化率的虛部部分出現(xiàn)一個(gè)最大值。χ″～ω譜的峰值頻率ωchar=1/τ，為溶液中納米粒子磁弛豫過(guò)程的特征頻率。
分散在溶液中的磁性納米粒子磁化后，一般通過(guò)兩種機(jī)制進(jìn)行弛豫：Brownian弛豫和Néel弛豫。一般來(lái)說(shuō)，有效弛豫取決于兩種弛豫機(jī)制的結(jié)合。但是，依賴于使用的磁性納米粒子的尺寸，其中一種機(jī)制將起支配作用。
當(dāng)磁性納米粒子具有較大尺寸或在溶液中存在聚集體時(shí)，Brownian弛豫是支配的機(jī)制［18］。這種情況下，Brownian弛豫時(shí)間為：τB=4πr3η/κBT這里，r為納米粒子的水動(dòng)力半徑，η為溶液的粘滯系數(shù)，κB為波爾茲曼常數(shù)，T為溶液的絕對(duì)溫度。可見(jiàn)Brownian弛豫時(shí)間τB與r3成正比，對(duì)應(yīng)的Brownian弛豫特征頻率ωB=1/τB，與r3成反比。這樣，一旦靶分子(如抗原)被結(jié)合到磁標(biāo)簽(抗體標(biāo)記的磁性納米粒子)上，增加的水動(dòng)力半徑將導(dǎo)致Brownian弛豫特征頻率以r3關(guān)系減小，并且靶分子越大，ωB減小越多。同樣溶液中磁性納米粒子的聚集也會(huì)導(dǎo)致ωB減小。
在交流磁化率的測(cè)量實(shí)驗(yàn)中，常用的方法是認(rèn)為鎖相放大器的兩個(gè)通道上的輸出電壓就是磁性液體交流磁化率的實(shí)部磁化率和虛部磁化率［19］。即：V=V′+i×V″，χ=χ′+i×χ″
V′=χ′，V″=χ″
2 結(jié)果
2.1 γFe2O3納米粒子的TEM表征
圖2顯示：氧化鐵納米粒子磁核接近球形，平均尺寸為10 nm；DMSA修飾后的氧化鐵納米粒子表示了同樣的結(jié)果。這說(shuō)明表面修飾沒(méi)有改變磁性納米粒子的磁核尺寸。我們注意到，有機(jī)小分子DMSA由于在電鏡下襯度低，因此，觀察不到粒子表面修飾層的存在。
2.2 磁性測(cè)量
圖3顯示：表面修飾DMSA后，氧化鐵納米粒子的飽和磁化強(qiáng)度為53.53 emu·g-1(a)，與修飾之前的值61.43 emu·g-1(b)相比略有降低，這是由于樣品中非磁性有機(jī)分子的存在，使得單位質(zhì)量樣品的磁化強(qiáng)度有所降低［20］。γFe2O3與DMSA@γFe2O3磁性納米粒子的矯頑力分別為0.25O e和0.14O e，表明樣品接近超順磁性。理論上，具有10 nm磁核尺寸的磁性氧化鐵納米粒子已經(jīng)達(dá)到超順磁尺寸，具有零矯頑力［21］。樣品中微小矯頑力的存在可能是由于粒子間聚集體的存在。
2.3 聚集和表面分子吸附對(duì)磁性納米粒子水動(dòng)力尺寸的影響
見(jiàn)表1、2。表1 γFe2O3及解膠前、后DMSA@γFe2O3納米粒子在水溶液中(pH=7)的水動(dòng)力平均直徑（D）（略）
表2 DMSA@γFe2O3納米粒子在pH 9.0硼酸鹽緩沖溶液及依次加入IgG和GAH IgG后的水動(dòng)力平均直徑（略）
溶液中納米粒子水動(dòng)力尺寸是指包括表面有機(jī)物殼層和水化層在內(nèi)的總的尺寸，一般大于納米粒子核尺寸。用光子相關(guān)光譜儀(PCS)測(cè)量了γFe2O3與DMSA@γFe2O3磁性納米粒子在水溶液中的水動(dòng)力平均直徑（D），結(jié)果如表1所示。可以看到，表面修飾前γFe2O3納米粒子的水動(dòng)力平均直徑為92 nm，遠(yuǎn)大于TEM所測(cè)得的平均磁核尺寸(10 nm)。解膠前DMSA@γFe2O3磁性納米粒子的水動(dòng)力直徑為110 nm，大于γFe2O3納米粒子的水動(dòng)力直徑(92 nm)，這一方面是由于聚集效應(yīng)，另一方面還歸于表面DMSA修飾層的貢獻(xiàn)。解膠后，DMSA@γFe2O3納米粒子的水動(dòng)力平均直徑減小為75 nm。
DMSA@γFe2O3磁性納米粒子在硼酸鹽緩沖溶液以及依次加入IgG和GAH IgG后，磁性納米粒子的水動(dòng)力直徑發(fā)生了變化。從表2可以看到，DMSA@γFe2O3磁性納米粒子在硼酸鹽緩沖溶液中平均水動(dòng)力直徑為78 nm，略大于水溶液中的水動(dòng)力尺寸(75 nm)。當(dāng)在含有DMSA@γFe2O3磁性納米粒子的硼酸鹽緩沖溶液中加入IgG后，磁性納米粒子的水動(dòng)力直徑變?yōu)?8 nm，進(jìn)一步加入GAH IgG后，磁性納米粒子的水動(dòng)力直徑繼續(xù)增加，變?yōu)?36 nm。
2.4 聚集和表面分子吸附對(duì)磁性納米粒子交流磁化率的影響
見(jiàn)圖4。
圖4表示了γFe2O3及解膠前后DMSA@γFe2O3磁性納米粒子在水溶液中的交流磁化率譜，實(shí)線表示對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的理論擬合。由圖4可知，3種不同的磁性納米粒子交流磁化率的虛部依次在142 Hz(a)、119 Hz(b)以及160 Hz(c)處出現(xiàn)一峰值，即Brownian弛豫特征頻率先減小再增加。這與表1所示相同條件下水動(dòng)力尺寸先增加再減小一致，符合理論預(yù)示結(jié)果。
解膠后DMSA@γFe2O3磁性納米粒子在pH9.0的硼酸鹽緩沖溶液中(納米粒子濃度為0.6 mg·ml-1)以及依次加入IgG(終濃度為0.1 mg·ml-1)和GAH IgG(終濃度為0.1 mg·ml-1)后的交流磁化率隨頻率的變化關(guān)系見(jiàn)圖5。圖5表明，對(duì)應(yīng)的Brownian弛豫特征頻率依次為150、140和100 Hz左右。這與表2所示相同條件下水動(dòng)力尺寸逐漸增加一致，符合理論預(yù)示結(jié)果。 3 討論
本研究觀察了聚集和表面分子吸附對(duì)磁性納米粒子交流磁化率的影響，主要研究了Brownian弛豫特征頻率ωB與溶液中磁性納米粒子聚集和表面吸附的關(guān)系，以期通過(guò)磁化率測(cè)量來(lái)傳感磁性納米粒子聚集和表面分子吸附的事件。這里，ωB=κBT/4πr3η特征頻率ωB與溶液中磁性納米粒子的水動(dòng)力學(xué)半徑成3次方反比關(guān)系。因此，溶液中磁性納米粒子的聚集和表面生物分子吸附主要通過(guò)對(duì)水動(dòng)力尺寸的改變來(lái)影響其特征頻率。本研究同時(shí)采用光子相關(guān)光譜儀對(duì)溶液中磁性納米粒子的水動(dòng)力尺寸進(jìn)行測(cè)量來(lái)加以驗(yàn)證。
TEM研究表明，γFe2O3及DMSA@γFe2O3磁性納米粒子的平均磁核直徑為10 nm，而用PCS測(cè)量得到的水動(dòng)力平均直徑遠(yuǎn)大于納米粒子的平均磁核尺寸，粒子表面的水化層不可能導(dǎo)致如此大的水動(dòng)力尺寸，因此，納米粒子以一定尺寸分布的聚集體的形式存在于溶液中。一般來(lái)說(shuō)，磁偶極相互作用和范德瓦爾茲力是導(dǎo)致這種聚集的原因［22］。通過(guò)合適的表面修飾(包括物理吸附和化學(xué)吸附)，在表面引入更多的電荷和有機(jī)分子阻擋層可以改善這種聚集。DMSA分子具有雙巰基和雙羧基結(jié)構(gòu)，其化學(xué)吸附到γFe2O3納米粒子表面，使得在粒子表面上引入較多的羧基基團(tuán)—COOH。通過(guò)解膠，即用堿來(lái)解離羧基上的氫，可以使粒子表面帶上更多的負(fù)電荷，從而通過(guò)粒子間的靜電排斥使納米粒子變得更分散，水動(dòng)力尺寸得到降低。解膠前DMSA@γFe2O3磁性納米粒子的水動(dòng)力直徑為110 nm，大于γFe2O3納米粒子的水動(dòng)力直徑，這一方面是由于聚集效應(yīng)，另一方面還歸于表面DMSA修飾層的貢獻(xiàn)。解膠后，DMSA@γFe2O3納米粒子的水動(dòng)力平均直徑減小為75 nm，這與前述分析相一致。解膠后的DMSA@γFe2O3納米粒子由于具有更小的水動(dòng)力尺寸和更高的表面電荷，使得其在水溶液中更加穩(wěn)定，即使在離子強(qiáng)度較高的緩沖溶液(如pH=9.0硼酸鹽緩沖溶液和pH=6.0檸檬酸緩沖溶液)中也表現(xiàn)出很好的穩(wěn)定性，這為進(jìn)一步研究在緩沖溶液中粒子表面吸附抗原、抗體的結(jié)合事件提供了保證。
磁性納米粒子由于聚集以及表面生物分子吸附導(dǎo)致其水動(dòng)力直徑的變化為交流磁化率的測(cè)量提供了前提，因?yàn)榻涣鞔呕首V峰的特征頻率與粒子的水動(dòng)力尺寸有3次方反比關(guān)系。通過(guò)對(duì)解膠后DMSA@γFe2O3(D=75 nm)，γFe2O3納米粒子(D=92 nm)及解膠前DMSA@γFe2O3(110 nm)磁性納米粒子交流磁化率的測(cè)量，得到交流磁化率譜峰的特征頻率依次出現(xiàn)在160 Hz、142 Hz及119 Hz處，表現(xiàn)出與理論一致的關(guān)系。為了進(jìn)一步研究表面分子吸附對(duì)磁性納米粒子交流磁化率的影響，我們還測(cè)量了分散在pH 9.0的硼酸鹽緩沖溶液中的磁性納米粒子以及依次加入IgG和GAH IgG后的交流磁化率，其譜峰特征頻率依次出現(xiàn)在150、140及100 Hz左右，與對(duì)應(yīng)的水動(dòng)力直徑(78、88和136 nm)相對(duì)應(yīng)，符合理論關(guān)系。這里，磁性納米粒子作為溶液中的磁敏感探針，能夠靈敏地反映其表面上生物分子吸附及特異性識(shí)別的事件，為發(fā)展新的生物傳感方法提供了思路。
這種傳感方法優(yōu)點(diǎn)在于在交流磁化率的測(cè)量中不受游離的抗原及抗體等生物分子的影響，在檢測(cè)過(guò)程中不需要后續(xù)的分離和洗滌處理，磁化率測(cè)量設(shè)備易于搭建，成本低，因此該方法具有更強(qiáng)的實(shí)用性。另外一些可以預(yù)見(jiàn)的優(yōu)勢(shì)是，該方法可以區(qū)分不同大小的生物分子在納米粒子表面的吸附，以及生物分子誘導(dǎo)的特異性磁性納米粒子聚集。
當(dāng)所測(cè)磁性液體的粘滯系數(shù)及絕對(duì)溫度等因素不變時(shí)，磁化率譜特征頻率的變化只與磁性納米粒子的水動(dòng)力尺寸及尺寸分布有關(guān)。窄的粒子尺寸分布能夠降低磁化率譜的寬度，從而可進(jìn)一步增加檢測(cè)的靈敏度。因此，選擇單分散磁性納米粒子做為磁敏感探針，將有望大大提高此生物傳感方法的檢測(cè)精度。
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關(guān)鍵詞 熒光納米粒子； 聚丙烯酸； 萘酰亞胺； 自組裝； 細(xì)胞成像
1 引 言
熒光納米粒子是一類重要的納米功能材料，在細(xì)胞成像、疾病診斷及生物傳感等領(lǐng)域有廣闊的發(fā)展前景[1，2]，而具有良好水溶性、光穩(wěn)定性及低毒性是其在這些領(lǐng)域中應(yīng)用的前提。目前，基于無(wú)機(jī)材料的熒光納米粒子研究較為廣泛，如無(wú)機(jī)半導(dǎo)體量子點(diǎn)[3]、碳量子點(diǎn)[4]和金納米粒子[5]等，這些納米粒子常需要通過(guò)表面修飾或者聚合物包覆來(lái)提高其水溶性、可修飾性、生物相容性等特性。相對(duì)于無(wú)機(jī)熒光納米粒子，有機(jī)聚合物熒光納米粒子在結(jié)構(gòu)多樣性和功能可設(shè)計(jì)性方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)引起了研究者的興趣[6～10]。聚合物納米粒子中熒光團(tuán)的存在形式主要有兩種[11，12]： 一種是非共價(jià)結(jié)合，如在納米粒子制備過(guò)程中或者制備完成后，通過(guò)包埋或吸附方法負(fù)載熒光團(tuán)； 另外一種是共價(jià)鍵合，如通過(guò)表面修飾方式將熒光團(tuán)鍵合到無(wú)熒光的納米粒子上，或先制備熒光聚合物單體，再聚合形成納米粒子。利用生物相容性兩親聚合物的自組裝對(duì)熒光團(tuán)進(jìn)行包裹是制備熒光聚合物納米粒子的常用方法[11，13，14]，該方法簡(jiǎn)單，得到的納米粒子水分散性及生物相容性良好，但由于熒光團(tuán)以非共價(jià)方式結(jié)合，在使用過(guò)程中容易泄露。采用先將熒光團(tuán)與聚合物共價(jià)結(jié)合再進(jìn)行自組裝的方法可以減少或避免染料泄露問(wèn)題，有效提高熒光納米粒子的穩(wěn)定性，目前該類水溶性熒光納米粒子的研究報(bào)道較少[15～17]。
聚丙烯酸（PAA）是一種常用高分子材料，在化工、紡織、水處理、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[18，19]。由于PAA無(wú)毒、易溶于水，且富含可功能化的羧基，近年來(lái)被研究者用于無(wú)機(jī)納米粒子的修飾制備有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合納米材料[20，21]、與共價(jià)聚合物進(jìn)行自組裝制備水溶性熒光納米粒子[22]、作為兩親聚合物的親水鏈段制備納米膠束[23]、進(jìn)行交聯(lián)制備納米凝膠[24]等研究。本研究采用1，8萘酰亞胺熒光化合物N氨基4N甲基哌嗪1，8萘酰亞胺（AMN）對(duì)PAA進(jìn)行接枝改性，制備了兩親性的熒光聚合物，并利用該聚合物在水溶液中的自組裝得到了一種新的熒光納米粒子（PAAMN）； 對(duì)其形態(tài)、結(jié)構(gòu)及熒光特性進(jìn)行了表征，并考察了其細(xì)胞毒性及細(xì)胞成像能力。結(jié)果表明，此納米粒子具有好的水溶性、光穩(wěn)定性和細(xì)胞相容性，可進(jìn)入細(xì)胞并發(fā)射綠色熒光，在細(xì)胞成像方面有良好應(yīng)用前景。
2 實(shí)驗(yàn)部分
2.1 儀器與試劑
Bruker AV400型核磁共振儀（瑞士Bruker公司）； UV2550型紫外分光光度計(jì)（日本島津公司）； 320S型pH計(jì)（梅特勒托利多儀器有限公司）； F4600型熒光分光光度計(jì)（日本日立高新技術(shù)公司）； JEM100CXII型透射電鏡TEM（日本電子株式會(huì)社）； IX51型倒置熒光顯微鏡（奧林巴斯株式會(huì)社）； ST360型酶標(biāo)儀（上海科華生物工程股份有限公司）； Zetasizer Nano ZEN3600型動(dòng)態(tài)光散射納米激光粒度儀（英國(guó)Malvern公司）。
AMN的合成見(jiàn)文獻(xiàn)[25]； 聚丙烯酸（PAA， 分子量2.6萬(wàn)，河南凱特化工有限公司）； Gibco胎牛血清及DMEM培養(yǎng)基（Invitrogen公司）； 3（4，5二甲基噻唑2）2，5二苯基四氮唑溴鹽（MTT，Sigma公司）； HeLa細(xì)胞為實(shí)驗(yàn)室傳代培養(yǎng)； 其它試劑均為市售分析純； 實(shí)驗(yàn)用水為去離子水。
2.2 PAAMN的制備
將0.5 g PAA，0.63 g EDAC?HCl和0.79 g NHS溶于10 mL DMF中，在室溫下攪拌反應(yīng)1 h，向其中加入含AMN的DMF溶液，并于60℃攪拌反應(yīng)4 h。將反應(yīng)液離心，上清液放入透析袋中，在pH 3～4的稀HCl中進(jìn)行透析。透析一段時(shí)間后將袋內(nèi)膠狀固體取出，溶解在pH 11的NaOH溶液中，滴加稀HCl使其析出。經(jīng)過(guò)多次堿溶酸沉處理后，將該固體溶解，再于水中透析，測(cè)試透析液熒光強(qiáng)度。當(dāng)透析液熒光強(qiáng)度為零時(shí)，將透析袋內(nèi)溶液取出， 凍干， 得目標(biāo)產(chǎn)物（PAAMN）。
2.3 PAAMN的形態(tài)及結(jié)構(gòu)表征
將納米粒子溶液滴在含有Formar膜的銅網(wǎng)上，并進(jìn)行負(fù)染，采用TEM觀察其形態(tài)； 采用納米激光粒度儀測(cè)定PAAMN在水溶液中的粒徑； 用DMSOd6+D2O為溶劑測(cè)定PAAMN的1H NMR光譜。
將AMN溶于乙醇中，配成1.0 mg/mL儲(chǔ)備液，再用水稀釋得所需濃度的工作溶液。將PAAMN用水溶解， 配制成2.0 mg/mL儲(chǔ)備溶液，并用水稀釋至所需濃度的工作溶液。分別測(cè)定AMN及PAAMN工作溶液的紫外可見(jiàn)吸收光譜； 在392 nm下測(cè)定不同濃度AMN溶液的吸光度并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。根據(jù)PAAMN溶液在392 nm處的吸光度和AMN的標(biāo)準(zhǔn)曲線，按文獻(xiàn)[25]的方法計(jì)算納米粒子中熒光團(tuán)的摩爾取代度。
2.4 熒光性質(zhì)研究
熒光光譜及量子產(chǎn)率測(cè)定： 測(cè)定水溶液中PAAMN及AMN的熒光光譜； 以硫酸奎寧為參比，測(cè)定水溶液中PAAMN及AMN的熒光量子產(chǎn)率，硫酸奎寧在0.05 mol/L H2SO4溶液中的量子產(chǎn)率按0.55計(jì)算[26]。
光穩(wěn)定性考察： 以390 nm為激發(fā)波長(zhǎng)，534 nm為發(fā)射波長(zhǎng)，每隔5 s測(cè)定一次PAAMN溶液的熒光，觀察2.5 h內(nèi)熒光強(qiáng)度的變化。
金屬離子對(duì)PAAMN熒光的影響： 分別移取PAAMN的工作溶液0.1 mL和Ph 7.4的磷酸鹽緩沖溶液5.0 mL加入到10.0 mL比色管中，再加入金屬離子； 以不加金屬離子的PAAMN體系作為對(duì)照。各溶液用水定容后測(cè)定熒光光譜，記錄熒光強(qiáng)度。
pH值對(duì)PAAMN熒光的影響： 分別移取PAAMN及AMN的工作溶液0.1 mL加入到10.0 mL比色管中，用不同pH值的磷酸鹽緩沖溶液定容后測(cè)定熒光光譜，記錄熒光強(qiáng)度。
2.5 MTT法檢測(cè)細(xì)胞相容性
將對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的HeLa細(xì)胞按每孔5000個(gè)細(xì)胞接種于96孔板中，用含10%胎牛血清的DMEM為培養(yǎng)基，在37℃含5%CO2的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。待細(xì)胞貼壁后，吸去板內(nèi)培養(yǎng)基殘液，加入含不同濃度PAAMN 的培養(yǎng)液， 置于培養(yǎng)箱中孵育24 h，此后向每孔加入20 μL濃度為5 mg/mL的MTT溶液，繼續(xù)孵育4 h。然后移去板內(nèi)液體，每孔加入200 μL DMSO，將細(xì)胞培養(yǎng)板放置搖床上， 低速振蕩使結(jié)晶物充分溶解。 用酶標(biāo)儀在490 nm波長(zhǎng)處測(cè)量各孔的吸光度（A）。以未加PAAMN的細(xì)胞作空白對(duì)照，計(jì)算細(xì)胞的相對(duì)增殖率（Relative growth rate，RGR）： RGR = （A實(shí)驗(yàn)組/A空白對(duì)照組）×100%。
2.6 納米粒子及染色細(xì)胞的熒光顯微成像
納米粒子的熒光觀察： 將0.1 mg/mL PAAMN溶液用PBS溶液（pH7.4）稀釋10倍，然后取0.1 mL置于24孔培養(yǎng)板中，于熒光顯微鏡下觀察。
細(xì)胞染色及成像： 將HeLa細(xì)胞接種于24孔培養(yǎng)板中，待細(xì)胞貼壁后，移去原培養(yǎng)基，加入含0.01 mg/mL PAAMN的新培養(yǎng)基，并置于CO2培養(yǎng)箱中于37℃下培養(yǎng)2 h。然后移除培養(yǎng)基，用PBS溶液將細(xì)胞洗滌3次，再加入4%的多聚甲醛固定細(xì)胞，最后用熒光顯微鏡觀察細(xì)胞成像效果。
3 結(jié)果與討論
3.1 PAAMN的制備與表征
PAAMN 的制備方法如圖1所示。PAA中的羧基被活化后與AMN中的氨基反應(yīng)，形成接枝聚合物； 該聚合物在透析過(guò)程中發(fā)生自組裝形成納米粒子，未反應(yīng)的熒光團(tuán)和溶劑也在透析中除去。將透析純化后的納米粒子溶液凍干，得到PAAMN。固體PAAMN能溶解于水中形成黃色透明溶液。
采用TEM、動(dòng)態(tài)光散射（DLS）、UVVis 及1H NMR方法對(duì)納米粒子的形態(tài)及結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。TEMD如圖2A所示， 納米粒子呈規(guī)則球狀顆粒； 如圖2B所示，DLS測(cè)定PAAMN的水合粒徑約為290 nm。
圖3為AMN和PAAMN的UVVis光譜， AMN的最大吸收峰在392 nm，PAAMN的最大吸收峰在394 nm。1H NMR測(cè)定表明，PAAMN在7.00～8.77 ppm處有明顯的芳環(huán)氫相關(guān)信號(hào)，且在2.5～3.0 ppm處有哌嗪環(huán)上亞甲基的相關(guān)信號(hào)（圖4）。由于PAA在300 nm以上無(wú)明顯的吸收峰，其結(jié)構(gòu)中不存在芳環(huán)，而納米粒子中未與PAA鍵合的熒光團(tuán)已通過(guò)透析除去，因此上述結(jié)果證明萘酰亞胺熒光團(tuán)已經(jīng)被固定于PAAMN中。經(jīng)計(jì)算，熒光團(tuán)的摩爾取代度為4.1%，說(shuō)明PAA中僅有部分羧基被取代，生成的納米粒子中仍有大量可修飾的羧基存在，為其進(jìn)一步功能化提供了條件。
3.2 熒光性質(zhì)
由AMN和PAAMN的熒光激發(fā)和發(fā)射光譜（圖5）可見(jiàn)，PAAMN具有與AMN類似的特征熒光光譜，它們的最大激發(fā)和發(fā)射波長(zhǎng)均分別為390和534 nm，說(shuō)明PAAMN的熒光是由萘酰亞胺熒光團(tuán)產(chǎn)生，且與PAA鏈鍵合對(duì)熒光團(tuán)的熒光波長(zhǎng)無(wú)明顯影響。水溶液中PAAMN和AMN的量子產(chǎn)率測(cè)定結(jié)果分別是0.14和0.08，說(shuō)明形成納米粒子增強(qiáng)了萘酰亞胺熒光團(tuán)的熒光。在設(shè)定的測(cè)試條件下，2.5 h內(nèi)測(cè)定PAAMN的熒光強(qiáng)度變化在7%以內(nèi)（圖6），說(shuō)明其有較好的光穩(wěn)定性。
金屬離子對(duì)PAAMN熒光強(qiáng)度影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在生理pH條件下，1.0106 mol/L的Mg2+，Hg2+，Ni2+，Mn2+，Al3+，Zn2+，Ba2+，Ag+和Cd2+對(duì)PAAMN的熒光沒(méi)有明顯影響ex=390 nm； em=534 nm.
由于許多4氨基萘酰亞胺衍生物對(duì)pH敏感[27，28]，因此本研究進(jìn)一步考察了pH值對(duì)PAAMN熒光性質(zhì)的影響。 結(jié)果表明，在pH 4.0～10.0范圍內(nèi)，PAAMN的最大激發(fā)和發(fā)射波長(zhǎng)不隨pH值變化而變化，但熒光強(qiáng)度隨著pH值增大而逐漸減小。如圖7所示，PAAMN的這種pH調(diào)控?zé)晒夥肿娱_關(guān)功能與AMN類似，但熒光強(qiáng)度變化趨勢(shì)及范圍要小于AMN。造成上述現(xiàn)象的原因可能是[28，29]： 堿性條件下，萘酰亞胺類化合物哌嗪基團(tuán)中的烷基胺作為電子給體，向萘酰亞胺進(jìn)行光致電子轉(zhuǎn)移（PET），從而淬滅萘酰亞胺的熒光； 酸性增加使哌嗪基上的氮原子發(fā)生質(zhì)子化，抑制了PET過(guò)程，因此熒光強(qiáng)度增強(qiáng)； 與AMN相比，PAAMN中有較多的羧基，對(duì)哌嗪上氮原子的質(zhì)子化具有一定的緩沖作用，因此其熒光強(qiáng)度隨pH值變化相對(duì)較小。
3.3 細(xì)胞相容性
用于生物樣品的納米材料應(yīng)具有良好的生物相容性。細(xì)胞毒性試驗(yàn)是體外評(píng)價(jià)納米材料生物相容性的常用方法，具有經(jīng)濟(jì)、快速、操作方便等優(yōu)勢(shì)。本實(shí)驗(yàn)采用MTT法考察了PAAMN濃度（0.001～0.25 mg/mL）對(duì)HeLa細(xì)胞增殖的影響，并根據(jù)美國(guó)藥典中RGR與細(xì)胞毒性分級(jí)的關(guān)系（RGR≥100%為0級(jí)； 80%～99%為Ⅰ級(jí)； 50%～79%為Ⅱ級(jí)； 30%～49%為Ⅲ級(jí)； 0～29%，Ⅳ級(jí)）對(duì)其毒性進(jìn)行評(píng)級(jí)。從圖8可見(jiàn)，在測(cè)定的濃度范圍內(nèi)，當(dāng)PAAMN濃度低于0.1 mg/mL時(shí)，細(xì)胞的RGR均大于90%； 隨著PAAMN濃度增加，RGR略有下降，但都大于80%。各測(cè)試濃度PAAMN對(duì)HeLa細(xì)胞的毒性反應(yīng)分級(jí)均為Ⅰ級(jí)，說(shuō)明PAAMN具有良好的細(xì)胞相容性。
3.4 熒光成像
PAAMN溶液的熒光顯微成像如圖9A所示，在390 nm激發(fā)光下，PAAMN能發(fā)射綠色的熒光。由于PAAMN具有好的細(xì)胞相容性，且在生理?xiàng)l件下具有較強(qiáng)的熒光，因此進(jìn)一步考察了其用于細(xì)胞成像的可行性。
HeLa細(xì)胞在含0.01 mg/mL PAAMN的培養(yǎng)基中孵育，然后洗去多余的納米粒子，將細(xì)胞固定， 在390 nm激發(fā)光下觀察成像效果，結(jié)果如圖9B所示，染色后的細(xì)胞仍具有較好的形態(tài)， 發(fā)出綠色熒光，表明PAAMN在細(xì)胞成像方面具有應(yīng)用潛力。
4 結(jié) 論
本研究以具有良好生物相容性及水溶性的PAA聚合物為基礎(chǔ)， 進(jìn)行萘酰亞胺衍生物接枝改性，并將生成產(chǎn)物自組裝制備了球形的納米粒子。該納米粒子具有好的水溶性，熒光團(tuán)以共價(jià)鍵的方式固定于其中，不易泄漏， 其在生理?xiàng)l件下具有較強(qiáng)的熒光＼，較長(zhǎng)的熒光發(fā)射波長(zhǎng)（>500 nm）＼，大的Stocks位移（144 nm）以及良好的光穩(wěn)定性和細(xì)胞相容性。熒光顯微成像表明，合成的熒光納米粒子能進(jìn)入細(xì)胞，且在390 nm激發(fā)光下發(fā)射綠色熒光，可用于細(xì)胞熒光成像。由于具有大量可用于修飾的羧基，對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾還有望制成高靈敏度和選擇性的熒光探針，在樣品檢測(cè)及生物成像研究中有應(yīng)用潛力。
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27 Georgiev N I， Bojinov V B， Nikolov P S. Dyes Pigments， 2011， 88（3）： 350-357
說(shuō)到照明，此前的研究多集中在色溫等方面。但是由意大利伊蘇布利亞大學(xué)的Paolo diTrapani開發(fā)的這項(xiàng)新技術(shù)，卻在提供“人工白晝”般的照明技術(shù)方面迎來(lái)了一個(gè)新的突破。其原型采用了LED面板，并通過(guò)透明塑料面板進(jìn)行發(fā)散。而該技術(shù)的主要突破，就是這些肉眼不可見(jiàn)、卻遍布在面板上的二氧化鈦納米顆粒！
這些顆粒的主要任務(wù)，就是散色光線——這一原理與太陽(yáng)光通過(guò)地球的大氣層很像。有些人或許會(huì)覺(jué)得這么做“多此一舉”，但是因?yàn)樵撨^(guò)程模擬了物理學(xué)上的Reylight散射，所以會(huì)讓光線顯得更加“真實(shí)”。
事實(shí)上，“自然光級(jí)別的品質(zhì)”，有助于緩解輕度抑郁和減少壓力。而問(wèn)題是，我們并不是總能接觸到它。
因此，在新技術(shù)普及后，人們就可以在自家簾子后面“畫出”一幅明媚的春光，而無(wú)視屋外是否刮風(fēng)下雨。
當(dāng)然，技術(shù)的普及總有個(gè)過(guò)程。雖然當(dāng)前并沒(méi)有相關(guān)的產(chǎn)品出售，不過(guò)di Trapani和他的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)計(jì)劃通過(guò)一家名叫CoeLux的公司，在未來(lái)幾年進(jìn)行銷售。
【關(guān)鍵詞】 脂質(zhì)體納米粒; 藥物載體; 自組裝; 表征; 應(yīng)用
脂質(zhì)體納米粒 (Liposparticle)是一定濃度的脂質(zhì)囊泡和納米粒分散在水溶液中自組裝形成的具有脂質(zhì)外殼和納米粒核心的新型組裝體 (圖1)，近來(lái)，在生物科技和藥物、抗原、基因傳遞系統(tǒng)領(lǐng)域引起人們極大興趣[1]。脂質(zhì)體納米粒具有以下特征[2]:①在溫和的條件下自發(fā)形成;②粒徑可控且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定;③表面可以修飾;④載藥量高，貯存時(shí)間長(zhǎng)，給藥前通過(guò)水化即可，防止藥物的降解和損失;⑤包封的藥物可以持續(xù)釋放。脂質(zhì)體納米粒這種結(jié)構(gòu)結(jié)合了納米粒和脂質(zhì)體的優(yōu)點(diǎn)[3]，納米粒核心可作為支撐骨架，賦予脂質(zhì)層機(jī)械穩(wěn)定性、可控的形態(tài)學(xué)、狹窄的粒徑分布和最終材料的純化。結(jié)合生物可降解的材料，粒子還可用于體內(nèi)作為生物活性化合物的載體。而外周的脂質(zhì)膜具有生物相容性，生物膜的擬生態(tài)行為(黏附，融合……)，在膜內(nèi)或膜表面可與多種分子(脂溶性的或者水溶性的)相互作用，因此可作為不同生物分子的載體。生物載體治療公司[4] 最先研究了一種基于交聯(lián)的云芝多糖陽(yáng)離子納米粒(60 nm)外面包裹磷脂和膽固醇的混合物的系統(tǒng)，可用于疫苗和藥物傳遞[5]。Rapuano等[6]對(duì)不同的支持物上的雙分子層進(jìn)行了研究，包括二氧化硅粒子、聚苯乙烯粒子和聚甲基異丁烯酸粒子，從吸附等溫線、粒徑、表面電荷、膠體穩(wěn)定性和生物分子識(shí)別等幾個(gè)方面研究了脂質(zhì)包裹的納米粒。近年來(lái)，國(guó)外對(duì)脂質(zhì)體納米粒及其載藥制劑的研究越來(lái)越多，脂質(zhì)體納米粒自組裝成的這種獨(dú)特核殼結(jié)構(gòu)也正成為制劑載藥系統(tǒng)研究的熱點(diǎn)之一，但國(guó)內(nèi)研究報(bào)道較少。因此，本文通過(guò)查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)脂質(zhì)體納米粒載藥系統(tǒng)的最新研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。
1 脂質(zhì)體納米粒的構(gòu)成材料及結(jié)構(gòu)形式
脂質(zhì)體是一種眾所周知的制劑，已有廣泛應(yīng)用。當(dāng)磷脂分散在水中時(shí)形成多層囊泡，并且每一層均為脂質(zhì)雙分子層。目前，脂質(zhì)材料有中性脂質(zhì)二棕櫚酰膽堿(dipalmitoyl phosphatidylcholine， DPPC)、二硬脂酰膽堿(distearoyl phosphatidylcholine， DSPC)和二肉豆蔻酰磷酸酰膽堿(dimyristoyl phosphatidyl choline， DMPC);負(fù)電荷脂質(zhì)有磷脂酸(phosphatidic acid， PA)、磷脂酰絲氨酸(phosphatidylserine， PS)和雙鯨蠟磷酸酯(dicetaceumphosphate， DCP);正電荷脂質(zhì)有N[1(2，3二油酰基)丙基]N， N， N三乙胺氯(N[1(2， 3dioleyloxy)propyl]N，N，Ntrimethylammonium chloride， DOTMA)、2，3二油酰基N[2(精氨酸基酰胺)乙基]N，N二甲基1丙基三氟乙酸胺(2，3dioleyloxyN[2(sperminecarboxyamido)ethyl]N，Ndimethyllpropanaminium trifluroacetate， DOSPA)、1，2二油酰氧丙基N，N，N三甲基溴化銨(1，2dipalmitoyl3trimethylammoniumpropane，DPTAP)等[7]。脂質(zhì)體納米粒的核心為不同粒徑和性質(zhì)的球形固體支持物。目前報(bào)道中，使用最多的無(wú)機(jī)物是二氧化硅粒子[8]。而在有機(jī)聚合物支持物的選擇中，聚苯乙烯粒子使用得最多，是因?yàn)橥ㄟ^(guò)它比較容易得到粒度分布狹窄的膠體懸液[3，9]。此外還有一些研究使用的是生物環(huán)境下可完全降解的多糖核心，如糊精麥芽糖復(fù)合劑[10]和殼聚糖[11]，或生物可降解的脂肪族聚酯核心，如聚乳酸[12]。
脂質(zhì)體納米粒的形成是基于納米粒與脂質(zhì)膜之間的相互作用。將脂質(zhì)囊泡與納米粒溶液在一定溫度下孵育，囊泡接觸到納米粒子以后產(chǎn)生融合作用，在納米粒子的周圍重組成連續(xù)的雙分子層。Gilbert等[13]最先發(fā)明了“脂質(zhì)呈遞系統(tǒng)”，它將脂質(zhì)吸附在所謂的玻璃微球表面上(直徑≈1.6 μm)。為了檢測(cè)脂質(zhì)確實(shí)包裹著微球，在磷脂組成中摻入熒光探針[14]，通過(guò)熒光顯微鏡觀察到粒子周圍有均勻的熒光殼，表明脂質(zhì)沉積在粒子表面，并且形成的脂質(zhì)膜連續(xù)均勻。另外Bershteyn等[15]研究發(fā)現(xiàn)，包封納米粒所用的脂質(zhì)的量和組成不同也會(huì)導(dǎo)致最終的脂質(zhì)體納米粒系統(tǒng)外層形成多種脂質(zhì)結(jié)構(gòu)，如殼狀、洋蔥狀或花瓣樣。當(dāng)脂質(zhì)中摻入聚乙二醇化的脂質(zhì)時(shí)，可以觀察到花瓣?duì)畹闹|(zhì)雙分子層從聚合物核心向外延展[11](圖2)，而不同結(jié)構(gòu)粒子的細(xì)胞攝取率也相差很大。
a，b:二油酰磷脂膽堿(dioleoylphosphocholine， DOPC)脂質(zhì)包裹的粒子時(shí)呈現(xiàn)“洋蔥”狀形態(tài)，多層脂質(zhì)呈圓環(huán)狀堆疊在粒子核心周圍;c，d:當(dāng)DOPC脂質(zhì)摻入10%摩爾的聚乙二醇磷脂時(shí)，形成脂質(zhì)“花朵”，“花瓣”從聚合物核心向外延展
圖2 脂質(zhì)的量和組成不同形成不同結(jié)構(gòu)
2 脂質(zhì)體納米粒的制備
2.1 脂質(zhì)體納米粒的制備方法
脂質(zhì)體納米粒的制備，可以通過(guò)兩種方法實(shí)現(xiàn)。第一種方法是直接將旋干的脂質(zhì)膜與分散的納米粒溶液水合(圖3a)，但這種方法費(fèi)時(shí)[16]，即使用相對(duì)合適的參數(shù)控制制備過(guò)程，還是不能控制最終的粒徑及粒度分布。第二種方法是將事先制備好的囊泡與納米粒溶液混合(圖3b)，這種方法方便簡(jiǎn)單，易于控制粒徑[17]。制備囊泡的不同方法有:①水合法;②水浴超聲;③擠出法。而每種方法形成囊泡的粒徑和均一性都不同，直接用旋干的脂質(zhì)膜和用水合法形成的囊泡制備的脂質(zhì)體納米粒結(jié)果最差，而用擠出法制備的囊泡來(lái)制備的脂質(zhì)體納米粒最好。囊泡的粒徑和粒度分布越小，越具有可控性和重復(fù)性。大的多層囊泡與小的單層囊泡相比，脂質(zhì)在納米粒表面的重組更加困難。
2.2 脂質(zhì)體納米粒制備的影響因素
2.2.1 連續(xù)相理化性質(zhì)的影響 連續(xù)相的選擇對(duì)脂質(zhì)體納米粒的制備至關(guān)重要。為了考察連續(xù)相對(duì)脂質(zhì)體納米粒制備的影響，Troutier等[3]以聚苯乙烯粒子為支持物模型，考察了緩沖液類型、離子強(qiáng)度和緩沖液pH值對(duì)不同電荷的囊泡與聚苯乙烯粒子構(gòu)成脂質(zhì)體納米粒粒徑的影響。結(jié)果表明，離子強(qiáng)度和pH值相同的不同種類的緩沖液對(duì)組裝過(guò)程沒(méi)有顯著差異，說(shuō)明脂質(zhì)體納米粒組裝過(guò)程不受離子種類的影響。pH值的變化對(duì)脂質(zhì)體納米粒的組裝過(guò)程也沒(méi)有影響，因?yàn)镈PPC在強(qiáng)酸至強(qiáng)堿范圍內(nèi)均為兩性脂質(zhì)，而DPTAP脂質(zhì)的季銨基團(tuán)使其對(duì)pH值變化不敏感。不同離子強(qiáng)度對(duì)陽(yáng)離子和兩性脂質(zhì)囊泡的組裝過(guò)程影響差異較大，對(duì)于陽(yáng)離子脂質(zhì)，高離子強(qiáng)度下制備使其電荷被屏蔽，容易聚集;而在低離子強(qiáng)度下制備好的脂質(zhì)體納米粒即使再置于高離子強(qiáng)度下也不發(fā)生聚集。這個(gè)現(xiàn)象說(shuō)明囊泡和粒子之間的相互作用比制備好的脂質(zhì)體納米粒更容易受離子強(qiáng)度的影響。對(duì)于兩性脂質(zhì)，由于脂質(zhì)體納米粒的組裝主要不是通過(guò)靜電相互作用，因此離子強(qiáng)度的作用不突出。
2.2.2 脂質(zhì)成分電荷的影響 脂質(zhì)體納米粒組裝過(guò)程中，陽(yáng)離子脂質(zhì)成分百分比較低時(shí)粒徑增大。Makino等[18]解釋，DPPC頭基可能顯露了其陰離子部分而伸向外側(cè)，由于DPPC/DPTAP的靜電相互作用導(dǎo)致粒子聚集。隨著DPTAP百分比的增加，靜電斥力占優(yōu)勢(shì)，從而使組裝體的粒徑減小。在100%陽(yáng)離子脂質(zhì)成分的組裝體中，多分散性很小，這表明脂質(zhì)體納米粒均為單個(gè)粒子，其粒徑接近于空白粒子包裹著單個(gè)脂質(zhì)雙分子層。在100%兩性脂質(zhì)構(gòu)成的脂質(zhì)體納米粒中，也未發(fā)生聚集，粒徑和粒度分布都接近空白粒子，因?yàn)镈PPC分子間缺少靜電相互作用，從而避免了其聚集。
2.2.3 囊泡/粒子表面積比值的影響 影響脂質(zhì)體納米粒制備的另一個(gè)因素是最初的混合物中脂質(zhì)囊泡與粒子的表面積比值，AV/AP(AV和AP分別是脂質(zhì)囊泡和粒子的總表面積)，這個(gè)概念由CarmonaRibeiro等[19]最先提出。對(duì)于0 %，75 %，和100 %的DPTAP脂質(zhì)組成，脂質(zhì)體納米粒的粒徑和粒度分布不受AV/AP的影響，接近于空白粒子。而其他百分比(如10 %，25 %和50 %DPTAP)，隨著AV/AP的增大，脂質(zhì)體納米粒的粒徑逐漸減小。對(duì)于這部分比例的DPTAP，囊泡在AV/AP高時(shí)發(fā)揮靜電穩(wěn)定劑作用，而在AV/AP低時(shí)發(fā)揮促凝劑作用。AV/AP較低時(shí)發(fā)生聚集基于兩種假設(shè)[3]:①在陽(yáng)離子囊泡和陰離子粒子之間形成橋梁(局部“過(guò)剩”);②由于AV/AP較低，粒子沒(méi)有完全被包裹，粒子的陰離子區(qū)域顯露。而對(duì)于0% DPTAP，在所有范圍的AV/AP比值中均不發(fā)生聚集。這也可用兩種假想來(lái)解釋:①陰離子粒子和略微負(fù)電荷的囊泡中沒(méi)有形成橋;②在DPPC不完全覆蓋的陰離子粒子間沒(méi)有發(fā)生靜電吸引。
3 脂質(zhì)體納米粒的表征
脂質(zhì)體納米粒組裝體具有核殼結(jié)構(gòu)，這種組裝體可通過(guò)多種方法，從粒徑、表面電荷、化學(xué)組成和形態(tài)等多個(gè)方面進(jìn)行表征。
3.1 粒徑和Zeta電位測(cè)量
粒徑測(cè)定和Zeta電位測(cè)量可以說(shuō)明脂質(zhì)的有效吸附[20]。納米粒表面被脂質(zhì)膜包裹以后直觀表現(xiàn)在粒徑的略微增大。與帶相反電荷的囊泡相互作用以后，納米粒表面的電荷信號(hào)改變足以證明了聚苯乙烯納米粒表面負(fù)電荷被陽(yáng)離子脂質(zhì)屏蔽。
3.2 X射線光電子光譜法(XPS)
XPS技術(shù)提供了一種新方法來(lái)表征包裹的脂質(zhì)[3]。將DPPC脂質(zhì)構(gòu)成的脂質(zhì)體納米粒與空白聚苯乙烯納米粒的XPS光譜相比，聚苯乙烯粒子的特征信號(hào)ππ*(292 eV處)消失，并且組裝體表面的各種碳原子所占的百分比與DPPC的理論值接近，O/P(原子百分比)為7.6，接近DPPC的理論值8，從而證實(shí)粒子被脂質(zhì)層所包裹。
3.3 顯微鏡技術(shù)
通過(guò)顯微鏡技術(shù)可得到組裝體表面包裹的全部信息。為粒子和囊泡分別選擇兩種不同的熒光基團(tuán)，若粒子的熒光信號(hào)與脂質(zhì)信號(hào)重合說(shuō)明粒子與脂質(zhì)處于同一位置，粒子的熒光信號(hào)被脂質(zhì)熒光信號(hào)覆蓋進(jìn)一步驗(yàn)證粒子被脂質(zhì)所包裹。
3.4 超薄切片透射電子顯微術(shù)(TEM)
將樣品包埋于樹脂中，可避免以往干燥過(guò)程中導(dǎo)致的目標(biāo)物重排。包埋樣品的切片通過(guò)TEM重點(diǎn)對(duì)粒子和染色脂質(zhì)的電子云密度進(jìn)行比較。將事先染色、包埋于樹脂中的空白聚苯乙烯粒子和脂質(zhì)體納米粒進(jìn)行超薄切片觀察，與空白粒子相比，脂質(zhì)體納米粒影像顯示粒子被一圈均一而深色的殼所包圍，表明脂質(zhì)層包裹著納米粒。
3.5 差示掃描量熱分析(DSC)
對(duì)包裹有兩性脂質(zhì)和陽(yáng)離子脂質(zhì)的納米粒分別進(jìn)行差示掃描量熱分析。DSC結(jié)果顯示都只出現(xiàn)了一個(gè)躍遷峰，這表明脂質(zhì)形成了一個(gè)有序相，而不是以單分子吸附在支持物上而出現(xiàn)，這從一定程度上說(shuō)明脂質(zhì)包裹均一。
3.6 凍結(jié)蝕刻電子顯微鏡
這一技術(shù)允許在水合狀態(tài)下觀察樣品，避免了傳統(tǒng)方法造成的假象(樣品干燥過(guò)程中結(jié)構(gòu)變形)[21]。二氧化硅納米粒的cryoTEM圖像顯示，由于粒子的微孔性出現(xiàn)了電子致密核。加入囊泡以后，脂質(zhì)殼呈現(xiàn)出一個(gè)持續(xù)而均勻的雙分子層，準(zhǔn)確地出現(xiàn)在粒子輪廓上。
4 脂質(zhì)體納米粒作為藥物載體的應(yīng)用
4.1 藥物靶向
納米粒表面連接腫瘤壞死因子(TNF)后，可以作為有效的載體系統(tǒng)，激活TNF受體從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。但是由于潛在的全身毒性，體內(nèi)應(yīng)用受到阻礙。Messerschmidt等[22]將TNF納米粒作為模型系統(tǒng)，在其外面包裹一層脂質(zhì)膜，這樣可以將TNF的活性暫時(shí)屏蔽，形成內(nèi)部為單鏈TNF官能化的納米粒;外層的脂質(zhì)膜PEG化賦予其立體穩(wěn)定性，并用單鏈抗體可變區(qū)基因片段(scFc)修飾，用于靶向有FAP(一種抗癌基因)標(biāo)記的腫瘤間質(zhì)。脂質(zhì)包裹以后明顯降低對(duì)FAP陰性細(xì)胞的細(xì)胞毒性，而對(duì)FAP陽(yáng)性細(xì)胞的細(xì)胞毒性增加。通過(guò)脂質(zhì)體包封，納米粒裝載生物活性分子，可以靶向特異性細(xì)胞。這種新型組裝體除了安全性和靶向性，還適用于多種診斷和治療，可將試劑包埋在納米粒核心或分布于粒子表面，從而有利于靶向遞藥。
4.2 聯(lián)合用藥
腫瘤的多藥耐藥性需要細(xì)胞毒藥物與化學(xué)敏感劑共同給藥，而脂質(zhì)體納米粒系統(tǒng)可以同時(shí)包封多種藥物。為了優(yōu)化這種結(jié)合給藥的效果，Wong等[23]將GG918特異的P糖蛋白抑制劑和多柔比星細(xì)胞毒藥物這兩種藥物體外對(duì)耐藥株乳腺癌細(xì)胞分別以溶液和脂質(zhì)體納米粒形式給藥。結(jié)果表明，以脂質(zhì)體納米粒形式給藥的治療效果最顯著，它能顯著提高細(xì)胞對(duì)多柔比星的攝取與滯留時(shí)間。與溶液組相比，脂質(zhì)體納米粒組對(duì)腫瘤細(xì)胞的抑制作用增加了8倍。脂質(zhì)體納米粒系統(tǒng)提供了一種改善抗藥腫瘤治療效果的最佳、有效的途徑。
4.3 作為基因治療藥物載體
脂質(zhì)體納米粒系統(tǒng)由于其有很好的生物相容性和體內(nèi)穩(wěn)定性，可以用作質(zhì)粒 DNA和寡核苷酸的載體。Li等[24]研究了雙十八烷基二甲基溴化銨(dioctadecyldimethylammoniumbromide， DODAB)脂質(zhì)包裹的金納米粒對(duì)哺乳動(dòng)物細(xì)胞轉(zhuǎn)染的介導(dǎo)作用。研究表明，DODAB脂質(zhì)雙分子層包裹金納米粒以后，可以有效地將DNA質(zhì)粒成功轉(zhuǎn)染到HEK 293細(xì)胞中去。DODAB脂質(zhì)包裹的金納米粒的轉(zhuǎn)染效率是DODAB脂質(zhì)的5倍。脂質(zhì)體納米粒的出現(xiàn)為構(gòu)造金納米粒作為基因載體和納米材料用于轉(zhuǎn)染提供了一種新途徑。
4.4 作為眼科藥物載體
Diebold等[11]對(duì)脂質(zhì)體殼聚糖納米粒組裝體(liposomechitosan nanoparticle complexes， LCSNP)作為眼科藥物載體進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，LCSNP首先滯留在黏液層，然后不同程度地進(jìn)入結(jié)膜細(xì)胞，并且其在體外未表現(xiàn)出細(xì)胞毒性，體內(nèi)耐受性較好。總之，通過(guò)進(jìn)一步研究，將來(lái)LCSNP可通過(guò)眼睛黏膜用于藥物傳送。
5 結(jié)語(yǔ)與展望
脂質(zhì)體納米粒系統(tǒng)作為給藥載體具有突出的優(yōu)勢(shì)，它將脂質(zhì)體與納米粒的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，具有很高的藥物包封率、可調(diào)節(jié)的持續(xù)釋放行為和良好的血清穩(wěn)定性，可用于多種細(xì)胞和組織靶向。脂質(zhì)體納米粒組裝體的核殼結(jié)構(gòu)，使其內(nèi)核可以作為疏水性藥物的容器，外殼可對(duì)藥物起保護(hù)作用，并且達(dá)到緩釋作用。同時(shí)通過(guò)對(duì)脂質(zhì)體納米粒的表面修飾可以達(dá)到靶向作用。脂質(zhì)體納米粒這種非病毒載體沒(méi)有免疫原性，不會(huì)引起細(xì)胞的免疫反應(yīng)，將其包裹以后，可以保護(hù)基因類藥物免受酶的降解到達(dá)細(xì)胞內(nèi)，有望作為生物藥物載體。相信隨著研究的不斷深入，脂質(zhì)體納米粒系統(tǒng)必將成為人類征服疾病的又一有力工具。
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關(guān)鍵詞：納米粒子；給藥系統(tǒng)：靶向治療；腫瘤
中圖分類號(hào)：R730.5
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
文章編號(hào)：1672-979X(2010)09-0357-04
納米給藥系統(tǒng)是指粒子直徑在10～1000nm之間的給藥系統(tǒng)，具有提高藥物穩(wěn)定性、藥物緩釋和控釋的作用，其表面可以多種修飾。按形態(tài)劃分為納米囊、納米球和納米粒子等。納米囊是泡狀載體，藥物被聚合物包裹在空腔中；納米球是藥物與基質(zhì)物理結(jié)合并均勻分散在基質(zhì)中；納米粒子是固體的膠態(tài)粒子，由藥物和大分子物質(zhì)組成。納米藥物學(xué)的研究重點(diǎn)是粒徑在200hm以下的粒子。
納米給藥系統(tǒng)具有靶向作用。靶向給藥分主動(dòng)靶向或被動(dòng)靶向。主動(dòng)靶向是藥物連接到載體系統(tǒng)后運(yùn)送到組織或特異細(xì)胞；被動(dòng)靶向是將藥物包埋到大分子或者納米粒子中被動(dòng)地到達(dá)靶器官，比如通過(guò)腫瘤組織透過(guò)性增強(qiáng)及滯留效應(yīng)(ERP效應(yīng))被動(dòng)到達(dá)腫瘤組織。納米粒子也可通過(guò)導(dǎo)管灌注方式到達(dá)靶器官或組織。例如，在血管再狹窄部位的血管壁上定位給予載藥納米粒子可以在特定部位起到緩釋作用。
納米粒子能通過(guò)幾種生物屏障。如應(yīng)用納米給藥系統(tǒng)有希望使一些抗腫瘤、抗病毒藥和其他藥物通過(guò)血腦屏障。已有納米粒子在高滲甘露醇作用下透過(guò)血腦屏障的報(bào)道，一些難治性疾病如腦瘤藥物也可起到緩釋作用。
1納米給藥系統(tǒng)在腫瘤中的應(yīng)用
腫瘤治療中，給藥系統(tǒng)對(duì)提高藥效和降低毒副作用起著重要作用。
1.1水凝膠納米粒子
水凝膠納米粒子是基于專利技術(shù)，使用疏水性黏多糖包埋和運(yùn)載藥物、治療用蛋白或疫苗抗原。一種新型系統(tǒng)使用膽甾醇基一普魯蘭糖顯示了很大的優(yōu)勢(shì)，4個(gè)膽甾醇分子聚集形成1個(gè)自凝聚疏水核心，普魯蘭糖在外層，形成混合絡(luò)合物，可穩(wěn)定地包埋蛋白質(zhì)。這些納米粒子可以激活免疫系統(tǒng)，容易被樹突細(xì)胞吞噬。更大一些的凝膠粒子可以包埋和釋放單克隆抗體。
姜黃素是調(diào)味品姜黃中的一種物質(zhì)，具有抗癌活性，然而由于溶解度低，生物利用度差，限制了臨床應(yīng)用。把姜黃素包埋在聚合物中形成可溶解分散的納米姜黃素，在胰腺癌細(xì)胞中可完全顯示游離姜黃素的活性，包括誘導(dǎo)凋亡，阻斷核轉(zhuǎn)錄因子xB(NF-tcB)活性，前炎癥因子表達(dá)減少，擴(kuò)大了臨床應(yīng)用領(lǐng)域。
1.2膠束和脂質(zhì)體
嵌段共聚物膠束是球形超分子組裝的兩性共聚物，其核心部分可容納疏水性藥物，殼的部分是親水的刷狀冠因而可以運(yùn)載水難溶性藥物。喜樹堿是治療腫瘤的拓?fù)洚悩?gòu)酶抑制劑，因其難溶性、不穩(wěn)定性及毒性限制了臨床應(yīng)用。聚乙二醇(PEG)修飾的磷脂組成的膠束特別適于作為喜樹堿的納米載體，因?yàn)槠淞街挥?4 run，可以從腫瘤和炎癥組織遺漏的脈管系統(tǒng)滲出。這種被動(dòng)靶向提高了喜樹堿在腫瘤中的濃度，減少了正常組織的毒性。
另一種膠束制劑因具有穩(wěn)定的聚乙二醇冠，可以減小細(xì)胞的吞噬作用從而延長(zhǎng)血漿半衰期。近年SPl049C、NK911和Genexol-PM已被批準(zhǔn)用于臨床。SPl049C是多柔比星包埋的普朗尼克膠束：NK911是多柔比星經(jīng)PEG修飾后再與聚天門冬氨酸連接后形成的共聚物；Genexol-PM是包埋紫杉醇的PEG-PLA(聚乙二醇一聚乳酸)膠束。聚合物膠束具有提高藥物溶解度，延長(zhǎng)半衰期，在腫瘤部位選擇性聚集，降低毒性等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。但這項(xiàng)技術(shù)目前缺乏腫瘤特異性和藥物的控釋能力。
超級(jí)磁粒子可與磁共振成像系統(tǒng)結(jié)合給腫瘤定位然后使用集中有效的治療方案，這項(xiàng)技術(shù)現(xiàn)已用于臨床，例如，為腦部的主要惡性腫瘤成膠質(zhì)細(xì)胞瘤定位。治療成膠質(zhì)細(xì)胞瘤的主要難點(diǎn)是藥物不易穿過(guò)血腦屏障，最近發(fā)現(xiàn)納米級(jí)的脂質(zhì)體氧化鐵制劑可提高血腦屏障的透過(guò)率。
1.3納米材料制劑
納米材料已成功地用于制造新型的給藥系統(tǒng)，解決藥物的水難溶性。研究人員將喜樹堿等難溶性抗癌藥包埋到熒光介孔硅納米粒子中運(yùn)送入腫瘤細(xì)胞。研究表明，介孔硅納米粒子將能解決許多抗癌藥物水不溶性的問(wèn)題。
1.4納米系統(tǒng)
新型的納米系統(tǒng)可通過(guò)粒子中包埋的分子傳感器提前進(jìn)行“程序化”設(shè)計(jì)，在運(yùn)載藥物的過(guò)程中改變其結(jié)構(gòu)和特性，使得被運(yùn)載的藥物實(shí)現(xiàn)更有效的胞內(nèi)和胞外給藥。傳感器可以對(duì)pH值、氧化還原電勢(shì)或酶的變化等物理或生物刺激做出反應(yīng)。腫瘤靶向包括全身被動(dòng)靶向和主動(dòng)受體靶向。物理壓力，例如電場(chǎng)或磁場(chǎng)、超聲波、熱、光可以聚焦并觸發(fā)納米系統(tǒng)的動(dòng)作。程序化的納米系統(tǒng)運(yùn)載的生物藥物還包括質(zhì)粒DNA，siRNA以及其它治療性核酸。
研究人員使用可降解的聚丁二醇二丙烯酸酯共氨基戊醇(C32)和由前列腺特異啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)的白喉毒素自殺基因(DT-A)組成納米粒子(C32／DT-A)，直接注射到正常前列腺和前列腺腫瘤的小鼠中，結(jié)果正常前列腺顯著減小，50％的細(xì)胞凋亡。而單次注射C32／DT-A納米粒子使80％前列腺腫瘤細(xì)胞凋亡。現(xiàn)期望注射多種納米粒子會(huì)使更大比例的前列腺腫瘤細(xì)胞凋亡。這些結(jié)果，表明局部給予聚合物／DT-A納米粒子可用于治療良性的前列腺肥大和前列腺腫瘤。
多藥耐藥性腫瘤細(xì)胞是由多種分子機(jī)制形成的。葡萄糖神經(jīng)酰胺合成酶激活前細(xì)胞凋亡介質(zhì)神經(jīng)酰胺，變成無(wú)功能分子葡萄糖基神經(jīng)酰胺。這種物質(zhì)在多種多藥耐藥腫瘤中過(guò)度表達(dá)，并且化療藥物存在下細(xì)胞存活。研究表明“”，在人卵巢腫瘤細(xì)胞系中，使用改性的聚氨基己酸.羧基乙酸內(nèi)酯納米粒子作為運(yùn)載工具，神經(jīng)酰胺和紫杉醇聯(lián)合用藥以重建凋亡信號(hào)傳導(dǎo)，可使多藥耐藥性細(xì)胞重新致敏達(dá)到紫杉醇對(duì)非耐藥細(xì)胞的ICso。分子活性分析證實(shí)這種方法的有效性是基于凋亡信號(hào)重建的假說(shuō)，表明此治療策略有潛在的克服多藥耐藥性的臨床應(yīng)用前景。
1.5納米細(xì)胞
粒徑400 nlxl的納米細(xì)胞可以克服化療藥物全身給藥的無(wú)選擇性分布和嚴(yán)重毒性，還可與不同電荷、親脂性和溶解性藥物組裝。納米細(xì)胞通過(guò)抗體與腫瘤細(xì)胞膜上的受體雙重特異性地起到靶向作用，使腫瘤細(xì)胞胞吞，在胞內(nèi)降解和釋放。減少劑量是限制全身毒性的重要因素，納米細(xì)胞的有效劑量小于全身用藥劑量的1／1000。納米細(xì)胞在小鼠異種皮膚移植和狗淋巴瘤實(shí)驗(yàn)中，盡管給藥劑量和抗體數(shù)量都很低，但明顯地抑制了腫瘤。現(xiàn)已有臨床試驗(yàn)驗(yàn)證這種給藥系統(tǒng)。
1.6樹狀大分子
早期研究作為藥物載體的樹狀大分子焦點(diǎn)集中于包埋藥物，但包埋很難控制藥物與樹狀大分子結(jié)合后的釋放。最近出現(xiàn)一種新型的線性聚合物樹狀大分子，在每個(gè)重復(fù)單元具有樹突。它們?cè)隗w內(nèi)的行為與線性聚合物不同，具有更長(zhǎng)的血漿半衰期。另一研究方向是將藥物連接到可降解的鏈上控釋藥物。
多柔比星連接到一種生物可降解的樹狀大分子上，通過(guò)設(shè)計(jì)粒子的大小和分子結(jié)構(gòu)，提高了血漿半衰期。多
柔比星.樹狀大分子通過(guò)多重粘附位點(diǎn)控制載藥量，聚乙二醇修飾控制水溶性，通過(guò)pH敏感的腙樹狀大分子連接控制藥物釋放。在培養(yǎng)的腫瘤細(xì)胞中，多柔比星-樹狀大分子的毒性小于游離多柔比星的1／10。給腫瘤小鼠靜脈注射復(fù)合納米粒子，腫瘤部位的藥物濃度比游離多柔比星高9倍，腫瘤完全消失，60 d后存活率100％。
1.7納米管
盡管可以預(yù)先將藥物分子直接連接在抗體上，但是，抗體上連接較多的藥物分子會(huì)明顯限制其靶向性，這些化學(xué)鍵會(huì)損壞抗體的活性。現(xiàn)已證實(shí)有些納米粒子可以克服這個(gè)缺點(diǎn)。研究人員通過(guò)共價(jià)鍵在碳納米管上連接了多拷貝腫瘤特異的單克隆抗體、放射粒子螫合物以及熒光探針，獲得了一種腫瘤靶向的單壁碳納米管。一種新型的抗腫瘤復(fù)合物納米粒子由腫瘤靶向抗體和富勒烯組成，可以運(yùn)載數(shù)種抗腫瘤藥物。抗體上的結(jié)合位點(diǎn)是疏水性的，會(huì)大量吸引疏水的富勒烯，可運(yùn)載多達(dá)40個(gè)富勒烯到一個(gè)單層腫瘤抗體ZME－108上，可用來(lái)運(yùn)送藥物直接進(jìn)入黑色素瘤細(xì)胞。在此過(guò)程中不需共價(jià)鍵，所以增加的有效負(fù)載不會(huì)改變抗體的靶向活性。與其他靶向治療方案相比，其真正的優(yōu)點(diǎn)是可以運(yùn)載多種藥物，例如紫杉醇加上其他化療藥物，可有效地避免產(chǎn)生耐藥性。作為富勒烯免疫療法的起步，第一個(gè)富勒烯免疫復(fù)合物已經(jīng)制備和表征。
1.8聚合物囊泡
聚合物囊泡是一種空殼的納米粒子，具有獨(dú)特的能運(yùn)送不同藥物的特性，其對(duì)藥物的攜帶、運(yùn)輸和細(xì)胞質(zhì)攝取是利用了嵌段共聚體載體的厚膜，以及其內(nèi)腔和由pH觸發(fā)的藥物胞內(nèi)釋放。聚合物囊泡在腫瘤細(xì)胞內(nèi)涵體的酸性環(huán)境中降解達(dá)到藥物靶向釋放。細(xì)胞膜和脂質(zhì)體由磷脂雙層膜組成，聚合物囊泡則是由兩層合成的聚合物組成。單個(gè)囊泡的體積遠(yuǎn)大于單個(gè)的磷脂分子，但是具有許多相同特征。
聚合物囊泡已用于包埋紫杉醇治療腫瘤小鼠。大分子聚合物組成的聚合物囊泡使水不溶性的紫杉醇嵌入囊泡殼中。水溶性的多柔比星被包埋在囊泡中央，直到囊泡殼降解。聚合物囊泡和藥物混合時(shí)會(huì)自動(dòng)組裝。最近研究表明，紫杉醇和多柔比星的雞尾酒療法抑制腫瘤的作用比單獨(dú)應(yīng)用效果更好，但是以前沒(méi)有一種有效的載體可同時(shí)運(yùn)送兩種藥物。因此，這種方案具有很好的前景。
1.9量子點(diǎn)
Tada等將單粒子的量子點(diǎn)連接到腫瘤靶向的抗人體表皮生長(zhǎng)因子受體2單抗上，用高速共聚焦顯微鏡為腫瘤定位。注射量子點(diǎn)一單抗結(jié)合物后，從注射部位運(yùn)送到腫瘤部位有6個(gè)單獨(dú)步驟。這些通過(guò)血液運(yùn)送的結(jié)合物外滲進(jìn)入腫瘤，與細(xì)胞膜上的HER2受體結(jié)合，進(jìn)入腫瘤細(xì)胞并遷移到圍核區(qū)域。影像分析為單抗結(jié)合物治療性納米粒子的體內(nèi)運(yùn)送過(guò)程提供了有價(jià)值的信息，有助于提高治療腫瘤的療效。但是量子點(diǎn)的治療效果尚不確定。
一、納米粒子的制備方法
1、物理方法
真空冷凝法。等離子體在經(jīng)過(guò)真空蒸發(fā)、加熱、高頻感應(yīng)等方法使原料氣化制取，最后驟冷。該方法具有下特點(diǎn)：晶體組織好，可控粒度大小，純度高，技術(shù)設(shè)備的水平較高。
機(jī)械磨球法。該方法是指納米粒子由一定控制條件下的純?cè)兀辖鸹驈?fù)合材料制成。主要特點(diǎn)為：操作簡(jiǎn)單，成本低，顆粒分布不均勻，純度偏低等。
物理粉碎法。通過(guò)機(jī)械粉碎、電火花爆炸等工藝來(lái)獲取納米粒子。其特點(diǎn)為：過(guò)程比較簡(jiǎn)單，成本低，顆粒分布的不均勻，同時(shí)純度也低。
2、化學(xué)法
氣相沉積法。通過(guò)金屬化合物蒸氣的化學(xué)反應(yīng)制成納米材料。純度高，粒度分布窄。
水熱合成法。在高溫高壓情況下，從蒸汽等流體或水溶液中制取，再經(jīng)過(guò)分離、熱處理來(lái)得到納米粒子。具有分散性好、純度高、粒度易控制等優(yōu)勢(shì)。
沉淀法。在鹽溶液中加入沉淀劑，反應(yīng)后再將沉淀進(jìn)行熱處理，從而得到納米材料。簡(jiǎn)單易行，顆粒半徑大，純度低是其表現(xiàn)出來(lái)的特點(diǎn)，比較適合制備氧化物。
溶膠凝膠法。經(jīng)過(guò)溶液、溶膠、凝膠，金屬化合物會(huì)固化，由低溫?zé)崽幚砗蠹纯珊铣杉{米粒子。表現(xiàn)的明顯特點(diǎn)為：反應(yīng)物種多，易控制過(guò)程，顆粒均勻，適合制備氧化物和Ⅱ～Ⅵ族化合物。
二、化學(xué)反應(yīng)和催化劑方面的應(yīng)用
對(duì)于化學(xué)工業(yè)及其相關(guān)工業(yè)，尤其是化學(xué)反應(yīng)對(duì)其起著關(guān)鍵性作用的產(chǎn)業(yè)，它們?cè)诟倪M(jìn)催化劑性能方面經(jīng)常會(huì)采用納米技術(shù)。因納米粒子表面活性中心較多，粒徑變小，表面積增大，所以會(huì)增強(qiáng)吸附性能和催化能力，為它作催化劑提供了條件。用納米粒子催化劑可大大提高反應(yīng)效率，同時(shí)有效控制反應(yīng)速度，使原本不能進(jìn)行的反應(yīng)也能進(jìn)行。此外，納米粒子催化劑的優(yōu)異性能還取決于它的容積高于表面率，負(fù)載催化劑的基質(zhì)也影響著催化效率。由納米粒子合成的催化劑要比普通催化劑的反應(yīng)速度提高10～15倍，如將Si02納米粒子作催化劑的基質(zhì)，可以提高催化劑性能10倍。一般在能源工業(yè)中，采用了納米催化劑，不僅能生產(chǎn)非常清潔的柴油，還能大幅的降低工藝成本，獲得經(jīng)濟(jì)效益。
三、過(guò)濾和分離方面的應(yīng)用
在化學(xué)工業(yè)中，納米過(guò)濾技術(shù)被廣泛應(yīng)用于水、空氣的純化以及其它工業(yè)過(guò)程中，主要包括：藥物和酶的提純，油水分離和廢料清除等。由于納米多孔材料具有很強(qiáng)的吸附性能，所以在治理污染方面也得到了應(yīng)用。而在膜生物方面，也有較強(qiáng)的過(guò)濾分離功能。在過(guò)濾工業(yè)中，使用膜生物反應(yīng)器，它具備出水水質(zhì)良好、管理方便、結(jié)構(gòu)裝置簡(jiǎn)單、水力停留時(shí)間和泥齡完全分離、消耗能量底、剩余污泥量少等特征。但是，對(duì)于膜生物污染來(lái)說(shuō)，該反應(yīng)器難以得到推廣，所以還要積極探究新的方法：向一體式膜生物反應(yīng)器中投加納米材料從而改變料液性質(zhì)，這樣就可以達(dá)到提高膜生物反應(yīng)器對(duì)污染物的去除效率及預(yù)防膜污染的目的，同時(shí)對(duì)電鏡分析中空纖維膜的表觀結(jié)構(gòu)的實(shí)際變化情況進(jìn)行掃描，用紅外光譜來(lái)分析活性污泥性質(zhì)的變化，也能從根本上起動(dòng)改善污泥的活性的作用。
四、其他精細(xì)化工方面的應(yīng)用
納米材料在精細(xì)化工中可以充分發(fā)揮出自身的優(yōu)越性。例如：納米材料在涂料、橡膠、塑料等精細(xì)化工范疇內(nèi)都起到了重要作用。
納米粒子在涂料行業(yè)起著很大的作用，以納米粒子為基礎(chǔ)的涂料具有耐磨耗、強(qiáng)度、透明及導(dǎo)電的作用。而將表面涂層技術(shù)與納米技術(shù)結(jié)合在一起也成為了本世紀(jì)關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)，極大地改善了涂層材料結(jié)構(gòu)和功能性質(zhì)。結(jié)構(gòu)涂層指的是涂層提高基體的某些性質(zhì)和改性，主演有以下幾個(gè)特點(diǎn)：耐磨、超硬涂層，抗氧化、阻燃、耐熱涂層，裝飾、耐腐蝕涂層等。功能涂層：指賦予基體所不具備的性能，從而獲得傳統(tǒng)涂層沒(méi)有的一些功能。具有幾方面特點(diǎn)：光反射、消光、光選擇吸收等光學(xué)涂層。半導(dǎo)體、絕緣、導(dǎo)電功能的電學(xué)涂層。在涂層材料中應(yīng)用納米材料，可以提高其防護(hù)能力，耐侵害、防紫外線照射，對(duì)生活中的衛(wèi)生用品起到殺菌保潔作用。
如果在橡膠中將納米SiO2加入進(jìn)去，會(huì)提高橡膠的紅外反射和抗紫外輻射能力。而在普通橡膠中投入納米Al2O3和SiO2，則會(huì)有效提高橡膠的介電特性、耐磨性和彈性。此外，在塑料中添加適量的納米材料，能夠提高塑料的韌性和強(qiáng)度，也能提高防水性和致密性。
此外，納米材料在有機(jī)玻璃制造、纖維改性方面也都有很好的利用。加入納米SiO2，能夠使有機(jī)玻璃抗紫外線輻射，減少熱傳遞效果，從而達(dá)到抗老化的目的。添加納米Al2O3，還有利于玻璃的高溫沖擊韌性的提高。
五、在醫(yī)藥方面的應(yīng)用
從當(dāng)代健康科學(xué)發(fā)展來(lái)看，對(duì)提高藥效、控制藥物釋放、減少副作用、發(fā)展藥物定向治療等方面都提出了高要求。智能藥物隨納米粒子進(jìn)入人體后主動(dòng)搜索、攻擊癌細(xì)胞或修補(bǔ)損傷組織；納米技術(shù)應(yīng)用于新型診斷儀器，只需檢測(cè)少量血液，便可以輕松地診斷出各種疾病。
研究人員已制備出以納米磁性材料作為藥物載體的靶定向藥物，即“定向?qū)棥薄Ｔ摷夹g(shù)是蛋白質(zhì)表面被磁性納米微粒包覆而攜帶藥物，注射到血液中，通過(guò)磁場(chǎng)制導(dǎo)，運(yùn)送至病變部位釋放藥物。給藥系統(tǒng)為納粒和微粒，而其合成材料具有穩(wěn)定、無(wú)毒、與藥物不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的特性。納米系統(tǒng)主要用于毒副作用大、易被生物酶降解的藥物、生物半衰期短的給藥。
［關(guān)鍵詞］高聚物納米復(fù)合材料
一、 納米材料的特性
當(dāng)材料的尺寸進(jìn)入納米級(jí)，材料便會(huì)出現(xiàn)以下奇異的物理性能：
1、尺寸效應(yīng)
當(dāng)超細(xì)微粒的尺寸與光波波長(zhǎng)、德布羅意波長(zhǎng)以及超導(dǎo)態(tài)的相干長(zhǎng)度或投射深度等物理特征尺寸相當(dāng)或更小時(shí)，晶體的邊界條件將被破壞，非晶態(tài)納米微粒的顆粒表面附近原子密度減小，導(dǎo)致聲、光電、磁、熱、力學(xué)等特性呈現(xiàn)出新的小尺寸效應(yīng)。如當(dāng)顆粒的粒徑降到納米級(jí)時(shí)，材料的磁性就會(huì)發(fā)生很大變化，如一般鐵的矯頑力約為80a/m，而直徑小于20nm的鐵，其矯頑力卻增加了1000倍。若將納米粒子添加到聚合物中，不但可以改善聚合物的力學(xué)性能，甚至還可以賦予其新性能。
2、表面效應(yīng)
一般隨著微粒尺寸的減小，微粒中表面原子與原子總數(shù)之比將會(huì)增加，表面積也將會(huì)增大，從而引起材料性能的變化，這就是納米粒子的表面效應(yīng)。
納米微粒尺寸d（nm） 包含總原子表面原子所占比例（%）103×1042044×1034022.5×1028013099從表1中可以看出，隨著納米粒子粒徑的減小，表面原子所占比例急劇增加。由于表面原子數(shù)增多，原子配位不足及高的表面能，使這些表面原子具有高的活性，很容易與其它原子結(jié)合。若將納米粒子添加到高聚物中，這些具有不飽和性質(zhì)的表面原子就很容易同高聚物分子鏈段發(fā)生物理化學(xué)作用。
3、量子隧道效應(yīng)
微觀粒子貫穿勢(shì)壘的能力稱為隧道效應(yīng)。納米粒子的磁化強(qiáng)度等也具有隧道效應(yīng)，它們可以穿越宏觀系統(tǒng)的勢(shì)壘而產(chǎn)生變化，這稱為納米粒子的宏觀量子隧道效應(yīng)。它的研究對(duì)基礎(chǔ)研究及實(shí)際應(yīng)用，如導(dǎo)電、導(dǎo)磁高聚物、微波吸收高聚物等，都具有重要意義。
二、高聚物/納米復(fù)合材料的技術(shù)進(jìn)展
對(duì)于高聚物/納米復(fù)合材料的研究十分廣泛，按納米粒子種類的不同可把高聚物/納米復(fù)合材料分為以下幾類：
1、高聚物/粘土納米復(fù)合材料
由于層狀無(wú)機(jī)物在一定驅(qū)動(dòng)力作用下能碎裂成納米尺寸的結(jié)構(gòu)微區(qū)，其片層間距一般為納米級(jí)，它不僅可讓聚合物嵌入夾層，形成“嵌入納米復(fù)合材料”，還可使片層均勻分散于聚合物中形成“層離納米復(fù)合材料”。其中粘土易與有機(jī)陽(yáng)離子發(fā)生交換反應(yīng)，具有的親油性甚至可引入與聚合物發(fā)生反應(yīng)的官能團(tuán)來(lái)提高其粘結(jié)。其制備的技術(shù)有插層法和剝離法，插層法是預(yù)先對(duì)粘土片層間進(jìn)行插層處理后，制成“嵌入納米復(fù)合材料”，而剝離法則是采用一些手段對(duì)粘土片層直接進(jìn)行剝離，形成“層離納米復(fù)合材料”。
2、高聚物/剛性納米粒子復(fù)合材料
用剛性納米粒子對(duì)力學(xué)性能有一定脆性的聚合物增韌是改善其力學(xué)性能的另一種可行性方法。隨著無(wú)機(jī)粒子微細(xì)化技術(shù)和粒子表面處理技術(shù)的 發(fā)展 ，特別是近年來(lái)納米級(jí)無(wú)機(jī)粒子的出現(xiàn)，塑料的增韌徹底沖破了以往在塑料中加入橡膠類彈性體的做法。采用納米剛性粒子填充不僅會(huì)使韌性、強(qiáng)度得到提高，而且其性價(jià)比也將是不能比擬的。
3、高聚物/碳納米管復(fù)合材料
碳納米管于1991年由s.iijima 發(fā)現(xiàn)，其直徑比碳纖維小數(shù)千倍，其主要用途之一是作為聚合物復(fù)合材料的增強(qiáng)材料。
碳納米管的力學(xué)性能相當(dāng)突出。現(xiàn)已測(cè)出碳納米管的強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)值為30－50gpa。盡管碳納米管的強(qiáng)度高，脆性卻不象碳纖維那樣高。碳纖維在約1%變形時(shí)就會(huì)斷裂，而碳納米管要到約18%變形時(shí)才斷裂。碳納米管的層間剪切強(qiáng)度高達(dá)500mpa，比傳統(tǒng)碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料高一個(gè)數(shù)量級(jí)。
在電性能方面，碳納米管作聚合物的填料具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。加入少量碳納米管即可大幅度提高材料的導(dǎo)電性。與以往為提高導(dǎo)電性而向樹脂中加入的碳黑相比，碳納米管有高的長(zhǎng)徑比，因此其體積含量可比球狀碳黑減少很多。同時(shí)，由于納米管的本身長(zhǎng)度極短而且柔曲性好，填入聚合物基體時(shí)不會(huì)斷裂，因而能保持其高長(zhǎng)徑比。愛(ài)爾蘭都柏林trinity學(xué)院進(jìn)行的研究表明，在塑料中含2%－3%的多壁碳納米管使電導(dǎo)率提高了14個(gè)數(shù)量級(jí)，從10-12s/m提高到了102s/m。
三、前景與展望
在高聚物/納米復(fù)合材料的研究中存在的主要問(wèn)題是：高聚物與納米材料的分散缺乏專業(yè)設(shè)備，用傳統(tǒng)的設(shè)備往往不能使納米粒子很好的分散，同時(shí)高聚物表面處理還不夠理想。我國(guó)納米材料研究起步雖晚但 發(fā)展 很快，對(duì)于有些方面的研究工作與國(guó)外相比還處于較先進(jìn)水平。如：漆宗能等對(duì)聚合物基粘土納米復(fù)合材料的研究；黃銳等利用剛性粒子對(duì)聚合物改性的研究都在學(xué)術(shù)界很有影響；另外，四川大學(xué)高分子 科學(xué) 與工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室發(fā)明的磨盤法、超聲波法制備聚合物基納米復(fù)合材料也是一種很有前景的手段。盡管如此，在總體水平上我國(guó)與先進(jìn)國(guó)家相比尚有一定差距。但無(wú)可否認(rèn)，納米材料由于獨(dú)特的性能，使其在增強(qiáng)聚合物應(yīng)用中有著廣泛的前景，納米材料的應(yīng)用對(duì)開發(fā)研究高性能聚合物復(fù)合材料有重大意義。特別是隨著廉價(jià)納米材料不斷開發(fā)應(yīng)用，粒子表面處理技術(shù)的不斷進(jìn)步，納米材料增強(qiáng)、增韌聚合物機(jī)理的研究不斷完善，納米材料改性的聚合物將逐步向 工業(yè) 化方向發(fā)展，其應(yīng)用前景會(huì)更加誘人。
參考 文獻(xiàn) ：
［1］ 李見(jiàn)主編.新型材料導(dǎo)論.北京：冶金工業(yè)出版社，1987.
【摘要】：隨著基因藥物、藥用輔料、新裝置和新的給藥技術(shù)的發(fā)展，脂質(zhì)體、微球、微囊、納米球、抗體等作為局部或全身性藥物的載體進(jìn)行肺部給藥日益受到重視。
【關(guān)鍵詞】：脂質(zhì)體、微球、微囊、納米球、抗體
1脂質(zhì)體脂質(zhì)體是磷脂質(zhì)分子在水溶液中排列成封閉式多雙分層小球狀新型藥物載體， 也稱類脂小球或人工細(xì)胞。脂質(zhì)體由于對(duì)各種化合物的高負(fù)荷能力而作為潛在的藥物或基因的載體具有多個(gè)方面優(yōu)點(diǎn)被廣泛用于肺部給藥，包括增溶，緩釋，細(xì)胞及細(xì)胞內(nèi)定位，減低毒性和促進(jìn)吸收。[1-5]一些研究結(jié)果表明脂質(zhì)體應(yīng)用于肺部給藥是安全的、有效的，Juliano and Mc Cullough [6]研究包裹在脂質(zhì)體內(nèi)的阿糖胞苷，其半衰期是原來(lái)的12倍，景恒翠等人[7]制備的穿心蓮內(nèi)酯脂質(zhì)體在肺部有良好的靶向性。影響脂質(zhì)體肺靶向給藥的因素，粒子大小和表面電荷，直徑4-7 μm的大粒子沉積在大氣道，直徑1-3μm的小粒子沉積在小氣道和肺內(nèi)，通常不帶電的中性脂質(zhì)體比攜帶正、負(fù)電荷的脂質(zhì)體容易分布在肺內(nèi)，然而中性脂質(zhì)體具有非零的Z -電位的離子強(qiáng)度，吸收陰離子或陽(yáng)離子，導(dǎo)致輕微的負(fù)或正的Z -電位[9]。宋金春等人[8]研究的肺靶向羥基喜樹堿陽(yáng)離子脂質(zhì)體的制備也為肺部腫瘤化療提供了一個(gè)良好的制劑方案。脂質(zhì)體在感染治療中的應(yīng)用，治療肺部感染所造成的各種病原體是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，這是因?yàn)樗幬锶芙舛龋ù蠖鄶?shù)用于治療肺部感染的藥物是疏水性），毒性藥物（不溶性藥物沉積在肺部造成毒性），以及肺局部化（針對(duì)特定領(lǐng)域的肺癌）問(wèn)題，利用脂質(zhì)體作為藥物載體的克服這些問(wèn)題。若干項(xiàng)研究進(jìn)行了測(cè)試的安全性和有效性利用脂質(zhì)體作為藥物緩釋劑或藥物載體[10]。Chimote and Banerjee 研究制備抗結(jié)核藥利福平，異煙肼和乙胺丁醇的脂質(zhì)體。肺癌是常見(jiàn)的原發(fā)性和轉(zhuǎn)移性惡性疾病。主要是由于診斷晚，肺腫瘤治療方法一般是減少手術(shù)。全身化療，吸入治療肺惡性腫瘤已在最近幾年的開展研究。巨噬細(xì)胞靶向藥物和治療肺動(dòng)脈高壓的肺脂質(zhì)體靶向藥物也引起許多專家的研究。在過(guò)去的20年中，脂質(zhì)體已被應(yīng)用在肺部給藥。在這一領(lǐng)域的研究具有優(yōu)勢(shì)，脂質(zhì)體為載體，第一個(gè)和最重要的原因是他們的化學(xué)相似的肺表面活性劑。其他包括能夠溶解難溶性藥物的能力，提供持續(xù)釋放能力，促進(jìn)肺泡巨噬細(xì)胞，并避免局部刺激肺組織的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是其形成穩(wěn)定骨架的壽命和其霧化后的穩(wěn)定性。
2微球微球是一種由天然和合成多聚體組成的，粒子大小< 200 μm的球形離子，微球?qū)儆诨|(zhì)型骨架微粒，可以包載一種或多種藥物，并具有靶向作用的特點(diǎn)。靜脈注射的微球，在體內(nèi)的分布首先取決于微球粒徑的大小。通常小于7μm的微球被肝脾中的巨噬細(xì)胞攝取；大于7μm-15μm時(shí)則被肺部的最小毛細(xì)血管床以機(jī)械濾過(guò)的方式截留。Makino等制備聚苯乙烯微球，研究影響巨噬細(xì)胞吞噬攝取能力的微球的大小和表面特性的因素，研究結(jié)果顯示聚苯乙烯微球比羧基微球更有效的被肺泡巨噬細(xì)胞吞噬和攝取。趙志娟、丁紅等人對(duì)肺靶向阿霉素微球的體外釋放度的測(cè)定方法的建立，為抗腫瘤治療提供了良好的研究基礎(chǔ)。微球作為載體應(yīng)用于多種疾病的治療，首先，抗腫瘤藥物，順鉑、卡鉑、多西紫杉醇的微球的制備被廣泛研究，這些研究結(jié)果表明這些藥物的微球制劑在肺部擁有理想的濃度，能達(dá)到有效的靶向作用。同時(shí)還有大量的研究集中在肺部吸入藥和抗結(jié)核藥的微球制備。
3納米粒納米粒是在200-300nm范圍大小的固態(tài)膠體微粒。目前，納米給藥系統(tǒng)多應(yīng)用于肺癌的治療，該類型的納米粒子在研究癌癥的治療應(yīng)用包括聚合物納米微粒、膠束、蛋白質(zhì)納米粒子、陶瓷納米粒子、納米病毒和金屬納米粒，這些功能性納米微粒提供一個(gè)不被血清蛋白粘附的穩(wěn)定表面，特別時(shí)親水聚合物，可降低網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)的清除。明膠納米粒子是基于人血清蛋白的納米粒子，因此這類粒子適合作為藥物載體用于人呼吸道上皮細(xì)胞的基因治療，但是多烷基聚合物的納米粒子對(duì)呼吸道上皮細(xì)胞有細(xì)胞毒性，它的的毒性主要依賴于烷基鏈的長(zhǎng)度，短鏈比長(zhǎng)鏈毒性大。納米氣溶膠具有可生物降解的核心，能有效地分布在肺部基因中，帶有負(fù)電荷的納米氣溶膠比其他帶有正電荷的納米粒子低毒，因?yàn)樗鼙憩F(xiàn)出與細(xì)胞凋亡中產(chǎn)生的潛在負(fù)電荷的細(xì)胞膜減少的接觸。蛋白質(zhì)納米粒子用于肺癌的基因治療，在包載胰島素形成的納米粒子對(duì)控制血糖也有顯著的優(yōu)勢(shì)，可延長(zhǎng)降糖作用達(dá)20-48h。蛋白質(zhì)納米粒子還可以封裝降鈣素，能有效降低豚鼠血鈣濃度長(zhǎng)達(dá)24h。
4.微囊微囊是基于非離子表面活性劑的單層和多層囊泡，是藥物載體的一種。一項(xiàng)研究顯示在肺癌小鼠治療中直徑為3.72μm的卡鉑微囊能提高治療效果和減少副作用[11]。還有研究結(jié)果證實(shí)順鉑微囊擁有顯著的抗肺部腫瘤次生長(zhǎng)活性，比單獨(dú)應(yīng)用順鉑毒性低。在抗結(jié)核藥物方面，直徑8 -- 15 μm的利福平微囊，經(jīng)大鼠口服后65%的藥物肺部在肺部。
結(jié)論：
脂質(zhì)體、微球、微囊、納米球、抗體等微載體給藥系統(tǒng)在肺靶向給藥起著重要作用，載體能向肺部提供持續(xù)的藥物，延長(zhǎng)給藥時(shí)間，減少給藥劑量，提高患者的依從性和減少高毒性藥物的不良反應(yīng)。最近，生物活性分子例如載體表面結(jié)合的抗體提供了肺部靶向給藥的一個(gè)良好的平臺(tái)。然而，研究清楚的證明了受體在肺部高表達(dá)，還需要證實(shí)這樣的受體不僅在肺部，在肺的細(xì)支氣管和肺泡也有其靶向作用。我們應(yīng)進(jìn)一步研究長(zhǎng)期應(yīng)用的安全性，對(duì)每一個(gè)微載體的毒理學(xué)和毒代動(dòng)力學(xué)的研究和這些藥物的臨床應(yīng)用的研究。肺靶向給藥系統(tǒng)的載體研究前景廣闊。
參考文獻(xiàn)
【關(guān)鍵詞】 指紋 納米材料 研究
1 引言
指紋，又稱作手紋，其主要是由手指掌面的乳突花紋、屈肌褶紋、皺紋、傷疤及脫皮等花紋組成，它是人類的一種遺傳性狀特征。手紋具有人各不同、終身基本不變、觸物留痕和認(rèn)定個(gè)人的特點(diǎn)。所以對(duì)與案件有關(guān)的犯罪現(xiàn)場(chǎng)指紋進(jìn)行勘驗(yàn)、鑒別，查證遺留指紋的人，對(duì)確定某些案件事實(shí)，偵查破案、和審判提供材料和證據(jù)。人類的指紋一直作為鑒定個(gè)人和法醫(yī)檢驗(yàn)調(diào)查的主要手段。
在犯罪現(xiàn)場(chǎng)，一般留有的都是潛在指紋。這類指紋通常是不可見(jiàn)的，需要通過(guò)某種形式的物理或化學(xué)方式處理，從而使它們顯現(xiàn)出來(lái)。但是當(dāng)潛在指紋出現(xiàn)在具有特殊性質(zhì)的表面時(shí)，比如彩色表面、涂蠟表面、附有血跡表面等等，或者指紋遺留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)，顯現(xiàn)這些潛在指紋就具有一定的困難，這也是現(xiàn)今指紋技術(shù)發(fā)展所遇到的問(wèn)題。
潛手印的顯現(xiàn)方法主要有三種：物理顯現(xiàn)法，化學(xué)顯現(xiàn)法和物化顯現(xiàn)法。其中物化顯現(xiàn)法對(duì)手印的增強(qiáng)顯現(xiàn)能力有限。化學(xué)顯現(xiàn)法有時(shí)運(yùn)用的有色試劑會(huì)破壞物證的原始狀態(tài)，并且某些顯現(xiàn)試劑成本偏高，無(wú)法在實(shí)際工作中廣泛應(yīng)用。所以在實(shí)踐中使用最廣泛的是物理顯現(xiàn)方法中的粉末顯現(xiàn)法，其原理是利用某些固體粉末與手印物質(zhì)之間的物理吸附力和靜電吸附作用，使得潛在指紋顯現(xiàn)出來(lái)，此方法攜帶方便、操作簡(jiǎn)單、適用范圍廣泛、見(jiàn)效快，已被技術(shù)人員普遍掌握和適用，但此方法又有它的局限性。
近年來(lái)隨著納米技術(shù)的發(fā)展，使得運(yùn)用粉末顯現(xiàn)潛手印技術(shù)又得到了進(jìn)一步的發(fā)展。納米粒子顯現(xiàn)手印的優(yōu)勢(shì)在于其吸收波長(zhǎng)和發(fā)射波長(zhǎng)能夠根據(jù)顆粒大小的不同而變化，同時(shí)發(fā)光時(shí)間較長(zhǎng)，這樣就使納米粒子非常適合時(shí)間分辨成像技術(shù)。運(yùn)用納米技術(shù)方法顯現(xiàn)手印的基本原理是將手印殘留的氨基酸、油脂或汗垢與納米粒子結(jié)合，利用納米粒子的光致發(fā)光現(xiàn)象，檢測(cè)結(jié)合手印物質(zhì)后的納米粒子所發(fā)出的熒光，從而得到清晰的手印圖像。
2 納米材料應(yīng)用于指紋顯現(xiàn)的研究
目前，在潛手印顯現(xiàn)研究領(lǐng)域，半導(dǎo)體納米材料以其獨(dú)特的發(fā)光性質(zhì)，備受各國(guó)法庭科學(xué)家的關(guān)注，是研究最多的納米材料，其他類似的納米發(fā)光材料，如稀土納米材料，金、銀納米材料也受到手印研究人員的關(guān)注。
2.1 國(guó)外對(duì)納米材料顯現(xiàn)潛在指紋的研究
1989年，Saunders創(chuàng)立多金屬沉淀法，首次將金納米材料應(yīng)用于潛指紋顯現(xiàn)[1]。2000年，美國(guó)德克薩斯技術(shù)大學(xué)的E.R.Menzel課題組首先開展了Cds納米復(fù)合材料光致發(fā)光法顯現(xiàn)潛手印的研究，開創(chuàng)了納米復(fù)合材料應(yīng)用的新領(lǐng)域。但此方法顯現(xiàn)時(shí)間較長(zhǎng)，所以不適合在現(xiàn)場(chǎng)顯現(xiàn)手印[2]。
2004年，英國(guó)桑德蘭大學(xué)的Frederick J Rowell課題組，合成了一種被疏水性物質(zhì)包覆的二氧化硅（SiO2）納米粒子，用于油潛手印的顯現(xiàn)[3]。2009年Frederick J Rowell課題組用疏水納米二氧化硅粉末顯現(xiàn)潛在汗液手印，取得了較好的顯現(xiàn)效果，同時(shí)他們將這種方法用于檢測(cè)玻璃杯和金屬表面吸煙者留下的手印，也獲得了滿意的檢測(cè)結(jié)果。
2006年澳大利亞的Claude Roux課題組合成了金銀納米粒子，用此顯現(xiàn)滲透性客體表面潛手印。此方法操作簡(jiǎn)便，應(yīng)用方便，解決了納米粒子均勻性的問(wèn)題[4]。
2.2 國(guó)內(nèi)對(duì)納米材料顯現(xiàn)潛在指紋的研究
中國(guó)人民公安大學(xué)王鴻飛運(yùn)用新型親油性納米二氧化硅粉末能夠有效顯現(xiàn)非滲透性客體表面的潛在油汗混合手印，通過(guò)與常用粉末比較發(fā)現(xiàn)，該粉末顯出的手印圖像三級(jí)細(xì)節(jié)特征明顯，表面無(wú)滯粉現(xiàn)象，圖像清晰在顯現(xiàn)手印方面具有一定的優(yōu)勢(shì)[5]。
中國(guó)人民公安大學(xué)王永剛運(yùn)用納米Fe3O4粉末和納米ZnO粉末可以清楚地顯現(xiàn)水果蔬菜表面的手印。納米Fe3O4粉末是顯現(xiàn)水果表面最適宜的試劑；納米ZnO粉末可以很好顯現(xiàn)西紅柿和蘋果表面的手印，但不能顯現(xiàn)土豆表面的手印[6]。
3 問(wèn)題與展望
納米材料的吸收波長(zhǎng)和發(fā)射波長(zhǎng)能根據(jù)顆粒大小進(jìn)行調(diào)節(jié)、發(fā)光時(shí)間較長(zhǎng)且能與手印物質(zhì)快速牢固結(jié)合等獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，可以預(yù)見(jiàn)，二十一世紀(jì)，納米材料與納米技術(shù)與手印顯現(xiàn)技術(shù)的關(guān)系會(huì)越來(lái)越密切，將會(huì)成為世界各國(guó)法庭科學(xué)家的關(guān)注的焦點(diǎn)。而近年來(lái)有機(jī)熒光納米粒子引起了科學(xué)家的關(guān)注，由于有機(jī)分子的多樣性，并且有機(jī)熒光納米粒子制備簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，發(fā)光效率高，更為適合公安機(jī)關(guān)的工作需求。
參考文獻(xiàn)
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