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?未涂布的金納米粒子容易在溶液中聚集并且可能在激光的照射下熔化，這兩者都將導致其光學性質的發生顯著變化。 當其表面化學性質被化學官能團適當地鈍化后，它們可以在廣泛的生物、物理和環境條件下抵抗聚集、形狀變化，從而保持它們的光學性質。 一種如此強大的官能團已經被證明能夠增強金納米顆粒的熱力學和化學穩定性，它是二氧化硅涂層。 二氧化硅涂層賦予的優異的穩定性和功能性使其成為下述許多應用的最佳選擇。

圖1中顯示了二氧化硅涂覆的金納米球和納米棒的實例。

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圖1所示 掃描電子顯微鏡(SEM)圖像的(a)硅涂層金納米球和(b)硅涂層金納米棒。

二氧化硅金納米顆粒的表面化學性質和合成

? ? ? ? 金納米粒子的二氧化硅涂層使用包括原硅酸四乙酯（TEOS）的經典St?ber方法在金表面上形成高度分支和介孔硅氧烷聚合物。 金表面上二氧化硅層的厚度可以根據反應時間和試劑濃度來調整。 所得到的表面上的硅氧烷聚合物（稱為二氧化硅）具有羥基（-OH）基團，可以用作化學手柄進行進一步的官能化。而且，異質雙官能硅烷連接體容易與二氧化硅反應，能夠將各種配體（如聚乙二醇（PEG））連接至二氧化硅表面（圖2）。

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圖2.二氧化硅涂覆的金納米顆粒表面化學，顯示具有羥基官能團的裸二氧化硅表面（左側）和可用不同端基官能化的聚乙二醇（PEG）涂覆的納米顆粒，包括胺，硫醇，馬來酰亞胺和N- 羥基琥珀酰亞胺等

二氧化硅涂層金納米顆粒的性質和優點

? ? ? ? 金的二氧化硅涂層在涉及金納米顆粒的許多應用中是有優勢的。 特別是在和脈沖激光器有關的應用中，二氧化硅涂層顯著增強了金納米棒的熱力學穩定性。 如圖3所示，具有標準涂層（例如PEG，CTAB或其他小聚合物）的金納米棒從脈沖激光器吸收足夠的能量后便熔化了。對從近紅外波長到可見光譜的光的吸收和散射都會發生相應變化.其中，對于一致近紅外光的吸收是關鍵的應用，具有標準涂層的金納米棒可能產生不可靠的結果。換句話說，二氧化硅涂覆的金納米棒可以抵抗形狀變化，并且可以在更高的光強（能量密度）水平下保持其光學特性（見圖4）。?

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圖3. 脈沖激光曝光之前（左）和（右）之后顯示的金納米棒及其光學性質。 沒有二氧化硅涂層的標準金納米棒非常不穩定，并且響應于激光吸收而熔化，降低它們在近紅外波長處的光的吸收和散射。

圖4.二氧化硅涂覆的金納米棒在以不同強度（能量密度）水平暴露于300個脈沖、波長為808nm光后的吸收光譜。對于高達20mJ / cm 2的能量密度，二氧化硅涂層顆粒熱力學穩定（它們抵抗形狀變化）。

? ? ? ? 除了熱力學穩定性（抗熔化）和膠體穩定性之外，金納米棒的二氧化硅涂層還賦予了金納米粒子其他顯著的性質和優點。 例如，二氧化硅涂層增加了用于綴合抗體或其他靶向部分的表面積。 而且，二氧化硅是多孔的，可通過物理吸附或共價連接來加載藥物、染料分子或其他顯像劑。 二氧化硅涂層還限制了納米棒在高濃度下的聚集，使等離子體激元耦合的效應邊緣化，并允許其濃度獨立、保持其光學性質。 最后，例如在光聲成像時，金納米粒子上的二氧化硅涂層可以增強3倍以上的成像對比度。

? ? ? ? 聚乙二醇化二氧化硅涂覆的金納米顆粒（圖2右）既可以包含了二氧化硅涂層的所有優點，又含有包被納米顆粒的PEG相關的性質，包括較高的膠體穩定性和較低的免疫原性。

二氧化硅涂層金納米結構的應用

1. 光聲成像

當在光聲成像中用作造影劑時，金納米棒吸收來自脈沖激光的光并產生大量熱量。雖然這種熱量是光聲效應所必需的，但它可能造成不好的影響，達到導致納米棒熔化（見圖2）。這種形狀變化導致吸收截面的減小，并因此導致光聲成像對比度的損失。二氧化硅涂層有助于降低金與周圍溶劑之間的界面熱阻（圖5），使顆粒釋放更多熱量到其環境中，具有積極作用：（1）金顆粒可抵抗高流量下的熔化（參見圖3），和（2）由這些顆粒產生的光聲信號比具有標準涂層（例如PEG，CTAB或其它小聚合物）的金納米

顆粒大至少3倍。

熱力學穩定的二氧化硅涂覆的金納米棒和納米球由于其優異的熱力學穩定性，光學性質，生物相容性以及生物綴合的潛力，被廣泛用作光聲對比劑和治療劑。

2. 細胞追蹤

由于光聲成像無創、定量且掃描時間短，在與超聲成像結合之后，它是免疫細胞跟蹤和干細胞植入跟蹤的理想工具（圖6）。 二氧化硅涂覆的金納米棒可以用作光聲成像中的造影劑以實時定量跟蹤植入的細胞并確認有足夠數量的細胞已經到達治療部位。 二氧化硅涂層也有助于促進金納米棒的細胞攝取。

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圖6：第一幅圖顯示了具有峰值吸收676nm、二氧化硅涂層厚度20nm的SiO 2 -AuNR（二氧化硅涂覆的金納米棒）的TEM圖像，并且第二圖確認在活的小鼠肌肉組織中，注射進入去的間充質干細胞內存在SiO 2 -AuNR;第三幅圖顯示肌內注射了通過SiO2-AuNRs標記的間充質干細胞，在無胸腺小鼠的后肢肌肉中的對比增強的光聲圖像（來源：ACS Nano 2012 6（7），5920-5930的許可。 2012年美國化學學會）

3. 靶向藥物運輸

4. 多重成像

靶向二氧化硅涂層金納米棒可在多重成像中用作造影劑，通過靶向納米顆粒向表達不同細胞受體的細胞(圖7)來區分體外細胞內含物。不同峰波長的硅涂層金納米棒可以用來標記每個獨特的細胞類型，以識別特定細胞類型的位置，并生成與分子表達相對應的圖像。

圖7：通過對細胞光聲(PA)圖像的信號處理和統計分析可以特異性地識別細胞內含物，a）在超聲圖像中可以看到細胞內含物。b) 在830 nm處獲得的光聲（PA）圖像可看出細胞內含有硅涂層金納米(SiO2-AuNRs)。c) 通過比較PA信號強度(點)和UV-VIS光譜（實線），可以發現SiO2-AuNRs的光學吸收光譜決定了PA信號的強度。內含物分成3個區域，PA信號強度為它們的平均強度。d)細胞分子圖和超聲圖像進行重疊，830nm激光下的二氧化硅涂層金納米棒以紅色顯示，780nm激光照射下的SiO2-AuNRs以黃色顯示(來源:在Biomed Opt Express的許可下轉載，2011年7月1日;2(7):1828 - 1835。2011年美國光學學會版權所有）。

5. 雙模態、多模態成像

雖然光學成像技術靈敏度高，并且可以以較高的分辨率對患病組織進行可視化，但是它們受到了光在組織中穿透率低的限制。 使用互補成像模式的組合可以幫助優化靈敏度和特異性。 例如，同時增強CT對比度和近紅外光學成像的造影劑可以提供不同水平的造影劑積聚的量化信息。 載有有機NIR染料的介孔二氧化硅涂覆的金納米棒如吲哚菁綠（ICG）可用作雙模式X射線CT和NIR熒光成像的成像探針。

6.表面增強拉曼光譜成像

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有染料嵌入的二氧化硅涂覆的金納米粒子對于表面拉曼增強具有很高的效率，可用作多路復用檢測和光譜成像的光譜標記。這些粒子包括一個用于光學信號增強的金屬核，一個反映光譜特征的報告分子，以及一個封裝的用于保護和接合的硅殼。

7. 雙光子成像

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摻入光敏劑（例如Pd-內消旋四（4-羧基苯基）卟啉（PdTPPs））的介孔二氧化硅涂覆的金納米棒可以用于雙光子光動力治療（圖10）。該光敏劑被摻雜到介孔硅殼的納米通道中，可以通過顆粒內的等離子體共振能量轉移，從包殼的雙光子激發的金納米棒中獲得，并能產生細胞毒性的單態氧來殺死癌細胞。通過提供對熱變形的機械支持，硅基體可以顯著提高金納米棒的雙光子發光穩定性。

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圖10：通過體內成像，研究在腫瘤內注射介孔二氧化硅涂覆的金納米棒-PdTPPs之后，雙光子光動力治療的情況。用蘇木精和曙紅（第一行），TUNEL（第二行，綠色著色），半胱天冬酶-3免疫柱狀圖（第三行，紅色著色）和DAPI（藍色著色）染色制備，用照射24小時后的腫瘤切片進行組織學分析。用介孔二氧化硅涂覆的金納米棒-PdTPPs處理并進行激光輻照（1.2倍，圖6i0，觀察到用凋亡指示劑TUNEL和胱天蛋白酶-3染色顯示對腫瘤生長的抑制。（來源：轉載自Theranostics。2014; 4（8）：798-807）

8. 生物分子探針

9. 催化劑

10. 光子學

總體來說，金納米粒子的二氧化硅涂層可以具有多種優良性質，包括：

· 增強光聲成像或其他使用激光脈沖的成像的信號強度。

·?具有卓越的熱穩定性和膠體穩定性。

·?具有穩定的光學性能，其應用很廣泛，包括多模態成像等。

·?超分子能力促進混合藥物載體和造影劑的使用。

·?靈活的硅烷化學性質，可用于進行共價官能化和共軛處理。

這些獨特的優勢使它成為眾多應用的理想對象。