表面功能化纳米颗粒的特征光谱分析（一）

简介

鉴于其在生物医学研究的应用潜力，纳米技术是一个快速发展的领域并受到科学界的持续关注。纳米材料通常直径小于100 nm，足够能穿透哺乳动物细胞。同时，纳米材料合成时不受形状和元素组成限制。形状上纳米材料可以以杆状，筒状或颗粒状呈现。不同的元素，如金属，金属氧化物或者它们的组合都能用于合成纳米材料。纳米材料具有较大的表面积体积比，因此适于通过表面功能化偶联靶向或治疗性分子。在全身给药的情况下，偶联的靶向分子可完成对特定细胞群体如肿瘤细胞的标记，而偶联的治疗性化合物则可以针对标记的细胞群体发挥作用。纳米粒子的组成材料会有一个特定的带隙，就是其电子基态和激发态之间的间距。一般情况下，电子处于基态，也就是能量最低的状态。在吸收光子或光能量后， 电子跃迁至激发态，这两个状态之间的间距被称为带隙。一般单一或多特定波长的光会被纳米颗粒材料选择性吸收，其能量一部分会转换成振动能，剩余的以荧光的形式发射，同时电子返回到基态。因此通过扫描、比较不同激发、发射波长下的荧光强度，我们可以获得测试纳米颗粒的特征光谱。目前对纳米颗粒和其与分子相互作用的相关描述和检测手段还十分有限。在此我们提出特征光谱分析作为一种新方法用于确定纳米颗粒和表面涂层分子之间的相互作用。在表面结合到另外一个分子后，纳米颗粒材料的电子特性会发生变化，引起其激发光和发射光的荧光峰发生迁移，也就是特征光谱的变化。因此，对比有无涂层的纳米颗粒的特征光谱可协助我们确定纳米颗粒和涂层分子之间是否发生了静电相互作用。通过使用SpectraMax® i3x多功能微孔板读板机并结合SoftMax® Pro自带的光谱优化向导，我们在此展示了如何分析纳米颗粒的特征光谱。光谱优化向导允许用户自定义的激发和发射波长范围组合的自动扫描。扫描结果以热图的形式展现。热点则代表获得最高信号时对应的激发发射波长对。通过比较热点的位置可以发现不同样本间是否出现光谱特征变化。

材料

• 氧化铁纳米颗粒

(PlasmaChem cat. #PL-FeO)

• 氧化锌纳米颗粒, <100 nm size

(Sigma Aldrich cat. #544906-10G)

• 聚乙二醇甲醚(mPEG5000, Sigma

Aldrich cat. #81323-250G)

• 超纯水

• 96孔黑板(Greiner cat. #655076)

• SpectraMax i3x 多功能微孔板读板机

方法

纳米颗粒的制备

用分析天平称取氧化铁纳米颗粒(Fe2O3NP) 2 mg于微量离心管中，以1 mL超纯水重悬制成2 mg/mL储液，震荡混悬后备用。移出100 μL储液于新微量离心管中，加入100 μL超纯水，得到1 mg/mL的纳米颗粒对照样品，震荡混悬后移至96孔板黑板中的选定孔中。用分析天平称取氧化锌纳米颗粒ZnONP)3.5 mg于微量离心管中，以1 mL超纯水重悬制成3.7 mg/mL储液，震荡混悬后备用。移出57 μL液于新微量离心管中加入143μL超纯水，得到1 mg/mL的纳米颗粒对照样品，震荡混悬后移至96孔板黑板中的选定孔中。

纳米颗粒表面功能化

在两个新微量离心管中分别加入100 μL氧化铁纳米颗粒储液和57 μL氧化锌储液。用分析天平秤取4 mg mPEG溶于1 mL超纯水，获得终浓度为4 mg/mL的储液，震荡混悬后向每个溶有纳米颗粒的离心管中加入50 μL mPEG 储液，然后用超纯水补足至200 μL，震荡混悬后移至96孔黑板中，静置30分钟以确保完成包被。