貴金屬納米材料尤其是金（Au）和銀（Ag）納米材料，由于其具有獨特的光學和電子特性，為實際生物醫學應用開辟了多種機會，如診斷，**，和傳感等應用.一般來說，Ag納米材料與Au相比，具有更強的等離子體特性.然而，Ag納米材料在生物醫學方面的應用卻遠遠少于Au納米材料，因為它們的化學穩定性和生物相容性較差。Ag納米材料表面易于被氧化，會降低其等離子體的性能，釋放對生物體有害的Ag離子（Ag+）。雖然Ag納米粒子表面上可以修飾各種無機或有機表面層來克服這些缺點，但Ag表面仍然容易受到生物介質中蝕刻劑的影響，而厚厚的覆蓋層也會降低其原有的等離子體性.因此，必須對Ag納米粒子進行安全性設計，一方面降低Ag+從Ag納米粒子表面釋放，另一方面保留其等離子體特性用于生物醫學應用。目前已經提出了多種安全設計方法開發更安全的納米材料，包括包覆，裝載，嫁接等方法。然而，有害物質（例如，聚合物降解產物和離子）釋放或從納米復合物中解離仍然可能引起一些毒副作用.因此，通過精細調節Ag納米材料的電子結構可能是一種基本且**的方法，免除了復雜的表面后修飾，同時保留了它們所需的功能。

在Au@Ag核殼結構納米粒子中，由于Au比Ag具有更大的功函，Ag殼中的銀原子易于失去電子并流向Au核。隨后，Au和Ag之間的電子不平衡被校正，Au將電子又補償給Ag，導致Au的d軌道電子消耗而Ag中d軌道電子的增加。這種電子補償效應在Au和Ag的界面處尤其為**。雖然這種電子補償機制的根本原因尚不清楚，但Ag側電子富集的事實可用于**Ag氧化和減少Ag+釋放，使得Au@Ag核殼結構納米粒子能夠替代Ag納米粒子被更為廣泛的安全性使用。在同一尺寸的Au納米粒子上包覆不同厚度的Ag殼，合成了四種不同Ag殼厚度的（2.4,5.1,7.9和10.1 nm）的Au@Agx核殼結構納米粒子（x代表Ag殼的厚度），研究在不同核殼比的條件下電子的補償能力（圖1a），Ag+釋放能力（圖1b）及其對細胞和生物體活性的影響（圖1c），篩選出具有生物安全性的核殼比，使得Au@Ag核殼結構納米粒子能夠替代Ag納米粒子被更為廣泛的安全性使用（圖1d）。

圖1.電子補償效應有助于Au@Ag NPs的安全性和生物醫學應用。（a）電子補償效應發生在Au和Ag原子的界面處，其中Au原子**接受來自Ag原子的非d軌道的電子，然后再向Ag原子的d軌道提供更多的電子；（b）Ag殼變薄，補償效應增強，Ag表面氧化減弱，Ag+解離降低；（c）通過對裸的Au@Ag NPs進行嗆肺實驗和對PEG修飾的Au@Ag核殼結構納米粒子（pAu@Ag NPs）進行靜脈注射方法對Au@Ag NPs進行安全性評估；（d）Au@AgNPs用DTTC和PEG修飾后，用于體外和體內的基于SERS的安全性生物醫學應用。

Au@Agx核殼結構納米粒子中Au與Ag之間的電子補償效應可以使Ag殼表面富集電子，這種電子富集可以**表面Ag氧化并減少Ag+釋放，同時保持其等離子體特性。為了篩選出具有生物安全性的核殼比，作者合成了四種不同Ag殼厚度的（2.4,5.1,7.9和10.1nm）的Au@Agx核殼結構納米粒子（圖2）。

圖2.Au,Au@Agx和Ag納米粒子的（a）透射電子顯微鏡圖片；（b）STEM 圖片；和（c）元素掃描圖。

為了驗證Au與Ag之間的電子補償行為，通過X射線光電子能譜（XPS）和X射線吸收近邊結構（XANES）分析手段來進行分析。圖3(a),(b)發現Ag 3d3/2和3d5/2峰向較低的結合能移動，而Au 4f5/2和4f7/2峰向更高的結合能移動，這意味著Ag殼接受電子，而Au核則更多地貢獻電子。該結果表明從Au核到Ag殼發生了電子補償現象，并且在具有薄殼層的Au@Ag2.4納米粒子中產生**的補償效果。通過收集Au箔，Au和Au@Ag核殼結構納米粒子的AuL2近邊XANES光譜（圖3c），作者發現，隨著Ag殼變薄，Au@Ag核殼結構納米粒子顯示出逐漸增強的白線強度。因為白線峰與未被電子占據的d軌道直接相關，所以白線強度增強表明d軌道電子給予行為。Au核的d軌道電子給出后可以產生d軌道空穴，其數量可以根據L2和L3近邊XANES光譜得到的參數計算得出。

圖3d顯示了空穴數（Δh3/2 +Δh5/2）變化，其中具有薄Ag殼的Au@Ag2.4核殼結構納米粒子顯示出明顯的空穴數，其次是Au@Ag5.1，Au@Ag7.9，和Au@Ag10.1核殼結構納米粒子。Au的XANES分析結果表明Au核將d軌道電子轉移到Ag殼，殼層越薄，電子轉移的越多。Au核的電子給予可以促進Ag殼中的電子富集，從而**Ag殼表面被氧化。作者收集了Ag K邊XANES光譜（圖3e）以表征Ag和Au@Ag核殼結構納米粒子中Ag元素的氧化狀態.Ag箔和Ag2O作為參考樣品用于擬合XANES結果。基于較小二乘擬合（分析，發現Ag 納米粒子中的Ag元素含量為89.46%，Ag2O含量為10.54%，但是Au@Ag2.4，Au@Ag5.1，Au@Ag7.9，和Au@Ag10.1核殼結構納米粒子中的元素Ag含量分別為99.98%、99.06%、97.27%和92.19%。很顯然，薄銀殼可以很好地防止氧化。而Au@Ag核殼結構納米粒子****Ag殼氧化的結果可能會導致低的Ag離子解離。通過ICP-OES分析Ag和Au@Ag核殼結構納米粒子在BEGM培養基中解離銀離子的能力。結果表明，Ag納米粒子在BEGM培養基（圖3f）中具有高水平的Ag離子解離，而在Au@Agx核殼結構納米粒子中，隨著Ag殼變薄，銀離子解離水平逐漸降低。

圖3.（a）Ag 3d XPS光譜;（b）Au 4f的XPS光譜;（c）Au箔，Au和Au@Ag核殼結構納米粒子的AuL2近邊XANES光譜；（d）Au和Au@Ag核殼結構納米粒子的d軌道空穴數（Δh3/2 +Δh5/2）；（e）Ag箔，Ag2O,Ag和Au@Ag核殼結構納米粒子的K邊XANES光譜；（f）Ag和Au@Ag核殼結構納米粒子在BEGM培養基中解離銀離子的能力。

在不同的細胞和小鼠模型中評估了裸的Au@Ag核殼結構納米粒子和聚乙二醇（PEG）修飾的Au@Ag核殼結構納米粒子（pAu @Ag NPs）的生物安全性。實驗發現裸Au@Ag2.4NPs在各種Au@Agx NPs中顯示出較低的Ag+釋放，并且對人上皮細胞（BEAS-2B），小鼠肺泡巨噬細胞（RAW 264.7）和急性肺炎小鼠模型產生較小的毒性和炎癥反應。而且，PEG修飾后的Au@Ag2.4 NPs，對人肝細胞（L02），腎細胞（HEK293T）和靜脈注射后對Balb/c小鼠也顯示無毒性，證實其很好的安全性。由于等離子體納米粒子的電磁場驅動的表面增強拉曼散射（SERS）效應對生物傳感和疾病診斷非常有益，因此，通過與近紅外拉曼分子-二乙基硫吖啶羰基碘（DTTC）偶聯來研究Au@Ag核殼結構納米粒子的SERS效應（圖4）。結果發現，pAu@Ag2.4 NPs連接DTTC后（pDAu@Ag2.4 NPs），體外和體內SERS信號比純Au或Ag NPs更強，證明安全的Au@Ag核殼結構納米粒子的潛在生物醫學應用。

圖4.(a)DTTC分子，pDAu，pDAg和pDAu@Ag2.4納米粒子的拉曼光譜；（b）用DTTC分子，pDAu，pDAg和pDAu@Ag2.4納米粒子處理過的MCF7細胞的明場圖像，拉曼圖像以及二者相覆蓋后的圖像;（c）用785 nm激光照射帶有MCF7**的Balb/c裸鼠**部位的照片；（d）對帶有MCF7**的Balb/c裸鼠靜脈注射DTTC分子，pDAu，pDAg和pDAu@Ag2.4納米粒子24小時后收集的**部位的拉曼光譜。

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納米金顆粒包裹的PEG功能化PAMAM樹狀大分子

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葉酸修飾的多功能靶向造影劑磁性氧化鐵/金復合納米顆粒

三聯吡啶衍生物配體與β-二酮稀土配合物包覆金納米顆粒

金納米顆粒修飾的多壁碳納米管(MWCNTs)

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碳納米管/聚苯胺/納米金復合材料

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金納米顆粒功能化還原氧化石墨烯(RGO)和多壁碳納米管(MWCNTs)

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C18鍵合納米金修飾二氧化硅顆粒

石墨烯(GS)-殼聚糖(CS)-納米金(Nano-Au)復合材料

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納米金修飾乙酰膽堿酯酶

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金納米顆粒復合材料(ssDNA-AuNPs);Hyaluronic Acid-DNA透明質酸修飾脫氧核糖核酸

二氧化硅包裹金納米顆粒

氨基、羧基功能化的納米金試劑

PEG包裹的納米金顆粒（PEG末端鏈接不同基團）

BSA包裹的納米金顆粒

葡聚糖包裹的納米金顆粒

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聚乙烯亞胺包裹納米金（PEI-nanogold）

氧化氣氛下氧化鈦包裹金納米顆粒

金納米離子包裹二氧化硅殼核材料

紅細胞膜包被金納米顆粒

11-巰基十一烷酸包裹的金納米顆粒

單分散性PEG修飾金納米顆粒

納米金顆粒標記外泌體

葡萄糖包被的納米金顆粒(Gold Nanoparticle, GNP）

納米金顆粒標記外泌體

氧化硅修飾的納米金

D-丙氨酰-D-丙氨酸(D-alanyl-D-alanine，DADA)修飾金納米顆粒（Au_DADA）復合材料

四面體DNA修飾金納米顆粒上合成Au-TDNNs復合材料

精氨酸/氨基酸修飾金納米顆粒

富勒醇修飾的金納米顆粒

肽修飾的金納米顆粒

FITC/羧基官能化修飾金納米顆粒

CY3/FITC/馬來酰亞胺功能化金納米顆粒

CY3和羧基官能化金納米顆粒

FITC和疊氮功能化金納米顆粒

Cy3和NHS功能化金納米顆粒

FITC和甲基功能化金納米顆粒

FITC和生物素功能化金納米顆粒

Cy3和蛋白A功能化金納米顆粒

金納米粒子修飾黑磷納米片

精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸RGD修飾的金納米顆粒

三縮乙二醇聚谷氨酸酯修飾金納米顆粒

氨基糖修飾金納米顆粒復合材料

鈀原子Pd修飾Au納米粒子

谷胱甘肽包裹的銀納米粒子AgNPs (GS-AgNPs)復合材料

檸檬酸根修飾的銀納米顆粒

月桂酸鈉修飾納米銀顆粒

聚苯乙烯包覆銀納米顆粒

有機酸銀包覆納米銀顆粒

聚乙烯亞胺(PEI)功能化的銀納米顆粒

銀納米顆粒包裹二氧化硅微球粉末

硫醇包裹的銀納米粒子

納米銀顆粒包裹碳納米管材料(CNTs@Ag)

納米銀包裹的聚苯乙烯微球(PS)復合材料

納米銀修飾的聚偏氟乙烯納米纖維

二氧化硅包覆的銀納米顆粒

銀納米顆粒（AgNP）標記AFB 1-牛血清白蛋白（AFB 1 -BSA ）共軛物

改性金屬-有機骨架(MOF)/銀納米粒子(AgNPs)/核桃殼生物質碳(BC)的納米復合材料BC/Cr2O3/Ag

銀納米顆粒（AgNPs）改性的聚酰胺（TFC-FO）膜

銀納米顆粒修飾的還原氧化石墨烯（Ag-rGO）

β-環糊精修飾的銀納米顆粒

zzj 2021.3.18