金纳米棒

金纳米粒子具有非常奇异的光学性质。这种特殊的性质来源于入射光与金属 纳米粒子的自由电子相互作用。当入射光的波长与自由电子的振动频率发生 共振耦合时, 就会产生SPR, 在紫外可见光谱上显示强的吸收峰。
光学性质
对于金纳米棒，为电子在长轴和短轴方向的振荡频率显然有所差异, 从而表现 出两种不同共振频率, 即纵向和横向SPR。
应用——医疗成像
金纳米棒的强光学散射和吸收特性, 特别是其具有的纵向可调谐的SPR 峰使 其更适合作为光学探针, 用于生物细胞成像的研究。同时其还具有化学性质稳 定、合成方法简单、产率高等优点。 具有在近红外区光学性质可调控的金纳米棒可以在一定程度上实现活体生物 组织的实时成像。用近红外光激发对活细胞的损伤很小，适于活体观察，光 漂白作用小。 在组织中由于700～1000nm近红外光比可见光的透过率高，可达几个厘米， 因此可观察样品中更深层的荧光像，能够进行体外或在体内的非破坏、非介 入性分析。 金纳米棒的纵向共振峰通过调整长径比率可以精确调控到近红外区域，而这 一近红外波长范围正是生物组织所具有的光的窗口，光穿透血管和其下面的 组织，克服了可见光不能很好穿透组织的壁垒。
光学性质
不同长短轴比率的金纳米棒的SPR图如下, LSPR峰随金纳米棒的长短轴比率 增加而红移。
应用
许多癌细胞(脑癌、肺癌、前列腺癌和乳腺癌)的表面都覆盖着一种特殊蛋白质， 这种蛋白质被称为表皮生长因子受俸(EFGR)，EFGR为癌症提供治疗新靶点， 探明这种蛋白质是癌症诊断的关键。借助金纳米材料可完成探测。 对于皮肤癌治疗和诊断，球形金纳米颗粒是很好的选择，但对于皮下组织的 癌症治疗或者诊断，如乳腺癌，球形金纳米颗粒就无能为力了，因为金纳米 颗粒的等离子共振峰在可见区，而可见光谱范围的光源不容易穿透皮下深层 组织。 具有合适比率的金纳米棒是最好的选择，因为近红外区对光的吸收和散射能 力都很强。金纳米棒生物探针能与近红外的激光波长相匹配，能使近红外光 穿透皮下深层组织，因此金纳米棒生物探针能同时对皮下深层组织的癌细胞 起到诊断和光热治疗作用。
应用——医疗诊断
纳米金由于体积小，可以被多种基团修饰和其光学特性，成为疾病诊断新的 研究对象。纳米金可以被多种物质修饰获得对肿瘤细胞的靶向性。 其诊断原理如下：①不同直径的纳米金具有特定的吸收光谱，可以对特定长 度的红外线产生吸收的峰值。②由于EGFR抗体修饰的纳米金可以选择性的聚 集于肿瘤细胞中，从而使肿瘤细胞中高浓度的纳米金之间互相作用产生等离 子共振现象，导致其吸光谱发生红移，而正常细胞中由于不存在纳米金或者 纳米金浓度过低难以产生等离子共振现象，因此应用光声和超声波谱诊断法 可以明显的区别肿瘤细胞与正常细胞，使肿瘤细胞清晰地被诊断出。
展望与挑战
金纳米棒由于其具有的独特的光学性质，使其在生物标记、生物检测、生物 成像、疾病的治疗以及信息存储等领域有着广阔的应用前景。 如何在一些实验条件包括纳米微粒的吸收和散射截面，以及纳米微粒和靶向 抗体的结合，纳米生物分子结合体对细胞的靶向标记等都还需进一步优化。 近红外光传输到不同癌症病变细胞的最有效方法及金纳米棒光热作用机理还 有待进一步研究。 基于纳米微粒对细胞的光热损伤机制还不能很好地阐述，需要更深层次的研 究。 金纳米棒颗粒的生物无毒化修饰方面还存在着有待解决的困难。
应用——光热疗法
经近红外激光照射后，金纳米棒对从可见区到近红外区的强吸收特性使 得光能可以高效地转换为热能。因此可以在局部范围进行激光选择性加 热，这非常适合作为分子或细胞的靶向。采用这种金纳米棒辅助激光热 作用方法，对癌细胞的选择性破坏，而且不损害良性细胞。
实例
2005年美国Purdue大学的研究人员Wang等将金纳米棒颗粒注入实验鼠体内, 在其流经血管时,利用双光子成像技术(TPL)透过皮肤得到了血管结构的原位 图像。记录的图像比传统荧光染料法明亮得多,单个金纳米棒颗粒比单个罗 丹明6G分子（一种荧光染料，邻苯二酚类）发出的双光子荧光要亮58倍。 通过血管的金 纳米棒颗粒的 双光子图像
两个血管的 发射图像
发射图和单幅 的双光子图像 的叠加图
与c图对应的双 光子强度谱图
实例
Yakar等应用抗体与抗原之间的特异性识别作用,使用聚苯乙烯磺酸钠(PSS) 和抗体(anti-EGFR antibody)来修饰CTAB（十六烷基三甲基溴化铵，不仅是 支持电解质,而且还是AuNRs的稳定剂和保护剂 ）稳定的金纳米棒制备生物 探针。随后用抗体修饰的金纳米棒颗粒与EGFR过度表达的癌细胞发生特异性 识别而标记癌细胞,利用金纳米棒的光学特性进行了癌细胞的双光子发光成 像研究工作,结果表明利用金纳米棒的双光子发光成像可以深入生物组织 75μ m。在同等情况下,与双光子自荧光成像相比,成像亮度高3倍。 金纳米棒生物分子探针示意图：
实例
置于盖玻片的癌细胞的双光子成像:
未标记细胞 的双光子自 荧光成像
源自文库
金纳米棒标 记的细胞的 双光子成像
未标记细胞 的双光子成 像
实例
Yu等将3种不同的抗体分子偶联到3种不同长度的金纳米棒上，通过 检测免疫识别作用诱导的金纳米棒LSPR吸收峰红移，实现对3种靶 分子的同时检测，提高了检测效率。
合成方法
金纳米棒有多种合成方法，其中以晶种生长法最为常用。 晶种生长法基本原理是在反应溶液中加入一定量的金纳米颗粒晶种（约3 nm），在表面活性剂分子的作用下，晶种颗粒定向生长为一定轴比的金纳米 棒。 可通过改变溶液中晶种的量、反应物的浓度以及溶液pH值可调节纳米棒的长 短轴比值。
光学性质
金纳米棒（GNRs）
简介
1971年，Faulk和Taylor首先将胶体金作为标记物引入免疫学研究中。从此， 金纳米粒子引起了许多科学家的关注和世界性的研究热潮。 近年来, 人们对金纳米材料的研究取得了长足的进步, 不但可以制备出不同尺 寸的球形粒子, 还可以对其形貌加以控制, 并且发现了一些特殊的实验现象和 物理性质 。 其中研究最为广泛、最具应用潜力的是金纳米棒( NRs) , 其制备过程中采用 不同的实验参数, 可实现对其比率( 长比宽) 的精确调控。更为重要的是, 金纳 米棒有着独特的光学性质[ 棒状粒子具有横向和纵向表面等离子体共振( SPR) 双谱峰], 且纵向SPR 峰位( 从可见区到近红外区) 取决于棒状粒子的比率, 通 过控制不同比率, 可以实现纵向SPR 峰位置的人为调控。