金纳米粒子的制备及其在生物医药中的应用*

赵运双，周 亮，舒 婷

(湖北科技学院药学院，湖北 咸宁 437100)

金纳米粒子(AuNPs)是一种新型的无机纳米材料。GNPs与一般无机纳米材料相比，除了具有粒径与形态可控、比表面积大等优势外，还具有独特的光、电、磁等性质，如表面等离子共振特性、荧光特性、电化学特性、超分子与分子识别特性等。因此，GNPs受到了国内外学者的持续关注，在化学、光学、环境检测等领域具有广泛的应用[1-3]。此外，AuNPs核的生物相容性高，它与生物分子在大小上有相似之处，其表面设计具有巨大的化学灵活性，作为一种非常重要的纳米级生物技术工具，GNPs在生物医药方面也有重要应用。我们主要总结了AuNPs的合成方法，同时介绍了其在生物医药中检测、治疗及成像三个方面的研究进展。

1 AuNPs的合成方法

AuNPs的合成方法有多种[4-8]，主要分为物理法和化学法，目前广泛应用的是化学法，主要有:氧化还原法、相转移法、晶种法、电化学方法。

1.1 氧化还原法

还原法通常是在含有Au3+的溶液中加入不同种类的还原剂，使Au3+被还原而聚集成直径为纳米级的金粒子。常用的还原剂有柠檬酸钠、硼氢化钠、草酸钠、茴香胺、抗坏血酸、白磷、乙醇、过氧化氢、聚环乙亚胺、聚乙二醇及聚乙烯吡咯烷酮等。Turkevich 等[9]提出的柠檬酸钠法是应用较早的一种合成方法，此后Frens等[10]对柠檬酸钠法进行了改进，通过提高氯金酸的浓度和改变柠檬酸钠(SC)的用量得到了16～80nm、单分散性良好的GNPs。傅宇虹等[11]根据Kumar提出的Frens反应机理提出了新的观点，当合成AuNPs在30nm以上，柠檬酸钠与氯金酸的摩尔比小于1.6时，合成的AuNPs的重复性、稳定性及单分散性大大降低，因此，该方法适用于小粒径纳米金的合成。柠檬酸钠还原氯金酸制备GNPs的方法简单，易于合成，稳定性更高，此外，柠檬酸根可被与GNPs作用更强的配体取代(例如巯基化合物)从而制备各种功能化的GNPs。目前，Turkevitch-Frens方法仍然作为一种基础的制备方法被广泛采用。

传统还原剂对环境有一定的污染，随着纳米合成技术的日益成熟，利用还原性单糖、氨基酸、绿原酸等来实现GNPs的绿色合成已被研究。如关桦楠等[12]用玉米芽胚油成功制备了50nm左右的GNPs，Khan等[13]采用了一锅法的合成路线，将龙眼果汁作为还原、封顶和稳定剂合成了平均尺寸为25nm的GNPs。

1.2 相转移法

在单一有机溶剂中制备的AuNPs尺寸分布范围窄、结构有序、单分散性及稳定性好，但大部分金属盐在有机溶剂中溶解度较低，原料的选择范围受到了限制；在水溶液中合成AuNPs，可以选择廉价易得的金属原料，但AuNPs在水中的相互作用强，稳定性较差。相转移法结合了两者的优点。

相转移法制备方法主要有两种，一是金属离子相转移法，如Brust等[14]首先将水溶液中的氯金酸盐离子在四辛基溴化铵的包裹下转移到含有烷基硫醇的甲苯体系中，然后在有机溶剂中加入还原剂，得到了单分散性非常好的5～30nm的AuNPs。二是AuNPs相转移法，Sarathy等[15]在Au盐溶液中由酸催化得到1～10nm金粒子超结构，再使其转移到含硫醇的甲苯中稳定存在。

利用相转移制备法能够控制合成出外观不同、分散性较好、尺度不同的AuNPs，但相转移法工艺多、有机溶剂消耗较多，因此，在回收等方面还需进一步改进。

1.3 晶种法

晶种法容易得到不同形状、尺寸可控且均一的AuNPs。该方法分为两步：第一步采用强还原剂使Au3+还原成小的金粒子作为晶种；第二步在另一份含有 Au3+的溶液中，用较弱的还原剂使Au3+还原为Au+，再与晶种溶液混合，Au+在已经形成的晶种上被进一步还原为金粒子。蒋思文等[16]以氯金酸为原料，抗坏血酸为还原剂，柠檬酸钠为保护剂，用晶种法制备了16～150nm不同粒径、超均匀的球形AuNPs溶胶。邹敏等[17]以阳离子型吡咯烷两亲分子(CmCsCmPB)为稳定剂，用晶种法研究了表面活性剂疏水尾链和间隔基团长度对纳米金形貌的影响，成功制备出了单分散性较好、长径比为9.6的金纳米棒。

目前关于晶种法的研究还存在很多亟待解决的问题，如方法的重现性不好控制，有时目标产物的含量较低，形状控制机理的研究有待进一步深入研究等。

1.4 电化学法

电化学方法具有简单、环保、无污染等特点，是合成纳米材料的一种有效方法。电化学合成过程中溶液产生的自由电子为还原过程提供了保证。Liu等[18]通过将金前体(HAuCl4)添加到聚(N-乙烯基吡咯烷酮)(PVP)和KNO3的电解水溶液中制备了不同形状和尺寸(30～50nm)的金纳米粒。Zou等[19]采用了简便的两步电沉积法在玻碳电极(Au/f-GE/GCE)上依次沉积石墨烯和球形AuNPs。

有研究[20]表明在合成AuNPs的电解过程中施加恒定电流增量的电化学方法，可得到球形、哑铃形及棒状纳米金粒。在恒电流递增法合成过程中，AuNPs的生长速度快于成核速度，部分小粒子溶解后在其他粒子的特定晶面生长而使AuNPs定向生长成棒状粒子。

电化学法对仪器设备要求高，合成过程受环境影响大，不易控制。

2 AuNPs在生物医药中的应用

2.1 检测

Wan等[21]将荧光氮化碳点(N，C-dots)装配在适配子修饰的AuNPs上，实现了对黄曲霉毒素B1(AFB1)的超敏感检测。Ma 等[22]基于AuNPs的颜色变化效应制造了检测伤寒沙门氏菌的比色测量器。Meng 等[23]利用自组装的二维纳米金粒薄膜作为表面增强拉曼光谱基板，开发了一种快速检测人体尿液中可卡因的方法。Mazloum-Ardakani等[24]通过对石墨烯薄片和AuNPs复合材料的改性，提高了邻苯二酚(catechol)的导电性，可用于急性淋巴细胞白血病的检测。Lin等[25]使用DNA修饰AuNPs比色检法，开发了一种快速检测过氧化氢的比色传感器。第一步，往样品中加入亚铁离子，与过氧化氢发生反应，生成基于芬顿反应的羟基自由基(·OH)。第二步，加入DNA修饰的AuNPs和氯化钠。当过氧化氢存在时，溶液的颜色由红色变为紫色，因为羟基自由基破坏了DNA中的磷酸二酯键，降低了金纳米颗粒表面的DNA数量，导致金纳米颗粒聚集。所有操作步骤均可在15min内完成，检测限(LOD)为1m，比其他检测活性氧的方法更迅速。Lone等[26]通过原始的单壁碳纳米管的气体传感器(SWCNTs)与AuNPs喷涂装饰的SWCNT传感器在操作温度下，对NH3的浓度检测，分析比较了两组传感器的响应性能。与原始的SWCNT传感器相比，Au修饰的SWCNT传感器具有响应快、恢复快、高电阻变化、高质量重复性、长期稳定性和优异的选择性。

2.2 治疗

AuNPs在基因治疗、靶向药物载体和光热治疗方面有重要作用。Lajunen等[27]开发了包封AuNPs的脂质体药物载体，能够在触发可见光和近红外光信号时释放药物至细胞胞质溶胶。许小娟等[28]制备了AuNPs/葡聚糖复合物，该复合物具有极低的细胞毒性和较高的抗肿瘤活性，可刺激细胞产生活性氧簇前药嫁接到原位生长AuNPs修饰的稀土上转换成发光纳米(ROS)，诱导肿瘤细胞的凋亡，抑制肿瘤细胞增殖。肽-药物偶联物(PDCs)具有改善化疗药物目标疗效的潜力，但其短半衰期可能限制其应用。Kalimuthu等[29]开发了一种药物传递系统，将肽-药物偶联物与AuNPs结合，克服了这个障碍，这种结合也为开发含有PDCs的靶向药物释放系统的缓释制剂提供了可能。付超等[30]利用发生响应性聚集后AuNPs体系的较强的光热特性，研究其对细菌的体外光热杀伤作用，通过Au-S键反应将合成好的多肽A和多肽B分别修饰到GNPs表面，然后等比例混合组成GNPs system，对细菌有较强杀伤力，为GNPs的设计提供了新的思路以及为光热治疗提供了新的方法。

2.3 成像

GNPs在生物医药中的成像主要应用在暗场光散射成像、双光子荧光成像、光声成像、光相干层析成像、CT成像等方面。AuNPs的光学特性促使其成为光学或X射线成像模式的对比剂，可以检测动脉粥样硬化斑块、血管内血栓或纤维组织。Cheng 等[31]通过光不稳定的二氮杂萘表面修饰制备了可光触发交联的AuNPs，将AuNPs表面等离子体共振吸收峰转移到近红外区域，从而显著增强了它们对体内肿瘤的光热疗和光声成像。Zhou等[32]利用聚乙二醇(PEG)修饰支链聚乙烯亚胺(PEI)作为成像模板，制备叶酸(FA)靶向的多功能AuNPs，该材料作为纳米探针，可广泛应用于针对远表达癌症细胞的CT成像以及异种移植的肿瘤模型。Wang 等[33]根据相邻AuNPs间的等离子体耦合表现出较强的热点效应，有效实现了病原菌表面增强拉曼散射(SERS)成像，在治疗细菌感染甚至耐多药细菌方面具有潜在的应用价值。

3 结 语

综上，尽管目前AuNPs的制备方法已经基本成熟，但是如何降低AuNPs的尺寸、改善其形貌、制备出尺寸均一形状可控的金粒子仍然是AuNPs合成中的难点。纳米金属材料是构筑新型复合功能材料的重要组成单元，基于纳米金复合材料的合成及其在生物医学领域的应用使其将继续成为研究热点，在检测方面提高检查精度，扩大检测范围；在治疗方面多种药物共载，提高载药量，设计靶向性；在成像方面提高灵敏度等是今后研究者需要继续探索的方向。