纳米材料的修饰及应用

摘要：与传统成像方法相比，荧光成像具有无损伤、高特异性和高灵敏性等特性，并能够在细胞层面获得更高的分辨率，而且具备对特定组织和生命体进行原位、定量、实时的监测的特性，在医学诊断和临床治疗中应用广泛。本文主要介绍了纳米粒子的修饰方法、聚集诱导发光原理以及纳米粒子在各个领域的应用。

关键词：纳米粒子；表面修饰；聚集诱导发光；

一、文献综述

1. 研究背景

纳米药物是指将原料药或治疗诊断剂制成具有纳米尺度的颗粒，或以适当载体与药物结合形成的纳米载药颗粒，其中小尺寸（1~100 nm）是纳米药物的首要特征^[1]。伴随着新型纳米材料和纳米技术在医学邻域应用研究的深入，越来越多的纳米药物制剂正在或者已经进入临床研究，并且上市。纳米材料在医学领域主要用于纳米造影剂、纳米荧光成像、纳米药物、纳米药物载体等。但是大多数纳米材料亲水性较低、生物相容性较低，并且在体内的滞留时间较短，使用某些亲水性或者两亲性材料对纳米材料进行修饰，增加其亲水性，延长其在生物体内的循环时间，将使纳米材料在医药领域有具有更广泛的应用前景。而现阶段国内外药物研究领域也正在根据这个思路进行修饰纳米材料的研究。

一般是用聚乙二醇（PEG）、吐温80、聚乳酸-聚乙二醇（PLA-PEG）等对纳米材料进行修饰^[2]。但是由于PEG修饰的聚合物在接触到血液蛋白质是会快速分解，释放出纳米粒子，失去作用^[3]，经过长时间研究探索，在经过长时间探索后，科研工作者发现使用二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇（DSPE-PEG₂₀₀₀）修饰后的纳米粒子可以克服聚合物被血液蛋白质分解的困难，所以DSPE-PEG₂₀₀₀被广泛应用于修饰纳米粒子。

2. 纳米粒子的修饰方法

2.1 物理包埋法

物理包埋法又称纳米沉淀法，一般是通过外加亲水聚合物物理包埋制备水溶性材料。将分子和DSPE-PEG₂₀₀₀的THF溶液在超声环境下缓慢滴加到超纯水中，DSPE-PEG₂₀₀₀中的疏水片段和分子因为疏水作用结合，形成了疏水内核，DSPE-PEG₂₀₀₀中的亲水片段PEG暴露在外，形成亲水外壳，最终形成水溶性的纳米材料，以此提高有机分子的亲水性和稳定性。

此外，利用纳米材料对细菌进行表面修饰也被认为是提高细菌介导肿瘤治疗效果的有效策略。Wu^[1]等人通过巧妙的设计将生物相容性的嵌段脂质聚乙二醇(DSPE-PEG₂₀₀₀)作为聚合物基质包裹TD抗原形成TD纳米颗粒(TDNPs)。经过体外实验研究，结果表明TDNPP能够更有效地侵袭和显像癌细胞。

2.2 化学键合法

化学键合法一般是通过共价键将水溶性基团或亲水片段连接到疏水的有机荧光基团上增加纳米粒子的亲水性和生物相容性。聚于二醇是一种众所周知的水溶性聚合物，是美国食品药品管理局批准的生物分子，广泛用于增强量子点、超顺磁氧化铁纳米粒子、药物传递纳米粒子。同时有报道称PEG与生物物质具有非特异性相互作用，可以避免免疫反应，从而增强非特异性细胞的摄取。Chen等人^[1]通过叠氮化炔环加成法合成了具有不同聚乙二醇链数的水溶性四苯乙烯（TPE）衍生物

3. 修饰材料对AIE分子的影响

3.1 AIE分子

传统的荧光团，如荧光素，在稀溶液中通常是荧光的，当浓度增加时，它们的荧光会降低或猝灭^[4]。当它们在浓缩溶液或聚集态中接近时，很容易发生强烈的pi;堆叠作用。在这种情况下，激发态通常通过非辐射衰减途径进行衰减，这被称为发光的聚集致猝灭(ACQ)^[5]。聚集诱导发光（AIE）是一种新的光物理现象，发现于一组在溶液中不发光，但在聚集或固态中具有高发射性的发光原中。聚集诱导发光（AIE）效应是指一些分子在稀溶液或者分散状态下，发出微弱的光或者不发光，但当分子聚集时发光显著增强^[6]。