金纳米棒的制备、性质及应用
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无Ag+存在时仅能形成金纳米粒子；随着 Ag+用量增加 ，形成的金纳米棒的直径减小，而纵横比有所增加。光 照强度、时间也会影响金纳米棒的合成。
反应机理
①Au3+被AA还原为Au+ ②丙酮在hv照射下光化学反应形成羰基自由基作为还 原剂使Au+还原为Au0 ③Au0原子凝聚成核并发生各向异性形成金纳米棒。
基本原理
将金通过电化学沉积到纳米级多孔渗水的聚 碳酸酯或氧化铝膜上的小孔内， 随后将模板 溶解即可得到金纳米棒。
生长原理
空间受限生长。
特点
优点在于通过控制孔道的长度和直径，同时 调节电化学沉积时间能有效控制金纳米棒的 纵横比，缺点是产量相对较低。
图2. 硬模板法制备过程及电镜图像
Advanced Materials, 2012, 24(36):5014-5014.
Sensors & Actuators: B. Chemical 2018 (273) 642–648
3.3 光热治疗
注射TNPs后，温度5分内增加了19.5°C，到达 热疗温度范围，破坏局部血管，杀死肿瘤细胞
ACS Nano 2018, 12, 6597−6611
3.4 药物递送
在近红外激光照射下，局部温度升高 到DNA的理论解离温度，DNA双链打 开释放Dox，治疗效果增加了2.1倍。
影响因素 长径比 大小 端面曲率
Adv. Funct. Mater. 2006, 16, 2170–2176
金纳米棒的生物医学应用
3 生物医学应用
生物成像 分子检测
金纳米棒的生物 医学应用
光热治疗 药物递送
3.1 生物成像
合成路线示意图
(a)GNRs
(c) GNR@SiO2@CDs
图3. 光化学合成法制备金纳米棒的TEM图像
. J. AM. CHEM. SOC. 2002, 124, 14316-14317
金纳米棒的性质
2 金纳米棒性质
光声 效应 光热 效应 产生 ROS
局域表面 等离激元 共振
金纳米 棒
近场 效应
单/双 分子荧 光
机械 性质
2 金纳米棒性质
01
光声效应 用光照射某种媒质时,由于媒质对光的吸收会使其内部的温度改变从而引 起媒质内某些区域结构和体积变化;当采用脉冲光源或调制光源时,媒质温 度的升降会引起媒质的体积涨缩,从而向外辐射声波的现象。
Adv. Mater. 2016, 28, 8511–8518
总结
具有独特理化性质的金纳米棒在生物医学领域具 有广泛的应用前景。同时，我们也应该关注其生 物学效应，研究金纳米棒与不同水平生物体系的 作用规律（比如分子、细胞、组织），这会为安 全持续地利用金纳米棒提供强有力的理论支持。
谢 谢 大 家
金纳米棒的制备、性质及应用
1 金纳米棒的制备
2 金纳米棒的性质
3 金纳米棒的生物医学应用
金纳米棒的制备
1金纳米棒的制备
什么是金纳米棒？
金纳米棒是一种尺度从几纳米到上百纳米的 棒状金纳米材料，一般指其长径比介于2~25 的类一维纳米材料。它具有非常丰富的理化 性质，在材料学界受到强烈的关注，生物医 学上可用于体外诊断和体内治疗，在传感器 及光学元件都有相应应用。
特点
过程简单、产量高、质量高、粒径可控、结构 可灵活修饰。
图1. 晶种法制备过程
改进：①将柠檬酸钠包覆的多晶晶种变成CTAB包覆的单晶晶种 ②将Ag+引入生长液调控棒的长径比
J. Phys. Chem. B 105, 19, 4065-4067
1 金纳米棒的制备
硬模板法指用孔径为纳米级到
微米级的多孔材料作为模板，使前驱 体进入后在模板的孔壁上反应，结合 电化学沉淀法、溶胶凝胶法和气相沉 淀法等技术，形成所需的纳米棒。
1 金纳米棒的制备
光化学合成法
合成过程
采用CTAB-四（十二烷基）溴化铵–氯金酸模板剂水溶液 体系,加入一定量丙酮和环己胺，其作用是松开胶束结构, 有利于金纳米棒的生成，加入不同量的 AgNO3 溶液， 紫外照射(254nm)一段时间（30h）就能够获得长径比 均一、分散良好的金纳米棒。
Ag+的作用
(b)巨噬细胞+CDs (c)巨噬细胞+GNR@SiO2@CDs
Nano Research 2018, 11(3): 1262–1273
3.2 分子检测
这两个发夹探针在打开时互补，通过杂交链式 反应形成DNA双螺旋分子，产生强静电作用 发夹探针不打开时稳定存在，无法与金纳米棒 产生强静电作用，不能阻止其受盐诱导而聚集
ACS Nano, 2017, 11 (1), pp 579–586
2 金纳米棒性质
03
近场效应 当两个金属颗粒接近时，颗粒表面的电磁场发生强共振耦合，对等离激 元共振产生显著影响
Nano Lett., Vol. 9, No. 4, 2009，1652
2 金纳米棒性质
04
单/双分子荧光现象 sp 带电子和 d 带空穴复合，产生近带边宽带发 射，峰位较为固定（介于400~700 nm之间）
1
2 在皮秒内，电子通 过带内散射将能量 传递给声子，弛豫 至低费米能级状态
3 弛豫电子与空穴 复合，发出荧光
激发d带电子 到sp带，产生 电子-空穴对
等离激元共振耦合，增强荧光
Physics Letters 317 (2000) 517–523
2 金纳米棒性质
05
局域表面等离激元共振 金属中的自由电子在电磁场驱动下偏离原子核吸收和辐射电磁波的现象， 称为等离激元共振（Localized surface plasmon resonance，LSPR）
1 金纳米棒的制备
金纳米棒的制备方法
晶种生长法 硬模板法 光化学合成法
1 金纳米棒的制备
晶种法研究的时间最长，也研
究的最深入。晶种可以是球型金纳 米粒子，或百度文库是短的金纳米棒。
基本原理
在生长溶液里加入一定量的金纳米颗粒种子， 在表面活性剂的作用下，晶种定向生长为一定 长径比的金纳米棒。
三个步骤
晶种的制备、生长液的配置、金纳米棒的生成。
光声多普勒效应
由于传统的超声成像和 激光成像依赖于超声或 光的散射，对于毛细血 管低速血流的成像有一 定困难。而光声多普勒 技术依赖于物质的光吸 收系数因此光声多普勒 技术在医学上可以用来 测量血流流速以及血流 成像。
Small.201602896
金纳米棒性质
02
光热效应和光动力效应 材料受光照射后，光子能量与晶格相互作用，振动加剧，温度升高， 由于温度的变化而造成物质的电学特性。 在分子氧存在的情况下，产生单线态氧（singlet oxygen）及其它活 性氧类物质（reactive oxygenspecies，ROS）
反应机理
①Au3+被AA还原为Au+ ②丙酮在hv照射下光化学反应形成羰基自由基作为还 原剂使Au+还原为Au0 ③Au0原子凝聚成核并发生各向异性形成金纳米棒。
基本原理
将金通过电化学沉积到纳米级多孔渗水的聚 碳酸酯或氧化铝膜上的小孔内， 随后将模板 溶解即可得到金纳米棒。
生长原理
空间受限生长。
特点
优点在于通过控制孔道的长度和直径，同时 调节电化学沉积时间能有效控制金纳米棒的 纵横比，缺点是产量相对较低。
图2. 硬模板法制备过程及电镜图像
Advanced Materials, 2012, 24(36):5014-5014.
Sensors & Actuators: B. Chemical 2018 (273) 642–648
3.3 光热治疗
注射TNPs后，温度5分内增加了19.5°C，到达 热疗温度范围，破坏局部血管，杀死肿瘤细胞
ACS Nano 2018, 12, 6597−6611
3.4 药物递送
在近红外激光照射下，局部温度升高 到DNA的理论解离温度，DNA双链打 开释放Dox，治疗效果增加了2.1倍。
影响因素 长径比 大小 端面曲率
Adv. Funct. Mater. 2006, 16, 2170–2176
金纳米棒的生物医学应用
3 生物医学应用
生物成像 分子检测
金纳米棒的生物 医学应用
光热治疗 药物递送
3.1 生物成像
合成路线示意图
(a)GNRs
(c) GNR@SiO2@CDs
图3. 光化学合成法制备金纳米棒的TEM图像
. J. AM. CHEM. SOC. 2002, 124, 14316-14317
金纳米棒的性质
2 金纳米棒性质
光声 效应 光热 效应 产生 ROS
局域表面 等离激元 共振
金纳米 棒
近场 效应
单/双 分子荧 光
机械 性质
2 金纳米棒性质
01
光声效应 用光照射某种媒质时,由于媒质对光的吸收会使其内部的温度改变从而引 起媒质内某些区域结构和体积变化;当采用脉冲光源或调制光源时,媒质温 度的升降会引起媒质的体积涨缩,从而向外辐射声波的现象。
Adv. Mater. 2016, 28, 8511–8518
总结
具有独特理化性质的金纳米棒在生物医学领域具 有广泛的应用前景。同时，我们也应该关注其生 物学效应，研究金纳米棒与不同水平生物体系的 作用规律（比如分子、细胞、组织），这会为安 全持续地利用金纳米棒提供强有力的理论支持。
谢 谢 大 家
金纳米棒的制备、性质及应用
1 金纳米棒的制备
2 金纳米棒的性质
3 金纳米棒的生物医学应用
金纳米棒的制备
1金纳米棒的制备
什么是金纳米棒？
金纳米棒是一种尺度从几纳米到上百纳米的 棒状金纳米材料，一般指其长径比介于2~25 的类一维纳米材料。它具有非常丰富的理化 性质，在材料学界受到强烈的关注，生物医 学上可用于体外诊断和体内治疗，在传感器 及光学元件都有相应应用。
特点
过程简单、产量高、质量高、粒径可控、结构 可灵活修饰。
图1. 晶种法制备过程
改进：①将柠檬酸钠包覆的多晶晶种变成CTAB包覆的单晶晶种 ②将Ag+引入生长液调控棒的长径比
J. Phys. Chem. B 105, 19, 4065-4067
1 金纳米棒的制备
硬模板法指用孔径为纳米级到
微米级的多孔材料作为模板，使前驱 体进入后在模板的孔壁上反应，结合 电化学沉淀法、溶胶凝胶法和气相沉 淀法等技术，形成所需的纳米棒。
1 金纳米棒的制备
光化学合成法
合成过程
采用CTAB-四（十二烷基）溴化铵–氯金酸模板剂水溶液 体系,加入一定量丙酮和环己胺，其作用是松开胶束结构, 有利于金纳米棒的生成，加入不同量的 AgNO3 溶液， 紫外照射(254nm)一段时间（30h）就能够获得长径比 均一、分散良好的金纳米棒。
Ag+的作用
(b)巨噬细胞+CDs (c)巨噬细胞+GNR@SiO2@CDs
Nano Research 2018, 11(3): 1262–1273
3.2 分子检测
这两个发夹探针在打开时互补，通过杂交链式 反应形成DNA双螺旋分子，产生强静电作用 发夹探针不打开时稳定存在，无法与金纳米棒 产生强静电作用，不能阻止其受盐诱导而聚集
ACS Nano, 2017, 11 (1), pp 579–586
2 金纳米棒性质
03
近场效应 当两个金属颗粒接近时，颗粒表面的电磁场发生强共振耦合，对等离激 元共振产生显著影响
Nano Lett., Vol. 9, No. 4, 2009，1652
2 金纳米棒性质
04
单/双分子荧光现象 sp 带电子和 d 带空穴复合，产生近带边宽带发 射，峰位较为固定（介于400~700 nm之间）
1
2 在皮秒内，电子通 过带内散射将能量 传递给声子，弛豫 至低费米能级状态
3 弛豫电子与空穴 复合，发出荧光
激发d带电子 到sp带，产生 电子-空穴对
等离激元共振耦合，增强荧光
Physics Letters 317 (2000) 517–523
2 金纳米棒性质
05
局域表面等离激元共振 金属中的自由电子在电磁场驱动下偏离原子核吸收和辐射电磁波的现象， 称为等离激元共振（Localized surface plasmon resonance，LSPR）
1 金纳米棒的制备
金纳米棒的制备方法
晶种生长法 硬模板法 光化学合成法
1 金纳米棒的制备
晶种法研究的时间最长，也研
究的最深入。晶种可以是球型金纳 米粒子，或百度文库是短的金纳米棒。
基本原理
在生长溶液里加入一定量的金纳米颗粒种子， 在表面活性剂的作用下，晶种定向生长为一定 长径比的金纳米棒。
三个步骤
晶种的制备、生长液的配置、金纳米棒的生成。
光声多普勒效应
由于传统的超声成像和 激光成像依赖于超声或 光的散射，对于毛细血 管低速血流的成像有一 定困难。而光声多普勒 技术依赖于物质的光吸 收系数因此光声多普勒 技术在医学上可以用来 测量血流流速以及血流 成像。
Small.201602896
金纳米棒性质
02
光热效应和光动力效应 材料受光照射后，光子能量与晶格相互作用，振动加剧，温度升高， 由于温度的变化而造成物质的电学特性。 在分子氧存在的情况下，产生单线态氧（singlet oxygen）及其它活 性氧类物质（reactive oxygenspecies，ROS）