二氧化硅包裹金纳米粒子的TEM(a)及紫外吸收峰(b)
近年来,具有独特光学性质的金属纳米材料因其在物理、化学、生物、催化等众多领域具有广泛的应用前景而受到人们的关注. 金属纳米颗粒的局部表面等离子共振(LSPR)能显示出独特的光吸收和散射特性, 常被用于物理、化学和生物学领域的分析检测, 在生物影像、癌症诊断治疗等领域表现出极大的应用前景. 利用这些独特新颖的物理化学特性, 结合现代医学影像技术, 如光学成像、计算机断层(CT)成像、正电子放射型断层成像和光子发射型断层成像(PET/SPECT)、磁共振成像(MRI)、超声成像(US)等, 人们有可能实现在肿瘤发生初期进行早期特异性检测, 实现靶向分子成像, 进而探索重大疾病的分子水平变化, 在疾病的早期做出更准确的诊断结果.
在众多金属材料中, 金纳米颗粒因其制备简单、易于修饰等优点而成为LSPR光谱应用的主要目标. 但小尺寸金纳米颗粒因其在生理体液环境中稳定性差和生物安全性问题, 影响了其在生物领域更广阔的应用.
中国科学院理化技术研究所纳米材料可控制备与应用研究室唐芳琼等人针对上述问题, 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(silicananorattles@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4.6mg/kg,显著提高了金纳米颗粒的生物相容性. 该研究为SN@GN在生物暗场影像领域的应用提供了重要的实验依据.