表面功能化納米顆粒的特征光譜分析（一）

簡介

鑒于其在生物醫學研究的應用潛力，納米技術是一個快速發展的領域并受到科學界的持續關注。納米材料通常直徑小于100 nm，足夠能穿透哺乳動物細胞。同時，納米材料合成時不受形狀和元素組成限制。形狀上納米材料可以以桿狀，筒狀或顆粒狀呈現。不同的元素，如金屬，金屬氧化物或者它們的組合都能用于合成納米材料。納米材料具有較大的表面積體積比，因此適于通過表面功能化偶聯靶向或治療性分子。在全身給藥的情況下，偶聯的靶向分子可完成對特定細胞群體如腫瘤細胞的標記，而偶聯的治療性化合物則可以針對標記的細胞群體發揮作用。納米粒子的組成材料會有一個特定的帶隙，就是其電子基態和激發態之間的間距。一般情況下，電子處于基態，也就是能量最低的狀態。在吸收光子或光能量后， 電子躍遷至激發態，這兩個狀態之間的間距被稱為帶隙。一般單一或多特定波長的光會被納米顆粒材料選擇性吸收，其能量一部分會轉換成振動能，剩余的以熒光的形式發射，同時電子返回到基態。因此通過掃描、比較不同激發、發射波長下的熒光強度，我們可以獲得測試納米顆粒的特征光譜。目前對納米顆粒和其與分子相互作用的相關描述和檢測手段還十分有限。在此我們提出特征光譜分析作為一種新方法用于確定納米顆粒和表面涂層分子之間的相互作用。在表面結合到另外一個分子后，納米顆粒材料的電子特性會發生變化，引起其激發光和發射光的熒光峰發生遷移，也就是特征光譜的變化。因此，對比有無涂層的納米顆粒的特征光譜可協助我們確定納米顆粒和涂層分子之間是否發生了靜電相互作用。通過使用SpectraMax? i3x多功能微孔板讀板機并結合SoftMax? Pro自帶的光譜優化向導，我們在此展示了如何分析納米顆粒的特征光譜。光譜優化向導允許用戶自定義的激發和發射波長范圍組合的自動掃描。掃描結果以熱圖的形式展現。熱點則代表獲得最高信號時對應的激發發射波長對。通過比較熱點的位置可以發現不同樣本間是否出現光譜特征變化。

材料

? 氧化鐵納米顆粒

(PlasmaChem cat. #PL-FeO)

? 氧化鋅納米顆粒, <100 nm size

(Sigma Aldrich cat. #544906-10G)

? 聚乙二醇甲醚(mPEG5000, Sigma

Aldrich cat. #81323-250G)

? 超純水

? 96孔黑板(Greiner cat. #655076)

? SpectraMax i3x 多功能微孔板讀板機

方法

納米顆粒的制備

用分析天平稱取氧化鐵納米顆粒(Fe2O3NP) 2 mg于微量離心管中，以1 mL超純水重懸制成2 mg/mL儲液，震蕩混懸后備用。移出100 μL儲液于新微量離心管中，加入100 μL超純水，得到1 mg/mL的納米顆粒對照樣品，震蕩混懸后移至96孔板黑板中的選定孔中。用分析天平稱取氧化鋅納米顆粒ZnONP)3.5 mg于微量離心管中，以1 mL超純水重懸制成3.7 mg/mL儲液，震蕩混懸后備用。移出57 μL液于新微量離心管中加入143μL超純水，得到1 mg/mL的納米顆粒對照樣品，震蕩混懸后移至96孔板黑板中的選定孔中。

納米顆粒表面功能化

在兩個新微量離心管中分別加入100 μL氧化鐵納米顆粒儲液和57 μL氧化鋅儲液。用分析天平秤取4 mg mPEG溶于1 mL超純水，獲得終濃度為4 mg/mL的儲液，震蕩混懸后向每個溶有納米顆粒的離心管中加入50 μL mPEG 儲液，然后用超純水補足至200 μL，震蕩混懸后移至96孔黑板中，靜置30分鐘以確保完成包被。