兒時的記憶中，最讓我們印象深刻的神話人物莫過于齊天大圣，大家都羨慕他擁有一個可隨心隨意變化大小，并助他降妖除魔的如意金箍棒。今天小編要給大家介紹的材料與如意金箍棒有著異曲同工之妙，它就是金納米棒。
不同于金箍棒是由兩頭的兩個金箍，以及中間是的鐵棒組成，金納米棒是一種純金的納米粒子。長期以來，金納米粒子由于其電學、導電和光學特性而在許多領域得到了廣泛的研究，最近這些材料的用途已經從傳統的應用領域擴展到了包括生物醫學、診斷和催化在內的功能領域。在眾多金納米粒子中，金納米棒具有突出的光電特性、獨特的局域表面等離子共振 (LSPR) 效應以及生物兼容性好等優點，因而可被用于生物免疫檢測、光熱治療、暗場光學成像、藥物載體以及熒光增強等領域。
1. SPR光學研究
增強弱發射體的熒光對于將單分子熒光成像進一步擴展到許多未開發的系統具有重要意義。2014年，荷蘭萊頓大學Michel Orrit等人研究了金納米棒引起的熒光增強現象，并探討了表面等離子體共振(SPR)在增強熒光過程中的作用。
金納米棒廉價易得，研究發現，單根納米棒可使弱發射體—結晶紫的熒光增強1000倍以上，其中納米棒的SPR為629nm，激發波長為633 nm。這種強增強是由激發速率增強和有效發射強化共同作用的結果。然而，當SPR波長遠離激發波長或當SPR與熒光團發射光譜只有部分重疊時，熒光增強會急劇減弱。文所報道的11個不同SPR波長的金納米棒的熒光增強測量結果與數值模擬結果一致。
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/nn406434y
2. 腫瘤細胞檢測
光學相干層析成像(OCT)可與斑點抑制技術和高散射造影劑一起用于在細胞尺度上進行對活體組織的無創、增強對比度的成像。隨著散斑噪聲的降低和對比度的提高，OCT可以被用來對體內小至2 μm的對象進行示蹤。
近日，斯坦福大學Adam de la Zerda團隊將大尺寸金納米棒(LGNRs)作為對比劑，使用調整斑點的OCT(SM-OCT)技術對單個微米大小的聚苯乙烯微球和血液循環中的單個骨髓瘤細胞進行了檢測。這也是首次利用OCT去在體內檢測血液中的單個細胞，從而為活體腫瘤細胞的動態檢測和定量分析提供了新的策略和方法。
Dutta, R., Zerda, A.D.L. etal. Real-time detection of circulatingtumor cells in living animals usingfunctionalized large gold nanorods. Nano Letters,2019.
DOI:10.1021/acs.nanolett.8b05005
https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acs.nanolett.8b05005
3. 光熱治療
光熱治療，就是通過光熱治療劑在近紅外光照射下，能夠將光能吸收轉而散發出熱能，在指定的部分腫瘤位置產生熱量溫度上升，抑制腫瘤細胞的正常呼吸狀態，加速腫瘤細胞的細胞膜損壞從而起到抑制生長或凋亡的影響。在光熱治療（PTT）的過程中會使得腫瘤部位炎癥效應和炎癥因子上調，進而可能會加速腫瘤再生。此外，PTT誘導的炎癥也會將中性粒細胞(NEs)“募集”到腫瘤部位。
為了充分利用這些特性，2018年，中國藥科大學蘇志桂教授以及張燦教授等人以聚乙二醇化金納米棒(PEG-GNRs)為光熱材料，將負載紫杉醇的NEs細胞作為炎癥介導的主動靶向（IMAT）化療藥物。實驗在注射PEG-GNRs后72 h進行PTT，并隨后進行IMAT化療。
結果表明，經PTT治療后，細胞化療藥物能有效地在腫瘤部位積聚，從而顯著增強了抗腫瘤作用，也大大降低了全身毒性。這一研究表明PTT誘導的炎癥反應也能用來增強細胞藥物的化療作用，將PTT與IMAT化療相結合也是靶向治療癌癥的一種有前途的新策略。
Zhang L, Zhang Y, et al.TransformingWeakness into Strength: Photothermal Therapy-Induced Inflammation Enhanced Cytopharmaceutical Chemotherapy as a Combination AnticancerTreatment[J]. Advanced Materials, 2018.
DOI: 10.1002/adma.201805936
https://doi.org/10.1002/adma.201805936
4. 藥物載體
金納米棒還可用于藥物遞送，也是通過其光學特性來構建控制藥物釋放的體系，一般來說，這種體系需要在特定組織環境中或有充分的外部刺激達到能夠釋放藥物“閾值”的載藥體系。
2017年，武漢大學張先正教授等人建立了一個GNR‐ACPP‐PpIX（簡寫為GNR‐ACPI）納米平臺，該平臺可用于將光動力治療(PDT)和光熱治療(PTT)兩種治療手段聯用。在GNR‐ACPI中，金納米棒(GNRs)被一種原卟啉PpIX（一種PDT試劑)共軛活化的細胞穿透肽(ACPP)修飾，ACPP由對金屬蛋白酶‐2 (MMP‐2)敏感的肽序列GPLGLAG組成。
首先，由于GNR的強近紅外區域光吸收和ACPP特殊的“U型”結構，使得PpIX與GNR的緊密接觸，有效地抑制了其光活性。然而，一旦到達腫瘤位置，GPLGLAG序列就會被腫瘤細胞過表達的MMP‐2水解，導致附著在PpIX(CPP‐PpIX)上殘留的細胞膜穿透肽(CPP)的釋放，PpIX的光活性恢復。此外，在CPP的幫助下，腫瘤細胞可以更有效地吸收PpIX，這將大大提高PDT的療效。此外，GNR還可用于光熱成像，也可用于腫瘤的PTT。結果發現，PTT和PDT聯合應用可顯著增強抗腫瘤作用，但毒性可忽略不計。
Wen‐Xiu Qiu, Li‐Han Liu, Shi‐Ying Li, Qi Lei, Guo‐Feng Luo, Xian‐Zheng Zhang. ACPI ConjugatedGold Nanorods as Nanoplatform for Dual Image Guided Activatable Photodynamicand Photothermal Combined Therapy In Vivo. Small. 2017
DOI: 10.1002/smll.201603956
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.201603956
5. 改變基因表達
目前的研究表明，金納米棒在被細胞內吞后不具有細胞毒性，而且不會進入細胞核。但也有研究報道稱金納米棒可以使得基因表達發生改變。
2018年，西澳大利亞大學 Nicole M. Smith以及 K. Swaminathan Iyer等人嘗試對這種現象進行解釋。實驗發現常用的金-硫鍵合對于保持金納米結構的惰性很重要，但是它在材料被細胞內吞后會發生改變，進而在細胞核中形成一價金-硫鍵。形成的這種鍵會擾亂細胞核內的動態微環境，從而改變細胞內基因的表達。
Ho D,Kretzmann J A, et al. Intracellular speciation of gold nanorods alters the conformationaldynamics of genomic DNA[J]. Nature Nanotechnology, 2018.
DOI:10.1038/s41565-018-0272-2
https://doi.org/10.1038/s41565-018-0272-2
6. OCT成像
對胚胎發育過程中形態變化進行高分辨率和實時可視化成像是研究IQ先天性異常的關鍵。研究表明，光學相干層析(OCT)技術可以對胚胎的形成過程進行研究。然而，這一技術對胚胎結構的可見性往往會隨深度的增加而降低。
近日，廈門大學黃雅麗博士、趙慶亮博士和美國NIH陳小元教授合作，將光譜域OCT(SD-OCT)與金納米棒(GNRs)相結合用于對活體小鼠胚胎的2D/3D成像。
實驗采用ICP法研究了GNRs在體外培養過程中進入胚胎的情況。研究結果發現，經GNRs處理后的胚胎的OCT信號、圖像對比度和成像的穿透深度均有增強作用，并且對E9.5和E10.5小鼠胚胎的空間定位會更加準確，器官邊界的對比也更加明顯。此外，GNRs強的光學吸收率也使得胚胎的三維圖像更加清晰，可對E9.5和E10.5胚胎的心臟面積和體積進行計算。這一研究為監測小鼠器官發育和檢測先天性結構異常提供了一種高效的新策略。
Yali Huang, Qingliang Zhao, XiaoyuanChen. etal. Depth-Resolved Enhanced Spectral-Domain OCT Imaging of LiveMammalian Embryos Using Gold Nanoparticles as Contrast Agent. Small.2019
DOI: 10.1002/smll.201902346
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/smll.201902346
7. 心臟神經節調控
通過上面的介紹，想必大家已經見識到了金納米棒的十八般武藝，和齊天大圣的如意金箍棒一樣，金納米棒也是可大可小，可長可短，各種尺寸隨意變換，除了不能塞進耳朵，同樣可以助你在科研的道路上“斬妖除魔”，修成正果！
金納米顆粒的合成配方不少，但是真正要做出穩定、可控、尺寸均勻的金納米棒或者顆粒，也并非易事。
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