時間：2023-05-29 17:43:53
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，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，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
美國斯坦福大學醫學院的科學家發現，一種黃金納米粒子能在腦部腫瘤“安家”，同時對3種不同的成像方式可見，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，因為要盡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生也無法保證腦瘤切除后不會遺留癌細胞。這在惡性膠質瘤的移除上表現得尤其明顯，該種癌細胞可沿血管和神經束輕易擴散，使健康組織發生病變。此外，源自原發腫瘤的微轉移，也可在周圍健康組織生根發芽，而這都是外科醫生無法用肉眼識別的。
新技術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瘤組織，使手術更易進行。粒子的尺寸約為人類紅血球大小的1/60。科學家推測，這些粒子由小鼠尾部靜脈注射后會優先在腫瘤內“安家”。納米粒子可沿血管抵達周圍的腫瘤組織，粒子的黃金核心涂覆了含有釓的特殊涂層，可使粒子對3種不同的成像方式皆可見，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效果。
MRI可在手術前較好地顯示腫瘤的邊緣及位置，卻不能在手術過程中大腦處于動態時完整地描述腫瘤的侵略性增長。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，生成可檢測到的超聲信號，并從中計算出三維的腫瘤圖像。由于這種成像方式可深度貫穿，并對黃金粒子的存在十分敏感，其能保證在手術過程中對腫瘤邊緣的實時、準確描述，引導醫生移除大部分腫瘤，提升移除精準度。但上述兩種方法都不能分辨出健康組織和癌變組織的區別，拉曼成像可促使納米粒子的某一外涂層放射出波長不同的難以探測的光，黃金核心的表面能放大這些微弱的拉曼信號，并能被特殊的顯微鏡捕捉到。由于這些信號只會從藏身于腫瘤之中的納米粒子發出，因此科研人員可輕易分辨出每一點殘留的癌變組織，使腫瘤的徹底清除更加容易。
科研人員稱，該技術有望在未來協助對致命性腦癌的預報，并可延伸至其他的腫瘤類型。
黃金納米粒子對腫瘤細胞具有較好的靶向性，用來檢測和預報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來發生作用，使腫瘤細胞死亡而不會波及周圍的正常組織細胞，在進行精確動態檢測的同時，實現治療的精確制導。盡管這時已經失去了富貴的光澤而呈黑色，但納米粒子狀態的黃金在保護健康這一人類最大財富的道路上將走得越來越遠，其財富內涵將更加豐富。
ハリマ化成株式會社以噴墨打印技術為中心開發了作為導電性油墨核心技術的納米膠以及適應各種印刷技術的導電性粘接劑。
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而大量的制造電子元件，正在熱衷于研究成卷式生產印刷方式。基材大多數使用廉價的PET膜，但是PET膜沒有130℃程度的耐熱性。ハリマ化成（株）的NPS-JL納米膠在120℃/h的大氣下燒結可以獲得5.cm的非常低的電阻率。還進行了NPS-JL納米膠的可靠性試驗。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：易粘結處理品）。采用PMT公司制噴墨打印機和NPS-JL納米膠印刷幅度250m長度15m的線路，在120℃溫度下燒結1h，即使在-55℃（30min）~125℃（30min）的冷熱循環試驗中1000循環以后電阻值也沒有變化及時在高溫高濕放置試驗（85℃，85%RH）中電阻值也沒有變化多少，表現出高可靠性，如圖2所示。噴墨打印的最大特長是無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。NPS-J-HTB稱為一般使用的玻璃料，對于玻璃基材的附著力強，在大氣中500℃燒結以后的電阻率為2.cm，與塊狀Ag同等。NPS-J-HTB納米膠適應于噴墨打印。NPS-MTB納米膠適應于絲網印刷。
2導電性粘結劑
有機基材上可以采用配合樹脂粘結劑的導電性粘結劑。導電性粘結劑主要是由導電性金屬填料和熱固化性或者熱可塑性的樹脂成分構成的。Ag填料一般根據用途選用薄片狀或者球狀的，特別是薄片狀Ag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劑的配合比率對于制造導電性粘結劑是極為重要的因素。樹脂粘結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和導電性金屬填料技術開發了適用于PET膜上的導電性粘結劑系列，如表3所示。圖4表示了采用絲網印刷可以形成線路/間隙（L/S）=70m/70m的微細電路的FPC。適應撓性電子的導電性粘結劑（導電膠）獲得了高度評價，還應用公司的納米粒子技術開發了高導熱性粘結劑NH-3000D。傳統芯片粘結材料所用的Ag膠中，通用品的導熱率為2w/m.k~3w/m.k，高導熱型為20w/m.k~30w/m.k的水平。高導熱性粘結劑NH-3000D的微細尺寸Ag粉中配合了Ag納米粒子。由于納米粒子而大幅改善了導熱性，所以獲得了與AuSn焊料相匹敵的95w/m.k的高導熱性，如表4所示，可以應用于LED或者功率系半導體封裝的安裝等許多領域中。
電極.線路和接合用金屬納米油墨
バニド-化學（株）從2008年度開始量產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（株）以Ag納米粒子為中心進行了以高導電性，低溫燒結性和各種印刷技術適應性為重點的開發，表5表示了該公司的金屬納米油墨LowMetalTM序列。以該序列為基礎可以進行適合于各種用途和印刷方式的油墨配合的微調整。該公司已經備齊了水系油墨（SW，GW序列）和有機溶劑系油墨（SR序列）。水系油墨對操作者或者地球環境的負荷極小。在印刷電子產業中對工廠設計中的限制少，在安全和成本方面有很大的優越性。另一方面有機溶劑系油墨有時享受不到水系油墨的優點，但是可以廣泛適用于水系油墨所不能適應的基材，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由于納米粒子化而下降到室溫程度，但是如果被燒結則表現出熔點再度上升的不可逆性。利用金屬納米粒子的這種性質可以實現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。這種性質特別適用于汽車前照燈或者家用照明等功率LED或者電動車，鐵道，電力設備和變頻等功率器件那樣的發熱量大和使用溫度高的用途中。根據焊料或者導電性粘結劑中的材料難以獲得高導熱率和低電阻率的觀點來進行適合于接合材料的金屬納米粒子的設計。圖5表示了使用迄今開發的接合用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。盡管沒有施加外部壓力而是在大氣氛圍下進行，但是接合層內部或者截面幾乎看不到空隙，由此可見形成了非常致密的接合層。元素分析結果表明與上下鍍層之間進行了元素相互擴散，從而造成了高接合強度。圖6表示了以接合溫度和時間變量的芯片接合部位的接合強度。190℃可以獲得8MPa的實用上充分的接合強度，接合溫度越高，短時間就表現出高接合強度。270℃時可達40MPa。這是由于接合溫度越高越容易進行元素擴散所致。在所有試料中，破壞都是Ag接合層內的凝集破壞而非界面的剝離，足以說明元素擴散的進行。圖7表示了熱循環試驗結果。低溫側固定為-40℃，高溫側為175℃（圖中的黑色）或者（圖中的白色），低溫側和高溫側每30min交互重復試驗，在所有接合條件下都表現出良好的耐熱沖擊性，即使經過（400~500）回循環以后仍然保持著接合強度。由此可見使用金屬納米粒子的接合材料表現出所期待的耐熱性。現在SiC器件的常用溫度和高溫側250℃的熱循環試驗已在實施中。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出焊料或者導電性粘結劑所不能達到的體積電阻值或者導熱率。這對提高器件的散熱性或者可靠性至關重要。
3Ag納米粒子生成機理的研究成果
圖8表示了Ag納米粒子生成機理的研究成果。制作了采用三級高精度的0.18ms（毫秒）的時間分辨能力進行測量的測量裝置，利用小角X線散射測量來追蹤Ag納米粒子的粒徑變化。結果表明某種特定條件下的Ag納米粒子相當于由Ag原子13個組成的Ag13群體（Ag13clusters）經過直徑約7nm的群體（Clusters）而形成。6nm的Ag納米粒子經過導入期，核生成主導期和粒子成長期三個只要過程，在6ms的豐產短的時間內形式。
無須燒結的Ag納米粒子技術
無須燒結的Ag納米粒子技術是三菱制紙（株）對年積累的Ag納米粒子技術和公司擅長的精密多層涂復技術組合而成的。利用印刷法形成電子電路的線路時，通常印刷Ag納米粒子或者Ag膠以后進行（120~200）℃程度的加熱處理。為此不僅需要比較高價的耐熱性基材，而且加熱處理所需要的時間稱為提高生產率的主要障礙。無須燒結的Ag納米粒子技術可以解決這些課題。無須燒結的Ag納米粒子技術大致分為專用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的組合兩種類型。另外還在開發適用于使用脈沖光的光燒結的Ag納米粒子油墨或者利用UV光的可以導電化的Ag納米粒子油墨，還有采用熱以外的各種方法實現導電化的Ag納米粒子油墨。
1專用Ag納米粒子油墨
技術的突破是由于發現了可以使用Ag納米粒子相互結合的導電性引發劑（進行化學燒結的藥劑）而實現的。于基材加入導電性引發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。這種導電性引發劑雖然對市集的各種Ag納米粒子也有某種程度作用，但是三菱制紙（株）從導電性等觀點出發開發了最佳的Ag納米粒子以及專用Ag納米粒子油墨，且已經商品化。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品，可以調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。現在，安裝壓電頭的家用噴墨打印機用的油墨，研究開發用的FUIFILMDimatixInc制DMP-2831型打印機用的油墨，RolltoRoll型噴墨裝置用來セテ（株）制KJ4型頭用的油墨已經序列化。撓性印刷用的專用Ag納米粒子油墨預計不久將會商品化。
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，由于無須干燥工程和燒結工程而具有傳統技術所沒有的以下優點。（1）可以使用家庭用噴墨打印機進行試制。（2）利用沒有干燥和燒結區域的RolltoRoll型噴墨裝置實現量產化。（3）使用現有撓性印刷機實現量產化。印刷用專用基材上設置的由復數層構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）基材中含有的導電性發現劑使Ag納米粒子相互融接。（4）形成具有若干多孔構造的Ag膜。（5）賦予基材表面上的耐擦蹭性。利用導電性引發劑的Ag納米粒子的化學燒結只需進行10秒左右就會發現導電性。另外，基材彎曲時，如果涂層開裂，基材上形成的線路也會斷線，因此涂覆層應該具有柔軟性。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十ms就會成為與干燥同等的狀態，因此可以采用家用噴墨打印機進行簡單的制造。采用家用噴墨打印機充填描繪Ag濃度15wt%的專用Ag納米粒子油墨時，描繪可能的細線為200m程度。圖形表面電阻為0.15/~0.2/。實際的量產中適合于采用RolltoRoll型噴墨裝置或者現有撓性印刷機。由于使用了印刷用專用基材，可以削減新規設備中干燥區域等附屬設備的成本，提高生產率或者應用現有的印刷裝置。尤其是使用噴墨印刷時，由于是無版印刷，所以適合于多品種小批量生產。另外由于無須制造印刷板的時間，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電性圖形時，由于可以比印刷Ag膠還要廉價的制造，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，長度可達數千米的產品，根據要求可以制造卷狀或片狀進行銷售，可以制造厚度可達300m程度的樹脂涂層紙品，適合于卡片或者電極上的應用。
關于元件安裝，由于不能使用焊接，所以有必要使用電磁結合，ACF（AnisotropicCouductiveFilm），ACP（AnisotropicConductivePaste）和導電性粘結劑。照片4表示了采用家用打印機制成的導電性圖形上使用ACP安裝芯片的應用例。使用ACP或者ACF的安裝時，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）側進行加熱的方法較好。使用激光進行局部加熱時也可在耐熱性低的樹脂涂層紙型上的安裝。另外近年來開發了(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電性圖形是由Ag構成的，如果原封不動的暴露于外界大氣中，那么由于大氣中的硫（S）成分而發生腐蝕，使電阻值升高。為此利用貼壓保護膜，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用，例有UHF和HF帶的PFID天線，有機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，智能封裝和各種傳感器的電極等。尤其是應用于RFID天線時，對于用戶的優點如下：（1）天線的庫存少；（2）天線圖形的試作簡單；（3）由于可以印刷條形碼而無須入口（Inlet）。用作RFID標簽時，不僅天線和觸點而且印刷設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標簽。
3使用濕式處理技術的無需燒結的電子電路形成技術
當專用Ag納米粒子油墨和濕式處理技術相組合時，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，體積電阻率為20萬cm以下。使用濕式處理的具體應用有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，各種傳感器的電極和各種電子元件的電極等。作為濕式處理的實際實施形狀，在卷式生產的情況下，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電性引發劑。如果是單個元件最好進行間隙處理，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。含有導電性引發劑的濕式處理液是安全的水體系，不含有關系到排水規則的物質。
勞倫斯?伯克利國家實驗室材料科學部門的聚合物科學家徐婷（Ting Xu）帶領的研究將基于嵌段共聚物的超分子與金納米顆粒相結合，從而創造了一種納米復合材料，后者在經過溶劑退火處理后會迅速自我裝配并形成分層級的結構薄膜，橫跨面積達到平方厘米級。這種技術與當前的納米加工過程相兼容，并具有產生新光學涂膜系列以用于一系列廣泛領域的潛力，包括太陽能、納電子學和計算機存儲器。這項技術甚至能為超材料以及具有非凡光學特性的人造納米構建物（nanoconstruct） 的制造開啟新的大門。
“我們的技術能夠在大至硅片的區域上快速產生不可思議的納米顆粒裝配，”徐這樣說道，她同時也任職于美國加州大學伯克利分校材料科學與工程學院和化學學院。“你可以將它想象成一個薄煎餅的面糊，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特光學、電子學和機械特性的人造原子。如果能夠誘發納米粒子進行自我裝配以形成復雜結構和分層級的樣式，類似于蛋白質的結構，那么它將實現大批量生產比現代微型工藝學使用的小一千倍的設備。
徐和她的研究小組正在朝這個終極目標穩定的前進。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納米粒子陣列的自我裝配。超分子是作為單一分子執行特定功能集的分子群組。嵌段共聚物是非常長的序列，或者一種束縛在另一種類型單元結構上的單元結構，它具有在肉眼可見的距離范圍內自我裝配成界限清楚、納米大小的結構陣列的內在能力。
“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學，一般為幾納米至幾十納米。”徐說道。“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構框架。”
在由徐和同事修改后的超分子技術里，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。納米粒子自我裝配的這種分層級結構控制的陳列讓人印象深刻，但它也僅僅是這項最新技術的一部分。
“為了與納米加工過程相兼容，自我裝配的制造過程必須在幾分鐘內完成以最小化因暴露在加工環境里而導致的納米粒子特性的退化。”徐說道。她和她的研究小組系統的分析了超分子納米復合材料薄膜暴露在溶劑蒸汽里自我裝配的熱力學和動力學。他們發現通過最優化單個參數，也即溶劑的量，裝配動力學可以精確的調節以實現在1分鐘內產生分層級結構的薄膜。
“為了利用非共價鍵連接在聚合物側鏈的小分子來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，”徐說道。“這使得我們能夠利用少量的溶劑來實現納米粒子陣列的快速定序。”
納米復合材料薄膜的光學特性取決于單個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光波長小一個數量級，徐和同事研發的超分子技術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注，因為它們的電磁特性是自然材料難以達到的。例如超材料可以有負的折射率，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。
“我們的金納米復合材料薄膜表現出強大的依賴波長的光學各向異性，通過改變不同的溶劑就可以實現，”徐說道。“這提供了制造超材料的平板印刷術的可行替代方案。”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成分的納米粒子也兼容。“利用與現代廣泛應用的納米加工過程――包括刮涂、噴墨印刷和動態區退火――相兼容的技術，我們應該能夠創造一個具有操縱光和其它特性的納米粒子裝配庫。” 徐說道。這項研究被發表在期刊《自然通訊》上。
【摘要】
目的：研究聚集和表面分子吸附對磁性納米粒子交流磁化率的影響，為發展基于磁性納米粒子磁化率測量的生物傳感方法提供依據。方法：用透射電子顯微鏡及振動樣品磁強計分別對磁性納米粒子的磁核粒徑、磁性特征進行測量，利用實驗室自建的交流磁化率測量裝置，對在不同聚集狀態和表面吸附抗原、抗體等生物分子后磁性納米粒子的交流磁化率譜進行測量。結果：透射電子顯微鏡測量表明，實驗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，表現出較大的水動力尺寸及其分布。振動樣品磁強計測量表明，氧化鐵納米粒子的飽和磁化強度為61.43 emu·g-1。交流磁化率譜測量表明，隨著氧化鐵納米粒子在溶液中水動力尺寸的增加，即聚集體尺寸的增加，磁化率譜中對應的磁動力學特征頻率減小，與理論預示一致。當緩沖溶液中磁性納米粒子表面吸附IgG以及進一步結合羊抗人IgG后，磁動力學特征頻率逐漸降低，這與表面吸附導致的水動力尺寸逐漸增加的結果是一致的。結論：溶液中磁性納米粒子的聚集狀態和生物分子吸附對其交流磁化率譜有較大的影響，主要表現為粒子的水動力尺寸增加所導致的磁動力特征頻率發生移動。基于磁性納米粒子的磁動力特征頻率的變化，可望發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
磁性納米粒子在細胞磁分離［1］、磁靶向藥物輸運［2］、生物傳感［3-4］、磁共振成像(MRI)［5-6］及磁感應腫瘤熱療［7-10］等生物醫學方面的應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特性進行生物傳感方法的設計和應用是一個重要和快速發展的領域［11］。利用抗體等特異性生物分子探針修飾磁性納米粒子構建磁標簽，并對靶分子(或細胞)進行識別和標記，然后利用對磁標簽敏感的技術進行測量，即可實現對磁標簽所標記的生物結合事件進行檢測和傳感。這些磁敏感技術包括MRI［12］、超導量子干涉儀(SQUID)［13］以及基于其他磁學效應或特性(如各向異性磁阻抗等［14］)的磁場傳感器。發展這樣的生物檢測和傳感平臺已經成為目前研究的熱點，并且它們在靈敏性、特異性、定量性和檢測速度上已經展示出許多優勢，但是它們需要對傳感元件(敏感部位)進行復雜的材料和結構設計，是一種基底上的(substratebased)檢測方法。這里我們將探索一種新的無基底(substratefree)的傳感方法，它能夠傳感溶液中的包含磁標簽的生物分子結合事件。磁化率是描述物質磁化性質的重要物理量。根據物質結構的電子理論可以證明，物質的磁化率與其微觀結構有十分密切的關系。因此，測定物質磁化率，可以獲得物質微觀結構的許多信息。隨著磁性納米粒子在生物傳感及生物醫學方面的應用，基于其磁動力特征的研究也越來越廣泛。
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實驗室王春雨同學根據我們研究組先前報道［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購自南京凱基生物科技發展有限公司，使用時濃度稀釋為1 mg·ml-1。實驗用水為超純水(艾科普超純水機提供)。
1.2 方法
1.2.1 表征測量
磁性納米粒子磁核尺寸測量使用透射電子顯微鏡(TEM)(南京大學分析測試中心，儀器型號為JEM200CX)；水動力尺寸測量使用光子相關光譜儀(PCS)(東南大學生物電子學國家重點實驗室，儀器型號為N4 Plus)；磁性測量使用振動樣品磁強計(VSM)(東南大學生物電子學國家重點實驗室，儀器型號為Lake Shore 7400)；磁化率測量采用實驗室自建的交流磁化率測量儀，所用鎖相放大器為美國斯坦福研究系統的雙通道數字鎖相放大器SR830（圖1）。
圖1中所用線圈組合中原線圈的匝數為75匝，副線圈的匝數為48匝。原線圈的規格是Φ20 mm×100 mm，每個副線圈的規格是Φ10 mm×15 mm。樣品放置在線圈組合裝置的副線圈的正中央。所采用的激發信號是由鎖相放大器的正弦(SINE OUT)端提供的，通過鎖相放大器上的雙通道(CH1、CH2)輸出來到檢測信號。
1.2.2 基于磁性納米粒子交流磁化率測量進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：實部磁化率χ′和虛部磁化率χ″［17］，χ=χ′+i χ″德拜理論對磁性納米粒子交流磁化率的頻率依賴關系可以描述為：χ(ω)=χ0/(1+iωτ)，其中χ0為直流磁化率。實部磁化率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間，ω=2πf為角頻率， f為圓頻率。當ωτ=1時，磁化率的虛部部分出現一個最大值。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，一般通過兩種機制進行弛豫：Brownian弛豫和Néel弛豫。一般來說，有效弛豫取決于兩種弛豫機制的結合。但是，依賴于使用的磁性納米粒子的尺寸，其中一種機制將起支配作用。
當磁性納米粒子具有較大尺寸或在溶液中存在聚集體時，Brownian弛豫是支配的機制［18］。這種情況下，Brownian弛豫時間為：τB=4πr3η/κBT這里，r為納米粒子的水動力半徑，η為溶液的粘滯系數，κB為波爾茲曼常數，T為溶液的絕對溫度。可見Brownian弛豫時間τB與r3成正比，對應的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)被結合到磁標簽(抗體標記的磁性納米粒子)上，增加的水動力半徑將導致Brownian弛豫特征頻率以r3關系減小，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導致ωB減小。
在交流磁化率的測量實驗中，常用的方法是認為鎖相放大器的兩個通道上的輸出電壓就是磁性液體交流磁化率的實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果。這說明表面修飾沒有改變磁性納米粒子的磁核尺寸。我們注意到，有機小分子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 磁性測量
圖3顯示：表面修飾DMSA后，氧化鐵納米粒子的飽和磁化強度為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分子的存在，使得單位質量樣品的磁化強度有所降低［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達到超順磁尺寸，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磁性納米粒子水動力尺寸的影響
見表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后的水動力平均直徑（略）
溶液中納米粒子水動力尺寸是指包括表面有機物殼層和水化層在內的總的尺寸，一般大于納米粒子核尺寸。用光子相關光譜儀(PCS)測量了γFe2O3與DMSA@γFe2O3磁性納米粒子在水溶液中的水動力平均直徑（D），結果如表1所示。可以看到，表面修飾前γFe2O3納米粒子的水動力平均直徑為92 nm，遠大于TEM所測得的平均磁核尺寸(10 nm)。解膠前DMSA@γFe2O3磁性納米粒子的水動力直徑為110 nm，大于γFe2O3納米粒子的水動力直徑(92 nm)，這一方面是由于聚集效應，另一方面還歸于表面DMSA修飾層的貢獻。解膠后，DMSA@γFe2O3納米粒子的水動力平均直徑減小為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力直徑發生了變化。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力直徑為78 nm，略大于水溶液中的水動力尺寸(75 nm)。當在含有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力直徑變為88 nm，進一步加入GAH IgG后，磁性納米粒子的水動力直徑繼續增加，變為136 nm。
2.4 聚集和表面分子吸附對磁性納米粒子交流磁化率的影響
見圖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，實線表示對實驗數據的理論擬合。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力尺寸先增加再減小一致，符合理論預示結果。
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系見圖5。圖5表明，對應的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力尺寸逐漸增加一致，符合理論預示結果。 3 討論
本研究觀察了聚集和表面分子吸附對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系，以期通過磁化率測量來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力學半徑成3次方反比關系。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對水動力尺寸的改變來影響其特征頻率。本研究同時采用光子相關光譜儀對溶液中磁性納米粒子的水動力尺寸進行測量來加以驗證。
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測量得到的水動力平均直徑遠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致如此大的水動力尺寸，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。一般來說，磁偶極相互作用和范德瓦爾茲力是導致這種聚集的原因［22］。通過合適的表面修飾(包括物理吸附和化學吸附)，在表面引入更多的電荷和有機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構，其化學吸附到γFe2O3納米粒子表面，使得在粒子表面上引入較多的羧基基團—COOH。通過解膠，即用堿來解離羧基上的氫，可以使粒子表面帶上更多的負電荷，從而通過粒子間的靜電排斥使納米粒子變得更分散，水動力尺寸得到降低。解膠前DMSA@γFe2O3磁性納米粒子的水動力直徑為110 nm，大于γFe2O3納米粒子的水動力直徑，這一方面是由于聚集效應，另一方面還歸于表面DMSA修飾層的貢獻。解膠后，DMSA@γFe2O3納米粒子的水動力平均直徑減小為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力尺寸和更高的表面電荷，使得其在水溶液中更加穩定，即使在離子強度較高的緩沖溶液(如pH=9.0硼酸鹽緩沖溶液和pH=6.0檸檬酸緩沖溶液)中也表現出很好的穩定性，這為進一步研究在緩沖溶液中粒子表面吸附抗原、抗體的結合事件提供了保證。
磁性納米粒子由于聚集以及表面生物分子吸附導致其水動力直徑的變化為交流磁化率的測量提供了前提，因為交流磁化率譜峰的特征頻率與粒子的水動力尺寸有3次方反比關系。通過對解膠后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量，得到交流磁化率譜峰的特征頻率依次出現在160 Hz、142 Hz及119 Hz處，表現出與理論一致的關系。為了進一步研究表面分子吸附對磁性納米粒子交流磁化率的影響，我們還測量了分散在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在150、140及100 Hz左右，與對應的水動力直徑(78、88和136 nm)相對應，符合理論關系。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別的事件，為發展新的生物傳感方法提供了思路。
這種傳感方法優點在于在交流磁化率的測量中不受游離的抗原及抗體等生物分子的影響，在檢測過程中不需要后續的分離和洗滌處理，磁化率測量設備易于搭建，成本低，因此該方法具有更強的實用性。另外一些可以預見的優勢是，該方法可以區分不同大小的生物分子在納米粒子表面的吸附，以及生物分子誘導的特異性磁性納米粒子聚集。
當所測磁性液體的粘滯系數及絕對溫度等因素不變時，磁化率譜特征頻率的變化只與磁性納米粒子的水動力尺寸及尺寸分布有關。窄的粒子尺寸分布能夠降低磁化率譜的寬度，從而可進一步增加檢測的靈敏度。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精度。
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關鍵詞 熒光納米粒子； 聚丙烯酸； 萘酰亞胺； 自組裝； 細胞成像
1 引 言
熒光納米粒子是一類重要的納米功能材料，在細胞成像、疾病診斷及生物傳感等領域有廣闊的發展前景[1，2]，而具有良好水溶性、光穩定性及低毒性是其在這些領域中應用的前提。目前，基于無機材料的熒光納米粒子研究較為廣泛，如無機半導體量子點[3]、碳量子點[4]和金納米粒子[5]等，這些納米粒子常需要通過表面修飾或者聚合物包覆來提高其水溶性、可修飾性、生物相容性等特性。相對于無機熒光納米粒子，有機聚合物熒光納米粒子在結構多樣性和功能可設計性方面具有明顯優勢，近年來引起了研究者的興趣[6～10]。聚合物納米粒子中熒光團的存在形式主要有兩種[11，12]： 一種是非共價結合，如在納米粒子制備過程中或者制備完成后，通過包埋或吸附方法負載熒光團； 另外一種是共價鍵合，如通過表面修飾方式將熒光團鍵合到無熒光的納米粒子上，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熒光團進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，但由于熒光團以非共價方式結合，在使用過程中容易泄露。采用先將熒光團與聚合物共價結合再進行自組裝的方法可以減少或避免染料泄露問題，有效提高熒光納米粒子的穩定性，目前該類水溶性熒光納米粒子的研究報道較少[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、醫藥等領域應用廣泛[18，19]。由于PAA無毒、易溶于水，且富含可功能化的羧基，近年來被研究者用于無機納米粒子的修飾制備有機無機復合納米材料[20，21]、與共價聚合物進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]、進行交聯制備納米凝膠[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PAA進行接枝改性，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）； 對其形態、結構及熒光特性進行了表征，并考察了其細胞毒性及細胞成像能力。結果表明，此納米粒子具有好的水溶性、光穩定性和細胞相容性，可進入細胞并發射綠色熒光，在細胞成像方面有良好應用前景。
2 實驗部分
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（日本島津公司）； 320S型pH計（梅特勒托利多儀器有限公司）； F4600型熒光分光光度計（日本日立高新技術公司）； JEM100CXII型透射電鏡TEM（日本電子株式會社）； IX51型倒置熒光顯微鏡（奧林巴斯株式會社）； ST360型酶標儀（上海科華生物工程股份有限公司）； Zetasizer Nano ZEN3600型動態光散射納米激光粒度儀（英國Malvern公司）。
AMN的合成見文獻[25]； 聚丙烯酸（PAA， 分子量2.6萬，河南凱特化工有限公司）； Gibco胎牛血清及DMEM培養基（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細胞為實驗室傳代培養； 其它試劑均為市售分析純； 實驗用水為去離子水。
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1 h，向其中加入含AMN的DMF溶液，并于60℃攪拌反應4 h。將反應液離心，上清液放入透析袋中，在pH 3～4的稀HCl中進行透析。透析一段時間后將袋內膠狀固體取出，溶解在pH 11的NaOH溶液中，滴加稀HCl使其析出。經過多次堿溶酸沉處理后，將該固體溶解，再于水中透析，測試透析液熒光強度。當透析液熒光強度為零時，將透析袋內溶液取出， 凍干， 得目標產物（PAAMN）。
2.3 PAAMN的形態及結構表征
將納米粒子溶液滴在含有Formar膜的銅網上，并進行負染，采用TEM觀察其形態； 采用納米激光粒度儀測定PAAMN在水溶液中的粒徑； 用DMSOd6+D2O為溶劑測定PAAMN的1H NMR光譜。
將AMN溶于乙醇中，配成1.0 mg/mL儲備液，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儲備溶液，并用水稀釋至所需濃度的工作溶液。分別測定AMN及PAAMN工作溶液的紫外可見吸收光譜； 在392 nm下測定不同濃度AMN溶液的吸光度并繪制標準曲線。根據PAAMN溶液在392 nm處的吸光度和AMN的標準曲線，按文獻[25]的方法計算納米粒子中熒光團的摩爾取代度。
2.4 熒光性質研究
熒光光譜及量子產率測定： 測定水溶液中PAAMN及AMN的熒光光譜； 以硫酸奎寧為參比，測定水溶液中PAAMN及AMN的熒光量子產率，硫酸奎寧在0.05 mol/L H2SO4溶液中的量子產率按0.55計算[26]。
光穩定性考察： 以390 nm為激發波長，534 nm為發射波長，每隔5 s測定一次PAAMN溶液的熒光，觀察2.5 h內熒光強度的變化。
金屬離子對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體系作為對照。各溶液用水定容后測定熒光光譜，記錄熒光強度。
pH值對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定熒光光譜，記錄熒光強度。
2.5 MTT法檢測細胞相容性
將對數生長期的HeLa細胞按每孔5000個細胞接種于96孔板中，用含10%胎牛血清的DMEM為培養基，在37℃含5%CO2的培養箱中培養。待細胞貼壁后，吸去板內培養基殘液，加入含不同濃度PAAMN 的培養液， 置于培養箱中孵育24 h，此后向每孔加入20 μL濃度為5 mg/mL的MTT溶液，繼續孵育4 h。然后移去板內液體，每孔加入200 μL DMSO，將細胞培養板放置搖床上， 低速振蕩使結晶物充分溶解。 用酶標儀在490 nm波長處測量各孔的吸光度（A）。以未加PAAMN的細胞作空白對照，計算細胞的相對增殖率（Relative growth rate，RGR）： RGR = （A實驗組/A空白對照組）×100%。
2.6 納米粒子及染色細胞的熒光顯微成像
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孔培養板中，于熒光顯微鏡下觀察。
細胞染色及成像： 將HeLa細胞接種于24孔培養板中，待細胞貼壁后，移去原培養基，加入含0.01 mg/mL PAAMN的新培養基，并置于CO2培養箱中于37℃下培養2 h。然后移除培養基，用PBS溶液將細胞洗滌3次，再加入4%的多聚甲醛固定細胞，最后用熒光顯微鏡觀察細胞成像效果。
3 結果與討論
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，形成接枝聚合物； 該聚合物在透析過程中發生自組裝形成納米粒子，未反應的熒光團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、動態光散射（DLS）、UVVis 及1H NMR方法對納米粒子的形態及結構進行了表征。TEMD如圖2A所示， 納米粒子呈規則球狀顆粒； 如圖2B所示，DLS測定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測定表明，PAAMN在7.00～8.77 ppm處有明顯的芳環氫相關信號，且在2.5～3.0 ppm處有哌嗪環上亞甲基的相關信號（圖4）。由于PAA在300 nm以上無明顯的吸收峰，其結構中不存在芳環，而納米粒子中未與PAA鍵合的熒光團已通過透析除去，因此上述結果證明萘酰亞胺熒光團已經被固定于PAAMN中。經計算，熒光團的摩爾取代度為4.1%，說明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，為其進一步功能化提供了條件。
3.2 熒光性質
由AMN和PAAMN的熒光激發和發射光譜（圖5）可見，PAAMN具有與AMN類似的特征熒光光譜，它們的最大激發和發射波長均分別為390和534 nm，說明PAAMN的熒光是由萘酰亞胺熒光團產生，且與PAA鏈鍵合對熒光團的熒光波長無明顯影響。水溶液中PAAMN和AMN的量子產率測定結果分別是0.14和0.08，說明形成納米粒子增強了萘酰亞胺熒光團的熒光。在設定的測試條件下，2.5 h內測定PAAMN的熒光強度變化在7%以內（圖6），說明其有較好的光穩定性。
金屬離子對PAAMN熒光強度影響的實驗結果表明，在生理pH條件下，1.0106 mol/L的Mg2+，Hg2+，Ni2+，Mn2+，Al3+，Zn2+，Ba2+，Ag+和Cd2+對PAAMN的熒光沒有明顯影響ex=390 nm； em=534 nm.
由于許多4氨基萘酰亞胺衍生物對pH敏感[27，28]，因此本研究進一步考察了pH值對PAAMN熒光性質的影響。 結果表明，在pH 4.0～10.0范圍內，PAAMN的最大激發和發射波長不隨pH值變化而變化，但熒光強度隨著pH值增大而逐漸減小。如圖7所示，PAAMN的這種pH調控熒光分子開關功能與AMN類似，但熒光強度變化趨勢及范圍要小于AMN。造成上述現象的原因可能是[28，29]： 堿性條件下，萘酰亞胺類化合物哌嗪基團中的烷基胺作為電子給體，向萘酰亞胺進行光致電子轉移（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生質子化，抑制了PET過程，因此熒光強度增強； 與AMN相比，PAAMN中有較多的羧基，對哌嗪上氮原子的質子化具有一定的緩沖作用，因此其熒光強度隨pH值變化相對較小。
3.3 細胞相容性
用于生物樣品的納米材料應具有良好的生物相容性。細胞毒性試驗是體外評價納米材料生物相容性的常用方法，具有經濟、快速、操作方便等優勢。本實驗采用MTT法考察了PAAMN濃度（0.001～0.25 mg/mL）對HeLa細胞增殖的影響，并根據美國藥典中RGR與細胞毒性分級的關系（RGR≥100%為0級； 80%～99%為Ⅰ級； 50%～79%為Ⅱ級； 30%～49%為Ⅲ級； 0～29%，Ⅳ級）對其毒性進行評級。從圖8可見，在測定的濃度范圍內，當PAAMN濃度低于0.1 mg/mL時，細胞的RGR均大于90%； 隨著PAAMN濃度增加，RGR略有下降，但都大于80%。各測試濃度PAAMN對HeLa細胞的毒性反應分級均為Ⅰ級，說明PAAMN具有良好的細胞相容性。
3.4 熒光成像
PAAMN溶液的熒光顯微成像如圖9A所示，在390 nm激發光下，PAAMN能發射綠色的熒光。由于PAAMN具有好的細胞相容性，且在生理條件下具有較強的熒光，因此進一步考察了其用于細胞成像的可行性。
HeLa細胞在含0.01 mg/mL PAAMN的培養基中孵育，然后洗去多余的納米粒子，將細胞固定， 在390 nm激發光下觀察成像效果，結果如圖9B所示，染色后的細胞仍具有較好的形態， 發出綠色熒光，表明PAAMN在細胞成像方面具有應用潛力。
4 結 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， 進行萘酰亞胺衍生物接枝改性，并將生成產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，熒光團以共價鍵的方式固定于其中，不易泄漏， 其在生理條件下具有較強的熒光＼，較長的熒光發射波長（>500 nm）＼，大的Stocks位移（144 nm）以及良好的光穩定性和細胞相容性。熒光顯微成像表明，合成的熒光納米粒子能進入細胞，且在390 nm激發光下發射綠色熒光，可用于細胞熒光成像。由于具有大量可用于修飾的羧基，對其進行結構修飾還有望制成高靈敏度和選擇性的熒光探針，在樣品檢測及生物成像研究中有應用潛力。
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說到照明，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的Paolo diTrapani開發的這項新技術，卻在提供“人工白晝”般的照明技術方面迎來了一個新的突破。其原型采用了LED面板，并通過透明塑料面板進行發散。而該技術的主要突破，就是這些肉眼不可見、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，就是散色光線——這一原理與太陽光通過地球的大氣層很像。有些人或許會覺得這么做“多此一舉”，但是因為該過程模擬了物理學上的Reylight散射，所以會讓光線顯得更加“真實”。
事實上，“自然光級別的品質”，有助于緩解輕度抑郁和減少壓力。而問題是，我們并不是總能接觸到它。
因此，在新技術普及后，人們就可以在自家簾子后面“畫出”一幅明媚的春光，而無視屋外是否刮風下雨。
當然，技術的普及總有個過程。雖然當前并沒有相關的產品出售，不過di Trapani和他的團隊已經計劃通過一家名叫CoeLux的公司，在未來幾年進行銷售。
【關鍵詞】 脂質體納米粒; 藥物載體; 自組裝; 表征; 應用
脂質體納米粒 (Liposparticle)是一定濃度的脂質囊泡和納米粒分散在水溶液中自組裝形成的具有脂質外殼和納米粒核心的新型組裝體 (圖1)，近來，在生物科技和藥物、抗原、基因傳遞系統領域引起人們極大興趣[1]。脂質體納米粒具有以下特征[2]:①在溫和的條件下自發形成;②粒徑可控且結構穩定;③表面可以修飾;④載藥量高，貯存時間長，給藥前通過水化即可，防止藥物的降解和損失;⑤包封的藥物可以持續釋放。脂質體納米粒這種結構結合了納米粒和脂質體的優點[3]，納米粒核心可作為支撐骨架，賦予脂質層機械穩定性、可控的形態學、狹窄的粒徑分布和最終材料的純化。結合生物可降解的材料，粒子還可用于體內作為生物活性化合物的載體。而外周的脂質膜具有生物相容性，生物膜的擬生態行為(黏附，融合……)，在膜內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的云芝多糖陽離子納米粒(60 nm)外面包裹磷脂和膽固醇的混合物的系統，可用于疫苗和藥物傳遞[5]。Rapuano等[6]對不同的支持物上的雙分子層進行了研究，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、膠體穩定性和生物分子識別等幾個方面研究了脂質包裹的納米粒。近年來，國外對脂質體納米粒及其載藥制劑的研究越來越多，脂質體納米粒自組裝成的這種獨特核殼結構也正成為制劑載藥系統研究的熱點之一，但國內研究報道較少。因此，本文通過查閱國內外相關文獻，對脂質體納米粒載藥系統的最新研究進展進行綜述。
1 脂質體納米粒的構成材料及結構形式
脂質體是一種眾所周知的制劑，已有廣泛應用。當磷脂分散在水中時形成多層囊泡，并且每一層均為脂質雙分子層。目前，脂質材料有中性脂質二棕櫚酰膽堿(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);負電荷脂質有磷脂酸(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]。脂質體納米粒的核心為不同粒徑和性質的球形固體支持物。目前報道中，使用最多的無機物是二氧化硅粒子[8]。而在有機聚合物支持物的選擇中，聚苯乙烯粒子使用得最多，是因為通過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境下可完全降解的多糖核心，如糊精麥芽糖復合劑[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]。
脂質體納米粒的形成是基于納米粒與脂質膜之間的相互作用。將脂質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生融合作用，在納米粒子的周圍重組成連續的雙分子層。Gilbert等[13]最先發明了“脂質呈遞系統”，它將脂質吸附在所謂的玻璃微球表面上(直徑≈1.6 μm)。為了檢測脂質確實包裹著微球，在磷脂組成中摻入熒光探針[14]，通過熒光顯微鏡觀察到粒子周圍有均勻的熒光殼，表明脂質沉積在粒子表面，并且形成的脂質膜連續均勻。另外Bershteyn等[15]研究發現，包封納米粒所用的脂質的量和組成不同也會導致最終的脂質體納米粒系統外層形成多種脂質結構，如殼狀、洋蔥狀或花瓣樣。當脂質中摻入聚乙二醇化的脂質時，可以觀察到花瓣狀的脂質雙分子層從聚合物核心向外延展[11](圖2)，而不同結構粒子的細胞攝取率也相差很大。
a，b:二油酰磷脂膽堿(dioleoylphosphocholine， DOPC)脂質包裹的粒子時呈現“洋蔥”狀形態，多層脂質呈圓環狀堆疊在粒子核心周圍;c，d:當DOPC脂質摻入10%摩爾的聚乙二醇磷脂時，形成脂質“花朵”，“花瓣”從聚合物核心向外延展
圖2 脂質的量和組成不同形成不同結構
2 脂質體納米粒的制備
2.1 脂質體納米粒的制備方法
脂質體納米粒的制備，可以通過兩種方法實現。第一種方法是直接將旋干的脂質膜與分散的納米粒溶液水合(圖3a)，但這種方法費時[16]，即使用相對合適的參數控制制備過程，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，直接用旋干的脂質膜和用水合法形成的囊泡制備的脂質體納米粒結果最差，而用擠出法制備的囊泡來制備的脂質體納米粒最好。囊泡的粒徑和粒度分布越小，越具有可控性和重復性。大的多層囊泡與小的單層囊泡相比，脂質在納米粒表面的重組更加困難。
2.2 脂質體納米粒制備的影響因素
2.2.1 連續相理化性質的影響 連續相的選擇對脂質體納米粒的制備至關重要。為了考察連續相對脂質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、離子強度和緩沖液pH值對不同電荷的囊泡與聚苯乙烯粒子構成脂質體納米粒粒徑的影響。結果表明，離子強度和pH值相同的不同種類的緩沖液對組裝過程沒有顯著差異，說明脂質體納米粒組裝過程不受離子種類的影響。pH值的變化對脂質體納米粒的組裝過程也沒有影響，因為DPPC在強酸至強堿范圍內均為兩性脂質，而DPTAP脂質的季銨基團使其對pH值變化不敏感。不同離子強度對陽離子和兩性脂質囊泡的組裝過程影響差異較大，對于陽離子脂質，高離子強度下制備使其電荷被屏蔽，容易聚集;而在低離子強度下制備好的脂質體納米粒即使再置于高離子強度下也不發生聚集。這個現象說明囊泡和粒子之間的相互作用比制備好的脂質體納米粒更容易受離子強度的影響。對于兩性脂質，由于脂質體納米粒的組裝主要不是通過靜電相互作用，因此離子強度的作用不突出。
2.2.2 脂質成分電荷的影響 脂質體納米粒組裝過程中，陽離子脂質成分百分比較低時粒徑增大。Makino等[18]解釋，DPPC頭基可能顯露了其陰離子部分而伸向外側，由于DPPC/DPTAP的靜電相互作用導致粒子聚集。隨著DPTAP百分比的增加，靜電斥力占優勢，從而使組裝體的粒徑減小。在100%陽離子脂質成分的組裝體中，多分散性很小，這表明脂質體納米粒均為單個粒子，其粒徑接近于空白粒子包裹著單個脂質雙分子層。在100%兩性脂質構成的脂質體納米粒中，也未發生聚集，粒徑和粒度分布都接近空白粒子，因為DPPC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 影響脂質體納米粒制備的另一個因素是最初的混合物中脂質囊泡與粒子的表面積比值，AV/AP(AV和AP分別是脂質囊泡和粒子的總表面積)，這個概念由CarmonaRibeiro等[19]最先提出。對于0 %，75 %，和100 %的DPTAP脂質組成，脂質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，脂質體納米粒的粒徑逐漸減小。對于這部分比例的DPTAP，囊泡在AV/AP高時發揮靜電穩定劑作用，而在AV/AP低時發揮促凝劑作用。AV/AP較低時發生聚集基于兩種假設[3]:①在陽離子囊泡和陰離子粒子之間形成橋梁(局部“過剩”);②由于AV/AP較低，粒子沒有完全被包裹，粒子的陰離子區域顯露。而對于0% DPTAP，在所有范圍的AV/AP比值中均不發生聚集。這也可用兩種假想來解釋:①陰離子粒子和略微負電荷的囊泡中沒有形成橋;②在DPPC不完全覆蓋的陰離子粒子間沒有發生靜電吸引。
3 脂質體納米粒的表征
脂質體納米粒組裝體具有核殼結構，這種組裝體可通過多種方法，從粒徑、表面電荷、化學組成和形態等多個方面進行表征。
3.1 粒徑和Zeta電位測量
粒徑測定和Zeta電位測量可以說明脂質的有效吸附[20]。納米粒表面被脂質膜包裹以后直觀表現在粒徑的略微增大。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改變足以證明了聚苯乙烯納米粒表面負電荷被陽離子脂質屏蔽。
3.2 X射線光電子光譜法(XPS)
XPS技術提供了一種新方法來表征包裹的脂質[3]。將DPPC脂質構成的脂質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，從而證實粒子被脂質層所包裹。
3.3 顯微鏡技術
通過顯微鏡技術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，若粒子的熒光信號與脂質信號重合說明粒子與脂質處于同一位置，粒子的熒光信號被脂質熒光信號覆蓋進一步驗證粒子被脂質所包裹。
3.4 超薄切片透射電子顯微術(TEM)
將樣品包埋于樹脂中，可避免以往干燥過程中導致的目標物重排。包埋樣品的切片通過TEM重點對粒子和染色脂質的電子云密度進行比較。將事先染色、包埋于樹脂中的空白聚苯乙烯粒子和脂質體納米粒進行超薄切片觀察，與空白粒子相比，脂質體納米粒影像顯示粒子被一圈均一而深色的殼所包圍，表明脂質層包裹著納米粒。
3.5 差示掃描量熱分析(DSC)
對包裹有兩性脂質和陽離子脂質的納米粒分別進行差示掃描量熱分析。DSC結果顯示都只出現了一個躍遷峰，這表明脂質形成了一個有序相，而不是以單分子吸附在支持物上而出現，這從一定程度上說明脂質包裹均一。
3.6 凍結蝕刻電子顯微鏡
這一技術允許在水合狀態下觀察樣品，避免了傳統方法造成的假象(樣品干燥過程中結構變形)[21]。二氧化硅納米粒的cryoTEM圖像顯示，由于粒子的微孔性出現了電子致密核。加入囊泡以后，脂質殼呈現出一個持續而均勻的雙分子層，準確地出現在粒子輪廓上。
4 脂質體納米粒作為藥物載體的應用
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，激活TNF受體從而誘導細胞凋亡。但是由于潛在的全身毒性，體內應用受到阻礙。Messerschmidt等[22]將TNF納米粒作為模型系統，在其外面包裹一層脂質膜，這樣可以將TNF的活性暫時屏蔽，形成內部為單鏈TNF官能化的納米粒;外層的脂質膜PEG化賦予其立體穩定性，并用單鏈抗體可變區基因片段(scFc)修飾，用于靶向有FAP(一種抗癌基因)標記的腫瘤間質。脂質包裹以后明顯降低對FAP陰性細胞的細胞毒性，而對FAP陽性細胞的細胞毒性增加。通過脂質體包封，納米粒裝載生物活性分子，可以靶向特異性細胞。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 聯合用藥
腫瘤的多藥耐藥性需要細胞毒藥物與化學敏感劑共同給藥，而脂質體納米粒系統可以同時包封多種藥物。為了優化這種結合給藥的效果，Wong等[23]將GG918特異的P糖蛋白抑制劑和多柔比星細胞毒藥物這兩種藥物體外對耐藥株乳腺癌細胞分別以溶液和脂質體納米粒形式給藥。結果表明，以脂質體納米粒形式給藥的治療效果最顯著，它能顯著提高細胞對多柔比星的攝取與滯留時間。與溶液組相比，脂質體納米粒組對腫瘤細胞的抑制作用增加了8倍。脂質體納米粒系統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
脂質體納米粒系統由于其有很好的生物相容性和體內穩定性，可以用作質粒 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)脂質包裹的金納米粒對哺乳動物細胞轉染的介導作用。研究表明，DODAB脂質雙分子層包裹金納米粒以后，可以有效地將DNA質粒成功轉染到HEK 293細胞中去。DODAB脂質包裹的金納米粒的轉染效率是DODAB脂質的5倍。脂質體納米粒的出現為構造金納米粒作為基因載體和納米材料用于轉染提供了一種新途徑。
4.4 作為眼科藥物載體
Diebold等[11]對脂質體殼聚糖納米粒組裝體(liposomechitosan nanoparticle complexes， LCSNP)作為眼科藥物載體進行了研究。結果表明，LCSNP首先滯留在黏液層，然后不同程度地進入結膜細胞，并且其在體外未表現出細胞毒性，體內耐受性較好。總之，通過進一步研究，將來LCSNP可通過眼睛黏膜用于藥物傳送。
5 結語與展望
脂質體納米粒系統作為給藥載體具有突出的優勢，它將脂質體與納米粒的優點結合起來，具有很高的藥物包封率、可調節的持續釋放行為和良好的血清穩定性，可用于多種細胞和組織靶向。脂質體納米粒組裝體的核殼結構，使其內核可以作為疏水性藥物的容器，外殼可對藥物起保護作用，并且達到緩釋作用。同時通過對脂質體納米粒的表面修飾可以達到靶向作用。脂質體納米粒這種非病毒載體沒有免疫原性，不會引起細胞的免疫反應，將其包裹以后，可以保護基因類藥物免受酶的降解到達細胞內，有望作為生物藥物載體。相信隨著研究的不斷深入，脂質體納米粒系統必將成為人類征服疾病的又一有力工具。
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文獻標識碼：A
文章編號：1672-979X(2010)09-0357-04
納米給藥系統是指粒子直徑在10～1000nm之間的給藥系統，具有提高藥物穩定性、藥物緩釋和控釋的作用，其表面可以多種修飾。按形態劃分為納米囊、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物理結合并均勻分散在基質中；納米粒子是固體的膠態粒子，由藥物和大分子物質組成。納米藥物學的研究重點是粒徑在200hm以下的粒子。
納米給藥系統具有靶向作用。靶向給藥分主動靶向或被動靶向。主動靶向是藥物連接到載體系統后運送到組織或特異細胞；被動靶向是將藥物包埋到大分子或者納米粒子中被動地到達靶器官，比如通過腫瘤組織透過性增強及滯留效應(ERP效應)被動到達腫瘤組織。納米粒子也可通過導管灌注方式到達靶器官或組織。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。
納米粒子能通過幾種生物屏障。如應用納米給藥系統有希望使一些抗腫瘤、抗病毒藥和其他藥物通過血腦屏障。已有納米粒子在高滲甘露醇作用下透過血腦屏障的報道，一些難治性疾病如腦瘤藥物也可起到緩釋作用。
1納米給藥系統在腫瘤中的應用
腫瘤治療中，給藥系統對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，使用疏水性黏多糖包埋和運載藥物、治療用蛋白或疫苗抗原。一種新型系統使用膽甾醇基一普魯蘭糖顯示了很大的優勢，4個膽甾醇分子聚集形成1個自凝聚疏水核心，普魯蘭糖在外層，形成混合絡合物，可穩定地包埋蛋白質。這些納米粒子可以激活免疫系統，容易被樹突細胞吞噬。更大一些的凝膠粒子可以包埋和釋放單克隆抗體。
姜黃素是調味品姜黃中的一種物質，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，在胰腺癌細胞中可完全顯示游離姜黃素的活性，包括誘導凋亡，阻斷核轉錄因子xB(NF-tcB)活性，前炎癥因子表達減少，擴大了臨床應用領域。
1.2膠束和脂質體
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載水難溶性藥物。喜樹堿是治療腫瘤的拓撲異構酶抑制劑，因其難溶性、不穩定性及毒性限制了臨床應用。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，因為其粒徑只有14 run，可以從腫瘤和炎癥組織遺漏的脈管系統滲出。這種被動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定的聚乙二醇冠，可以減小細胞的吞噬作用從而延長血漿半衰期。近年SPl049C、NK911和Genexol-PM已被批準用于臨床。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，延長半衰期，在腫瘤部位選擇性聚集，降低毒性等獨特的優點。但這項技術目前缺乏腫瘤特異性和藥物的控釋能力。
超級磁粒子可與磁共振成像系統結合給腫瘤定位然后使用集中有效的治療方案，這項技術現已用于臨床，例如，為腦部的主要惡性腫瘤成膠質細胞瘤定位。治療成膠質細胞瘤的主要難點是藥物不易穿過血腦屏障，最近發現納米級的脂質體氧化鐵制劑可提高血腦屏障的透過率。
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，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送入腫瘤細胞。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題。
1.4納米系統
新型的納米系統可通過粒子中包埋的分子傳感器提前進行“程序化”設計，在運載藥物的過程中改變其結構和特性，使得被運載的藥物實現更有效的胞內和胞外給藥。傳感器可以對pH值、氧化還原電勢或酶的變化等物理或生物刺激做出反應。腫瘤靶向包括全身被動靶向和主動受體靶向。物理壓力，例如電場或磁場、超聲波、熱、光可以聚焦并觸發納米系統的動作。程序化的納米系統運載的生物藥物還包括質粒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子驅動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，結果正常前列腺顯著減小，50％的細胞凋亡。而單次注射C32／DT-A納米粒子使80％前列腺腫瘤細胞凋亡。現期望注射多種納米粒子會使更大比例的前列腺腫瘤細胞凋亡。這些結果，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。
多藥耐藥性腫瘤細胞是由多種分子機制形成的。葡萄糖神經酰胺合成酶激活前細胞凋亡介質神經酰胺，變成無功能分子葡萄糖基神經酰胺。這種物質在多種多藥耐藥腫瘤中過度表達，并且化療藥物存在下細胞存活。研究表明“”，在人卵巢腫瘤細胞系中，使用改性的聚氨基己酸.羧基乙酸內酯納米粒子作為運載工具，神經酰胺和紫杉醇聯合用藥以重建凋亡信號傳導，可使多藥耐藥性細胞重新致敏達到紫杉醇對非耐藥細胞的ICso。分子活性分析證實這種方法的有效性是基于凋亡信號重建的假說，表明此治療策略有潛在的克服多藥耐藥性的臨床應用前景。
1.5納米細胞
粒徑400 nlxl的納米細胞可以克服化療藥物全身給藥的無選擇性分布和嚴重毒性，還可與不同電荷、親脂性和溶解性藥物組裝。納米細胞通過抗體與腫瘤細胞膜上的受體雙重特異性地起到靶向作用，使腫瘤細胞胞吞，在胞內降解和釋放。減少劑量是限制全身毒性的重要因素，納米細胞的有效劑量小于全身用藥劑量的1／1000。納米細胞在小鼠異種皮膚移植和狗淋巴瘤實驗中，盡管給藥劑量和抗體數量都很低，但明顯地抑制了腫瘤。現已有臨床試驗驗證這種給藥系統。
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集中于包埋藥物，但包埋很難控制藥物與樹狀大分子結合后的釋放。最近出現一種新型的線性聚合物樹狀大分子，在每個重復單元具有樹突。它們在體內的行為與線性聚合物不同，具有更長的血漿半衰期。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，通過設計粒子的大小和分子結構，提高了血漿半衰期。多
柔比星.樹狀大分子通過多重粘附位點控制載藥量，聚乙二醇修飾控制水溶性，通過pH敏感的腙樹狀大分子連接控制藥物釋放。在培養的腫瘤細胞中，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明顯限制其靶向性，這些化學鍵會損壞抗體的活性。現已證實有些納米粒子可以克服這個缺點。研究人員通過共價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合物納米粒子由腫瘤靶向抗體和富勒烯組成，可以運載數種抗腫瘤藥物。抗體上的結合位點是疏水性的，會大量吸引疏水的富勒烯，可運載多達40個富勒烯到一個單層腫瘤抗體ZME－108上，可用來運送藥物直接進入黑色素瘤細胞。在此過程中不需共價鍵，所以增加的有效負載不會改變抗體的靶向活性。與其他靶向治療方案相比，其真正的優點是可以運載多種藥物，例如紫杉醇加上其他化療藥物，可有效地避免產生耐藥性。作為富勒烯免疫療法的起步，第一個富勒烯免疫復合物已經制備和表征。
1.8聚合物囊泡
聚合物囊泡是一種空殼的納米粒子，具有獨特的能運送不同藥物的特性，其對藥物的攜帶、運輸和細胞質攝取是利用了嵌段共聚體載體的厚膜，以及其內腔和由pH觸發的藥物胞內釋放。聚合物囊泡在腫瘤細胞內涵體的酸性環境中降解達到藥物靶向釋放。細胞膜和脂質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。單個囊泡的體積遠大于單個的磷脂分子，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會自動組裝。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應用效果更好，但是以前沒有一種有效的載體可同時運送兩種藥物。因此，這種方案具有很好的前景。
1.9量子點
Tada等將單粒子的量子點連接到腫瘤靶向的抗人體表皮生長因子受體2單抗上，用高速共聚焦顯微鏡為腫瘤定位。注射量子點一單抗結合物后，從注射部位運送到腫瘤部位有6個單獨步驟。這些通過血液運送的結合物外滲進入腫瘤，與細胞膜上的HER2受體結合，進入腫瘤細胞并遷移到圍核區域。影像分析為單抗結合物治療性納米粒子的體內運送過程提供了有價值的信息，有助于提高治療腫瘤的療效。但是量子點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。等離子體在經過真空蒸發、加熱、高頻感應等方法使原料氣化制取，最后驟冷。該方法具有下特點：晶體組織好，可控粒度大小，純度高，技術設備的水平較高。
機械磨球法。該方法是指納米粒子由一定控制條件下的純元素，合金或復合材料制成。主要特點為：操作簡單，成本低，顆粒分布不均勻，純度偏低等。
物理粉碎法。通過機械粉碎、電火花爆炸等工藝來獲取納米粒子。其特點為：過程比較簡單，成本低，顆粒分布的不均勻，同時純度也低。
2、化學法
氣相沉積法。通過金屬化合物蒸氣的化學反應制成納米材料。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，再經過分離、熱處理來得到納米粒子。具有分散性好、純度高、粒度易控制等優勢。
沉淀法。在鹽溶液中加入沉淀劑，反應后再將沉淀進行熱處理，從而得到納米材料。簡單易行，顆粒半徑大，純度低是其表現出來的特點，比較適合制備氧化物。
溶膠凝膠法。經過溶液、溶膠、凝膠，金屬化合物會固化，由低溫熱處理后即可合成納米粒子。表現的明顯特點為：反應物種多，易控制過程，顆粒均勻，適合制備氧化物和Ⅱ～Ⅵ族化合物。
二、化學反應和催化劑方面的應用
對于化學工業及其相關工業，尤其是化學反應對其起著關鍵性作用的產業，它們在改進催化劑性能方面經常會采用納米技術。因納米粒子表面活性中心較多，粒徑變小，表面積增大，所以會增強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效率，同時有效控制反應速度，使原本不能進行的反應也能進行。此外，納米粒子催化劑的優異性能還取決于它的容積高于表面率，負載催化劑的基質也影響著催化效率。由納米粒子合成的催化劑要比普通催化劑的反應速度提高10～15倍，如將Si02納米粒子作催化劑的基質，可以提高催化劑性能10倍。一般在能源工業中，采用了納米催化劑，不僅能生產非常清潔的柴油，還能大幅的降低工藝成本，獲得經濟效益。
三、過濾和分離方面的應用
在化學工業中，納米過濾技術被廣泛應用于水、空氣的純化以及其它工業過程中，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的吸附性能，所以在治理污染方面也得到了應用。而在膜生物方面，也有較強的過濾分離功能。在過濾工業中，使用膜生物反應器，它具備出水水質良好、管理方便、結構裝置簡單、水力停留時間和泥齡完全分離、消耗能量底、剩余污泥量少等特征。但是，對于膜生物污染來說，該反應器難以得到推廣，所以還要積極探究新的方法：向一體式膜生物反應器中投加納米材料從而改變料液性質，這樣就可以達到提高膜生物反應器對污染物的去除效率及預防膜污染的目的，同時對電鏡分析中空纖維膜的表觀結構的實際變化情況進行掃描，用紅外光譜來分析活性污泥性質的變化，也能從根本上起動改善污泥的活性的作用。
四、其他精細化工方面的應用
納米材料在精細化工中可以充分發揮出自身的優越性。例如：納米材料在涂料、橡膠、塑料等精細化工范疇內都起到了重要作用。
納米粒子在涂料行業起著很大的作用，以納米粒子為基礎的涂料具有耐磨耗、強度、透明及導電的作用。而將表面涂層技術與納米技術結合在一起也成為了本世紀關注的一個熱點，極大地改善了涂層材料結構和功能性質。結構涂層指的是涂層提高基體的某些性質和改性，主演有以下幾個特點：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，從而獲得傳統涂層沒有的一些功能。具有幾方面特點：光反射、消光、光選擇吸收等光學涂層。半導體、絕緣、導電功能的電學涂層。在涂層材料中應用納米材料，可以提高其防護能力，耐侵害、防紫外線照射，對生活中的衛生用品起到殺菌保潔作用。
如果在橡膠中將納米SiO2加入進去，會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度，也能提高防水性和致密性。
此外，納米材料在有機玻璃制造、纖維改性方面也都有很好的利用。加入納米SiO2，能夠使有機玻璃抗紫外線輻射，減少熱傳遞效果，從而達到抗老化的目的。添加納米Al2O3，還有利于玻璃的高溫沖擊韌性的提高。
五、在醫藥方面的應用
從當代健康科學發展來看，對提高藥效、控制藥物釋放、減少副作用、發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入人體后主動搜索、攻擊癌細胞或修補損傷組織；納米技術應用于新型診斷儀器，只需檢測少量血液，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“定向導彈”。該技術是蛋白質表面被磁性納米微粒包覆而攜帶藥物，注射到血液中，通過磁場制導，運送至病變部位釋放藥物。給藥系統為納粒和微粒，而其合成材料具有穩定、無毒、與藥物不發生化學反應的特性。納米系統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。
［關鍵詞］高聚物納米復合材料
一、 納米材料的特性
當材料的尺寸進入納米級，材料便會出現以下奇異的物理性能：
1、尺寸效應
當超細微粒的尺寸與光波波長、德布羅意波長以及超導態的相干長度或投射深度等物理特征尺寸相當或更小時，晶體的邊界條件將被破壞，非晶態納米微粒的顆粒表面附近原子密度減小，導致聲、光電、磁、熱、力學等特性呈現出新的小尺寸效應。如當顆粒的粒徑降到納米級時，材料的磁性就會發生很大變化，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性能，甚至還可以賦予其新性能。
2、表面效應
一般隨著微粒尺寸的減小，微粒中表面原子與原子總數之比將會增加，表面積也將會增大，從而引起材料性能的變化，這就是納米粒子的表面效應。
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合。若將納米粒子添加到高聚物中，這些具有不飽和性質的表面原子就很容易同高聚物分子鏈段發生物理化學作用。
3、量子隧道效應
微觀粒子貫穿勢壘的能力稱為隧道效應。納米粒子的磁化強度等也具有隧道效應，它們可以穿越宏觀系統的勢壘而產生變化，這稱為納米粒子的宏觀量子隧道效應。它的研究對基礎研究及實際應用，如導電、導磁高聚物、微波吸收高聚物等，都具有重要意義。
二、高聚物/納米復合材料的技術進展
對于高聚物/納米復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/納米復合材料分為以下幾類：
1、高聚物/粘土納米復合材料
由于層狀無機物在一定驅動力作用下能碎裂成納米尺寸的結構微區，其片層間距一般為納米級，它不僅可讓聚合物嵌入夾層，形成“嵌入納米復合材料”，還可使片層均勻分散于聚合物中形成“層離納米復合材料”。其中粘土易與有機陽離子發生交換反應，具有的親油性甚至可引入與聚合物發生反應的官能團來提高其粘結。其制備的技術有插層法和剝離法，插層法是預先對粘土片層間進行插層處理后，制成“嵌入納米復合材料”，而剝離法則是采用一些手段對粘土片層直接進行剝離，形成“層離納米復合材料”。
2、高聚物/剛性納米粒子復合材料
用剛性納米粒子對力學性能有一定脆性的聚合物增韌是改善其力學性能的另一種可行性方法。隨著無機粒子微細化技術和粒子表面處理技術的 發展 ，特別是近年來納米級無機粒子的出現，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使韌性、強度得到提高，而且其性價比也將是不能比擬的。
3、高聚物/碳納米管復合材料
碳納米管于1991年由s.iijima 發現，其直徑比碳纖維小數千倍，其主要用途之一是作為聚合物復合材料的增強材料。
碳納米管的力學性能相當突出。現已測出碳納米管的強度實驗值為30－50gpa。盡管碳納米管的強度高，脆性卻不象碳纖維那樣高。碳纖維在約1%變形時就會斷裂，而碳納米管要到約18%變形時才斷裂。碳納米管的層間剪切強度高達500mpa，比傳統碳纖維增強環氧樹脂復合材料高一個數量級。
在電性能方面，碳納米管作聚合物的填料具有獨特的優勢。加入少量碳納米管即可大幅度提高材料的導電性。與以往為提高導電性而向樹脂中加入的碳黑相比，碳納米管有高的長徑比，因此其體積含量可比球狀碳黑減少很多。同時，由于納米管的本身長度極短而且柔曲性好，填入聚合物基體時不會斷裂，因而能保持其高長徑比。愛爾蘭都柏林trinity學院進行的研究表明，在塑料中含2%－3%的多壁碳納米管使電導率提高了14個數量級，從10-12s/m提高到了102s/m。
三、前景與展望
在高聚物/納米復合材料的研究中存在的主要問題是：高聚物與納米材料的分散缺乏專業設備，用傳統的設備往往不能使納米粒子很好的分散，同時高聚物表面處理還不夠理想。我國納米材料研究起步雖晚但 發展 很快，對于有些方面的研究工作與國外相比還處于較先進水平。如：漆宗能等對聚合物基粘土納米復合材料的研究；黃銳等利用剛性粒子對聚合物改性的研究都在學術界很有影響；另外，四川大學高分子 科學 與工程國家重點實驗室發明的磨盤法、超聲波法制備聚合物基納米復合材料也是一種很有前景的手段。盡管如此，在總體水平上我國與先進國家相比尚有一定差距。但無可否認，納米材料由于獨特的性能，使其在增強聚合物應用中有著廣泛的前景，納米材料的應用對開發研究高性能聚合物復合材料有重大意義。特別是隨著廉價納米材料不斷開發應用，粒子表面處理技術的不斷進步，納米材料增強、增韌聚合物機理的研究不斷完善，納米材料改性的聚合物將逐步向 工業 化方向發展，其應用前景會更加誘人。
參考 文獻 ：
［1］ 李見主編.新型材料導論.北京：冶金工業出版社，1987.
【摘要】：隨著基因藥物、藥用輔料、新裝置和新的給藥技術的發展，脂質體、微球、微囊、納米球、抗體等作為局部或全身性藥物的載體進行肺部給藥日益受到重視。
【關鍵詞】：脂質體、微球、微囊、納米球、抗體
1脂質體脂質體是磷脂質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胞。脂質體由于對各種化合物的高負荷能力而作為潛在的藥物或基因的載體具有多個方面優點被廣泛用于肺部給藥，包括增溶，緩釋，細胞及細胞內定位，減低毒性和促進吸收。[1-5]一些研究結果表明脂質體應用于肺部給藥是安全的、有效的，Juliano and Mc Cullough [6]研究包裹在脂質體內的阿糖胞苷，其半衰期是原來的12倍，景恒翠等人[7]制備的穿心蓮內酯脂質體在肺部有良好的靶向性。影響脂質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，通常不帶電的中性脂質體比攜帶正、負電荷的脂質體容易分布在肺內，然而中性脂質體具有非零的Z -電位的離子強度，吸收陰離子或陽離子，導致輕微的負或正的Z -電位[9]。宋金春等人[8]研究的肺靶向羥基喜樹堿陽離子脂質體的制備也為肺部腫瘤化療提供了一個良好的制劑方案。脂質體在感染治療中的應用，治療肺部感染所造成的各種病原體是一項艱巨的任務，這是因為藥物溶解度（大多數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（針對特定領域的肺癌）問題，利用脂質體作為藥物載體的克服這些問題。若干項研究進行了測試的安全性和有效性利用脂質體作為藥物緩釋劑或藥物載體[10]。Chimote and Banerjee 研究制備抗結核藥利福平，異煙肼和乙胺丁醇的脂質體。肺癌是常見的原發性和轉移性惡性疾病。主要是由于診斷晚，肺腫瘤治療方法一般是減少手術。全身化療，吸入治療肺惡性腫瘤已在最近幾年的開展研究。巨噬細胞靶向藥物和治療肺動脈高壓的肺脂質體靶向藥物也引起許多專家的研究。在過去的20年中，脂質體已被應用在肺部給藥。在這一領域的研究具有優勢，脂質體為載體，第一個和最重要的原因是他們的化學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，提供持續釋放能力，促進肺泡巨噬細胞，并避免局部刺激肺組織的優點。缺點是其形成穩定骨架的壽命和其霧化后的穩定性。
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，微球屬于基質型骨架微粒，可以包載一種或多種藥物，并具有靶向作用的特點。靜脈注射的微球，在體內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胞攝取；大于7μm-15μm時則被肺部的最小毛細血管床以機械濾過的方式截留。Makino等制備聚苯乙烯微球，研究影響巨噬細胞吞噬攝取能力的微球的大小和表面特性的因素，研究結果顯示聚苯乙烯微球比羧基微球更有效的被肺泡巨噬細胞吞噬和攝取。趙志娟、丁紅等人對肺靶向阿霉素微球的體外釋放度的測定方法的建立，為抗腫瘤治療提供了良好的研究基礎。微球作為載體應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，這些研究結果表明這些藥物的微球制劑在肺部擁有理想的濃度，能達到有效的靶向作用。同時還有大量的研究集中在肺部吸入藥和抗結核藥的微球制備。
3納米粒納米粒是在200-300nm范圍大小的固態膠體微粒。目前，納米給藥系統多應用于肺癌的治療，該類型的納米粒子在研究癌癥的治療應用包括聚合物納米微粒、膠束、蛋白質納米粒子、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不被血清蛋白粘附的穩定表面，特別時親水聚合物，可降低網狀內皮系統的清除。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胞的基因治療，但是多烷基聚合物的納米粒子對呼吸道上皮細胞有細胞毒性，它的的毒性主要依賴于烷基鏈的長度，短鏈比長鏈毒性大。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，帶有負電荷的納米氣溶膠比其他帶有正電荷的納米粒子低毒，因為它能表現出與細胞凋亡中產生的潛在負電荷的細胞膜減少的接觸。蛋白質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控制血糖也有顯著的優勢，可延長降糖作用達20-48h。蛋白質納米粒子還可以封裝降鈣素，能有效降低豚鼠血鈣濃度長達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]。還有研究結果證實順鉑微囊擁有顯著的抗肺部腫瘤次生長活性，比單獨應用順鉑毒性低。在抗結核藥物方面，直徑8 -- 15 μm的利福平微囊，經大鼠口服后65%的藥物肺部在肺部。
結論：
脂質體、微球、微囊、納米球、抗體等微載體給藥系統在肺靶向給藥起著重要作用，載體能向肺部提供持續的藥物，延長給藥時間，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。最近，生物活性分子例如載體表面結合的抗體提供了肺部靶向給藥的一個良好的平臺。然而，研究清楚的證明了受體在肺部高表達，還需要證實這樣的受體不僅在肺部，在肺的細支氣管和肺泡也有其靶向作用。我們應進一步研究長期應用的安全性，對每一個微載體的毒理學和毒代動力學的研究和這些藥物的臨床應用的研究。肺靶向給藥系統的載體研究前景廣闊。
參考文獻
【關鍵詞】 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、觸物留痕和認定個人的特點。所以對與案件有關的犯罪現場指紋進行勘驗、鑒別，查證遺留指紋的人，對確定某些案件事實，偵查破案、和審判提供材料和證據。人類的指紋一直作為鑒定個人和法醫檢驗調查的主要手段。
在犯罪現場，一般留有的都是潛在指紋。這類指紋通常是不可見的，需要通過某種形式的物理或化學方式處理，從而使它們顯現出來。但是當潛在指紋出現在具有特殊性質的表面時，比如彩色表面、涂蠟表面、附有血跡表面等等，或者指紋遺留時間過長時，顯現這些潛在指紋就具有一定的困難，這也是現今指紋技術發展所遇到的問題。
潛手印的顯現方法主要有三種：物理顯現法，化學顯現法和物化顯現法。其中物化顯現法對手印的增強顯現能力有限。化學顯現法有時運用的有色試劑會破壞物證的原始狀態，并且某些顯現試劑成本偏高，無法在實際工作中廣泛應用。所以在實踐中使用最廣泛的是物理顯現方法中的粉末顯現法，其原理是利用某些固體粉末與手印物質之間的物理吸附力和靜電吸附作用，使得潛在指紋顯現出來，此方法攜帶方便、操作簡單、適用范圍廣泛、見效快，已被技術人員普遍掌握和適用，但此方法又有它的局限性。
近年來隨著納米技術的發展，使得運用粉末顯現潛手印技術又得到了進一步的發展。納米粒子顯現手印的優勢在于其吸收波長和發射波長能夠根據顆粒大小的不同而變化，同時發光時間較長，這樣就使納米粒子非常適合時間分辨成像技術。運用納米技術方法顯現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合，利用納米粒子的光致發光現象，檢測結合手印物質后的納米粒子所發出的熒光，從而得到清晰的手印圖像。
2 納米材料應用于指紋顯現的研究
目前，在潛手印顯現研究領域，半導體納米材料以其獨特的發光性質，備受各國法庭科學家的關注，是研究最多的納米材料，其他類似的納米發光材料，如稀土納米材料，金、銀納米材料也受到手印研究人員的關注。
2.1 國外對納米材料顯現潛在指紋的研究
1989年，Saunders創立多金屬沉淀法，首次將金納米材料應用于潛指紋顯現[1]。2000年，美國德克薩斯技術大學的E.R.Menzel課題組首先開展了Cds納米復合材料光致發光法顯現潛手印的研究，開創了納米復合材料應用的新領域。但此方法顯現時間較長，所以不適合在現場顯現手印[2]。
2004年，英國桑德蘭大學的Frederick J Rowell課題組，合成了一種被疏水性物質包覆的二氧化硅（SiO2）納米粒子，用于油潛手印的顯現[3]。2009年Frederick J Rowell課題組用疏水納米二氧化硅粉末顯現潛在汗液手印，取得了較好的顯現效果，同時他們將這種方法用于檢測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結果。
2006年澳大利亞的Claude Roux課題組合成了金銀納米粒子，用此顯現滲透性客體表面潛手印。此方法操作簡便，應用方便，解決了納米粒子均勻性的問題[4]。
2.2 國內對納米材料顯現潛在指紋的研究
中國人民公安大學王鴻飛運用新型親油性納米二氧化硅粉末能夠有效顯現非滲透性客體表面的潛在油汗混合手印，通過與常用粉末比較發現，該粉末顯出的手印圖像三級細節特征明顯，表面無滯粉現象，圖像清晰在顯現手印方面具有一定的優勢[5]。
中國人民公安大學王永剛運用納米Fe3O4粉末和納米ZnO粉末可以清楚地顯現水果蔬菜表面的手印。納米Fe3O4粉末是顯現水果表面最適宜的試劑；納米ZnO粉末可以很好顯現西紅柿和蘋果表面的手印，但不能顯現土豆表面的手印[6]。
3 問題與展望
納米材料的吸收波長和發射波長能根據顆粒大小進行調節、發光時間較長且能與手印物質快速牢固結合等獨特的優勢，可以預見，二十一世紀，納米材料與納米技術與手印顯現技術的關系會越來越密切，將會成為世界各國法庭科學家的關注的焦點。而近年來有機熒光納米粒子引起了科學家的關注，由于有機分子的多樣性，并且有機熒光納米粒子制備簡單，價格低廉，發光效率高，更為適合公安機關的工作需求。
參考文獻
[1]Schnetz B， Margot P. Technical note： Latent fingermarks， colloidal gold and multimetal deposition（MMD）： Optimisation of the method[J]. Forensic Sci Int， 2001， 118（1）：21～28.
[2]E. R. Menzel， Photoluminescence detection of latent fingerprints with quanturn dots for time-resolved imaging[J]. Fingerprint Whorld， 2000， 26（101）： 119-123.
[3]University of Sunderland， Nanoparticles as Agents for imaging fingerprints， 2004， UK Patent no. GB0400235. 8.
[4]M. J. Choi， A. M. Mcdonagh， P. J. Maynard， R. Wuhrer， C. Lennard， C. Roux， Preparation and evaluation of metal nanopowders for the detection of fingermark on non-porrous surfaces[J]. J. Forensic Ident. 2006， 56： 756-758.
