纳米金等离子共振特性在生物成像中的应用

随着生物医学的发展, 科学研究对生物成像技术和成像分辨率的要求越来越高, 纳米技术和材料被越来越多地应用到生物医学领域中来. 在细胞和生物组织的成像分析中, 纳米金由于其特殊的表面等离子共振特性和优良的生物相容性, 常被用作对比剂、靶向载体、增强剂、示踪剂和传感器而广泛应用于生物成像领域中. 我们将课题组的研究方向与目前该领域的研究热点相结合, 从纳米金辅助细胞及细胞内成像和动物活体成像两个方面就纳米金在生物成像、医学诊断等领域中的应用进展进行了阐述.     

“摇铃形”金复合纳米二氧化硅在细胞和组织暗场成像中的应用

金纳米颗粒因其具有独特的物理化学及光学性质, 在生物影像、癌症诊断治疗等领域表现出极大的应用前景, 但因小尺寸纳米金颗粒(<20 nm)在生理体液环境中稳定性较差、体内安全剂量低、被动靶向效果不明显等问题, 使其在体内成像, 尤其在活体肿瘤部位成像中受到较大局限. 本文针对上述问题, 将13 nm金颗粒生长在具有特殊核壳结构的夹心二氧化硅空腔之内, 形成具有新型结构的“摇铃形”金复合纳米二氧化硅(silica nanorattles@gold nanoparticles, SN@GN), 既保留金纳米颗粒的强散射特性以利于细胞和动物组织中实现暗场成像, 同时二氧化硅壳层将金颗粒保护起来, 提高了纳米颗粒的稳定性. 细胞毒性实验表明SN@GN的细胞生物相容性良好, 毒性低. 动物急性毒性实验表明, SN@GN的最大耐受剂量大于200 mg/kg, 而GN的体内最大耐受剂量仅为4.6 mg/kg, 显著提高了金纳米颗粒的生物相容性. 本研究为SN@GN在生物暗场影像领域的应用提供了重要的实验依据.     

荧光磁性纳米粒子标记的小鼠胚胎干细胞靶向识别体内胃癌细胞

胃癌的早期诊断和治疗是提高胃癌患者预后的关键, 纳米技术和干细胞是继手术、化疗和放疗之外新兴的肿瘤治疗新技术. 制备了氨基化修饰的荧光磁性纳米粒子(FMNPs), 无滋养层培养了小鼠胚胎干细胞(mESCs), 体外实验评价了mESCs的条件培养基对胃癌细胞的影响, 并利用FMNPs标记mESCs制备了干细胞纳米探针(FMNPs-mESCs), 通过尾静脉注射进入荷瘤小鼠的体内, 利用小动物活体成像系统考察了FMNPs-mESCs靶向识别体内胃癌细胞的能力. 结果显示, 制备的FMNPs具有良好的荧光性能和磁响应性能, 在50 μg/mL的浓度范围内对mESCs具有良好的生物活性, mESCs的条件培养基对胃癌细胞具有显著的抑制增殖的作用, FMNPs标记的mESCs具有良好的荧光性能, 在注射进入荷瘤小鼠体内6 h后可以通过活体成像结果和离体器官的荧光成像结果观察到肿瘤组织有显著的荧光信号. 研究表明, FMNPs-mESCs具有特异靶向识别体内胃癌细胞的能力, 为利用胚胎干细胞治疗胃癌提出新的研究方向.     

生物法合成纳米金的研究进展

纳米金以它独特的光学、电学和催化性质受到人们越来越多的关注.目前,生物合成的纳米金具有经济、无毒、环境友好等特点而成为研究热点.综述了利用细菌、真菌、放线菌、酵母菌以及各种植物材料合成纳米金的方法,并将各种方法进行了比较,讨论了每种方法的特点、尺寸和形貌的控制以及合成机理.最后,展望了生物合成纳米金的应用以及未来的发展方向.     

基于光诱导交流电渗流的碳纳米颗粒自动化装配技术

碳纳米颗粒作为一种新颖的纳米材料,在生物医学、材料以及能源等领域都具有重要应用价值.提出一种基于光诱导交流电渗流的碳纳米颗粒自动化装配新方法.在分析了光诱导非均匀电场环境下碳纳米颗粒纳受力的基础上,建立了光诱导交流电渗流的滑移速度模型以及驱动交流电压频率模型,获得了其最优交流电压驱动频率为1kHz,并利用有限元仿真软件Comsol Multiphysics仿真分析了光诱导交流电渗流在整个装配空间的速度场分布.结合计算机视觉监控和数字投影系统,构建了基于光诱导交流电渗流的碳纳米颗粒自动化装配实验系统,进行了50nm碳颗粒的装配实验.实验结果证明,当交流电压峰值为3V,频率为1kHz时,在光诱导交流电渗流作用下,碳纳米颗粒自动地快速地富集于入射光斑的中心区域.同时,由该方法装配的碳纳米颗粒结构在高度方向上可达到1μm.结果证明,光诱导交流电渗流方法在纳米颗粒的操作与装配,以及三维纳米结构以及纳米传感器构建方面具有重要的应用前景.     

高活性碳纳米管阴极组合件的研制(英文)

应用两亲软化学法,将纳米铂有效地分散在多层碳纳米管阵列(ACNT)表面,使其得以修饰,形成了高活性的阴极催化材料,用于制备结构膜阴极组合件(MEA)。对MEA进行的形态学和电化学测试,证明可以大大改善质子交换膜燃料电池(PEMFC)的纳米结构和电化学性能。该种阴极催化材料除了表面均匀及高活性之外,还表现出比目前设计出的PEMFC高出约6倍的输出功率,在一定电位下的氧气中可以达到900 mW·cm-2,而贵金属铂搭载量则显著降低至0.14～0.19 mg·cm-2。实验结果表明,由于碳纳米管阵列的厌水性保证了电极性能的稳定性,从而为提高PEMFC电池的长期稳定性及降低成本提供了一条新的解决思路,具有一定的学术研究价值和经济应用价值。     

纳米催化剂降解室内污染物研究进展

 室内空气污染对健康的危害在近年引起越来越多的关注,如何有效去除室内空气污染物成为污染治理的重要课题。纳米催化剂因其特殊的效应,在降解室内空气污染物方面展现了良好的效果和应用前景。本文介绍金属、金属氧化物、复合氧化物纳米催化剂降解不同室内空气污染物的研究进展,阐述光催化降解有机物的基本原理,讨论各类催化剂的优缺点。贵金属在室内污染物的降解方面虽有很好的效果,但其昂贵价格阻碍了推广应用;氧化物纳米材料光催化降解室内污染物的过程需要在光照下进行,负载贵金属后具有很好的降解性能;用来催化氧化降解室内污染物的氧化物和复合氧化物纳米材料对室内污染物表现出很好的催化性能,具有良好的发展前景。展望了纳米催化剂在降解室内空气污染物方面的研究方向和应用前景。     

PEI修饰磁性Fe3O4纳米粒的制备和表征

 为了制备性能良好的聚乙烯亚胺（PEI）修饰的磁性Fe3O4纳米粒,以及为进一步开展体内外生物学效应分析奠定基础,采用化学共沉淀法制备PEI修饰的磁性Fe3O4纳米粒。PEI-Fe3O4纳米粒的制备包括磁性Fe3O4纳米粒的制备和PEI修饰磁性Fe3O4纳米粒两部分,采用4因素2水平的正交实验对各因素进行优化,得到较佳的制备工艺。反应过程中用过量氨水保持pH值为9.3~9.7,Fe2+与Fe3+的物质的量比为1:1.75,PEI水溶液的质量百分数为20%,反应温度始终保持为85℃,机械搅拌速率为1400r/min。采用傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射分析仪（XRD）、振动样品磁强计（VSM）、热重分析仪（TGA）对磁性纳米粒的物化特征进行表征。结果表明,制得的磁性PEI-Fe3O4纳米粒为接近圆形或椭圆形粒子,具尖晶石结构,粒径约9.4nm,磁含量为82.3%,饱和磁化强度为61.962emu/g,矫顽力几乎为0,具超顺磁性,稳定性和分散性良好。     

Synthesis and sintering of beryllium oxide nanoparticles

BeO nanoparticles were prepared by polyacrylamide gel route and the sintering pr operties of synthesized powder as a function of sintering temperature and time were investigated. Thermal behaviors of the polyacrylamide gel and beryllium salt we re studied by thermogravimetry analysis (TGA). The calcination temperature (690°C) of the beryllium sulfate covered in polyacrylamide xerogel was almost 150 °C lower than that obtained by traditional methods. The nanocrystallites of the BeO particles were estimated by X-ray diffraction (X RD) according to Debye–Scherrer equation. Transmission electron microscopy (TEM) investigation revealed that the average part icle size of the BeO nanoparticles prepared by calcining at 800 °C for 2 h, ranges from 15 nm to 25 nm. The sintering temperature was down to 1 600 °C, which was around 200 °C lower than conventional sintering temperature of the compact sample with co mmon powders. The densification rate was fast at the first 3 h. The thermal conductivity of the sample sintered at 1 600 °C for 6 h was 186.6 W/(m·K).