磁场诱导的金纳米壳颗粒在多尺度上的组装，集体光热性质和对NK细胞作用的研究

In the last grant, the aggregates of nanoparticles were discovered to be capable of regulating the growth and the function of osteoblastic cells and NK cells. The key issue here is effect of the morphology as well as the transduction efficiency on the interface between the aggregates and the cells. Therefore, we proposed to combine the top-down and the bottom up approaches to assemble the gold nanoshells in the multi-spatial scale to get the order assemblies. In this project, we are to study the formation of the multi-spatial scaled areas for assembly by slectively etching the hydrophobic self assembled monolayers, the process of field mediated assembly of gold nanoshells in the different spatial scales by the light scattering, and the modulation of spatial scale on the assembled morphology. Then we will investigate the plasmonic coupling of individual nanoshells by the optical characterization and the corresponding photo-thermal property. Finally, we will explore the effect and the physichemical mechanism of the colloidal assemblies on the NK cells based on the above-mentioned results. Our project will be valuable in the biomedical application of gold nanoshells and promote the attentions to the role of assemblies morphology in the research of interaction between nanoparticles and cells.

本项目在前期研究中发现的纳米颗粒集体组装结构可调控细胞生长形态和功能的基础上，针对不同尺度上纳米组装结构的有序性和能量变换性质对细胞功能的影响这一核心问题，提出在基于模板的刻蚀产生的不同尺度组装区域上利用磁场组装非磁性的金纳米壳颗粒形成有序结构的设想。研究在磁场作用下金纳米壳颗粒形成有序组装结构的过程以及磁力和组装区域尺度对组装结构有序性的协同调控作用，通过金纳米壳组装体的集体光学性质研究不同尺度下组装结构中单体间的耦合作用并进而研究组装结构调控的集体光热转换性质，最后基于金纳米壳颗粒的组装结构和光热转换性质研究不同尺度上的金纳米壳组装结构对ＮＫ细胞杀伤肿瘤的功能增强作用，探讨这种增强作用的物理化学机制。本项目的开展将有利于深化磁场控制非磁性纳米颗粒形成有序组装结构的研究，扩展大规模有序纳米结构在生物医学领域中的应用，为功能纳米结构介导的电磁场对细胞功能的调控研究打下物理化学基础。

金纳米材料因为其良好的生物安全性、丰富的表面性质以及表面激元共振特性，已经在生物医学领域得到了越来越广泛的重视和应用。因为生物体本身是在多尺度上有序的，因此要求金纳米材料也能够在多尺度上具有有序结构，与细胞发生相互作用。本项目针对金纳米材料的热效应对免疫细胞的作用，着力研究金纳米颗粒在多尺度上的有序组装及在外加电磁场作用下的磁热效应，取得了一系列进展，为金纳米材料热效应的临床应用提供了一定基础。主要研究结果包括：1）发现交变磁场可以诱导金纳米壳颗粒在微米尺度的凹槽中形成同心圆状的组装结构，其机制可能在于交变磁场产生的涡流效应对于流体作用的结果；2）利用层层自组装方法制备了一种均匀、稳定、致密的金纳米颗粒膜，该自组装颗粒膜具有良好的拉曼增强特性，并且随着组装层数的增加，金纳米颗粒膜的拓扑结构发生变化，导电性显著增强，从而可以通过涡流效应在交变磁场下产热；3）基于能量吸收截面和坡印廷定理，从电极化率虚部变化的角度提出了一种可能的金纳米颗粒组装膜在交变磁场下的磁热效应机制解释。项目期间发表SCI论文14篇，包括在材料领域的高水平期刊Advanced Materials上2篇。撰写图书章节1章，获得专利授权3项，在各种学术会议上做邀请报告多次。