儿时的记忆中，最让我们印象深刻的神话人物莫过于齐天大圣，大家都羡慕他拥有一个可随心随意变化大小，并助他降妖除魔的如意金箍棒。今天小编要给大家介绍的材料与如意金箍棒有着异曲同工之妙，它就是金纳米棒。

不同于金箍棒是由两头的两个金箍，以及中间是的铁棒组成，金纳米棒是一种纯金的纳米粒子。长期以来，金纳米粒子由于其电学、导电和光学特性而在许多领域得到了广泛的研究，最近这些材料的用途已经从传统的应用领域扩展到了包括生物医学、诊断和催化在内的功能领域。在众多金纳米粒子中，金纳米棒具有突出的光电特性、独特的局域表面等离子共振 (LSPR) 效应以及生物兼容性好等优点，因而可被用于生物免疫检测、光热治疗、暗场光学成像、药物载体以及荧光增强等领域。

1. SPR光学研究

增强弱发射体的荧光对于将单分子荧光成像进一步扩展到许多未开发的系统具有重要意义。2014年，荷兰莱顿大学Michel Orrit等人研究了金纳米棒引起的荧光增强现象，并探讨了表面等离子体共振(SPR)在增强荧光过程中的作用。

金纳米棒廉价易得，研究发现，单根纳米棒可使弱发射体—结晶紫的荧光增强1000倍以上，其中纳米棒的SPR为629nm，激发波长为633 nm。这种强增强是由激发速率增强和有效发射强化共同作用的结果。然而，当SPR波长远离激发波长或当SPR与荧光团发射光谱只有部分重叠时，荧光增强会急剧减弱。文所报道的11个不同SPR波长的金纳米棒的荧光增强测量结果与数值模拟结果一致。

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/nn406434y

2. 肿瘤细胞检测

光学相干层析成像(OCT)可与斑点抑制技术和高散射造影剂一起用于在细胞尺度上进行对活体组织的无创、增强对比度的成像。随着散斑噪声的降低和对比度的提高，OCT可以被用来对体内小至2 μm的对象进行示踪。

近日，斯坦福大学Adam de la Zerda团队将大尺寸金纳米棒(LGNRs)作为对比剂，使用调整斑点的OCT(SM-OCT)技术对单个微米大小的聚苯乙烯微球和血液循环中的单个骨髓瘤细胞进行了检测。这也是首次利用OCT去在体内检测血液中的单个细胞，从而为活体肿瘤细胞的动态检测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. 光热治疗

光热治疗，就是通过光热治疗剂在近红外光照射下，能够将光能吸收转而散发出热能，在指定的部分肿瘤位置产生热量温度上升，抑制肿瘤细胞的正常呼吸状态，加速肿瘤细胞的细胞膜损坏从而起到抑制生长或凋亡的影响。在光热治疗（PTT）的过程中会使得肿瘤部位炎症效应和炎症因子上调，进而可能会加速肿瘤再生。此外，PTT诱导的炎症也会将中性粒细胞(NEs)“募集”到肿瘤部位。

为了充分利用这些特性，2018年，中国药科大学苏志桂教授以及张灿教授等人以聚乙二醇化金纳米棒(PEG-GNRs)为光热材料，将负载紫杉醇的NEs细胞作为炎症介导的主动靶向（IMAT）化疗药物。实验在注射PEG-GNRs后72 h进行PTT，并随后进行IMAT化疗。

结果表明，经PTT治疗后，细胞化疗药物能有效地在肿瘤部位积聚，从而显著增强了抗肿瘤作用，也大大降低了全身毒性。这一研究表明PTT诱导的炎症反应也能用来增强细胞药物的化疗作用，将PTT与IMAT化疗相结合也是靶向治疗癌症的一种有前途的新策略。

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. 药物载体

金纳米棒还可用于药物递送，也是通过其光学特性来构建控制药物释放的体系，一般来说，这种体系需要在特定组织环境中或有充分的外部刺激达到能够释放药物“阈值”的载药体系。

2017年，武汉大学张先正教授等人建立了一个GNR‐ACPP‐PpIX（简写为GNR‐ACPI）纳米平台，该平台可用于将光动力治疗(PDT)和光热治疗(PTT)两种治疗手段联用。在GNR‐ACPI中，金纳米棒(GNRs)被一种原卟啉PpIX（一种PDT试剂)共轭活化的细胞穿透肽(ACPP)修饰，ACPP由对金属蛋白酶‐2 (MMP‐2)敏感的肽序列GPLGLAG组成。

首先，由于GNR的强近红外区域光吸收和ACPP特殊的“U型”结构，使得PpIX与GNR的紧密接触，有效地抑制了其光活性。然而，一旦到达肿瘤位置，GPLGLAG序列就会被肿瘤细胞过表达的MMP‐2水解，导致附着在PpIX(CPP‐PpIX)上残留的细胞膜穿透肽(CPP)的释放，PpIX的光活性恢复。此外，在CPP的帮助下，肿瘤细胞可以更有效地吸收PpIX，这将大大提高PDT的疗效。此外，GNR还可用于光热成像，也可用于肿瘤的PTT。结果发现，PTT和PDT联合应用可显著增强抗肿瘤作用，但毒性可忽略不计。

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. 改变基因表达

目前的研究表明，金纳米棒在被细胞内吞后不具有细胞毒性，而且不会进入细胞核。但也有研究报道称金纳米棒可以使得基因表达发生改变。

2018年，西澳大利亚大学 Nicole M. Smith以及 K. Swaminathan Iyer等人尝试对这种现象进行解释。实验发现常用的金-硫键合对于保持金纳米结构的惰性很重要，但是它在材料被细胞内吞后会发生改变，进而在细胞核中形成一价金-硫键。形成的这种键会扰乱细胞核内的动态微环境，从而改变细胞内基因的表达。

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

对胚胎发育过程中形态变化进行高分辨率和实时可视化成像是研究IQ先天性异常的关键。研究表明，光学相干层析(OCT)技术可以对胚胎的形成过程进行研究。然而，这一技术对胚胎结构的可见性往往会随深度的增加而降低。

近日，厦门大学黄雅丽博士、赵庆亮博士和美国NIH陈小元教授合作，将光谱域OCT(SD-OCT)与金纳米棒(GNRs)相结合用于对活体小鼠胚胎的2D/3D成像。

实验采用ICP法研究了GNRs在体外培养过程中进入胚胎的情况。研究结果发现，经GNRs处理后的胚胎的OCT信号、图像对比度和成像的穿透深度均有增强作用，并且对E9.5和E10.5小鼠胚胎的空间定位会更加准确，器官边界的对比也更加明显。此外，GNRs强的光学吸收率也使得胚胎的三维图像更加清晰，可对E9.5和E10.5胚胎的心脏面积和体积进行计算。这一研究为监测小鼠器官发育和检测先天性结构异常提供了一种高效的新策略。

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. 心脏神经节调控

左星状神经节(LSG)的过度活动会导致室性心律失常(VAs)的发生。最近，利用对近红外光(NIR)敏感的金纳米棒(AuNRs)进行神经调节的研究取得了一系列进展。武汉大学肖湘衡教授、江洪教授和余理镭教授等人利用AuNRs和NIR来精确地抑制LSG功能以及神经活性，从而可以对心肌缺血诱导的犬模型Vas进行治疗。实验将优化后的AuNRs显微注射到麻醉的犬LSG中，然后利用808 nm近红外光对其进行5分钟的照射。结果表明，在给药AuNRs和激光照射后，LSG的功能和神经活性会受到明显抑制，进而有效改善心肌缺血诱导的VAs。这一方法有望为抑制心脏交感神经的过度活动提供一种非侵入性的新型治疗策略。

Tianyu Ye, Lilei Yu, Hong Jiang, Xiangheng Xiao. et al. Precise Modulation of Gold Nanorods for Protecting against Malignant Ventricular Arrhythmias via Near-Infrared Neuromodulation. Advanced Functional Materials. 2019

DOI: 10.1002/adfm.201902128

https://doi.org/10.1002/adfm.201902128

通过上面的介绍，想必大家已经见识到了金纳米棒的十八般武艺，和齐天大圣的如意金箍棒一样，金纳米棒也是可大可小，可长可短，各种尺寸随意变换，除了不能塞进耳朵，同样可以助你在科研的道路上“斩妖除魔”，修成正果！

金纳米颗粒的合成配方不少，但是真正要做出稳定、可控、尺寸均匀的金纳米棒或者颗粒，也并非易事。

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