与传统的光学探针相比,金纳米粒子作为光学探针有着更好的稳定性和易制备、修饰的特性,并且在光学信号和生物兼容性方面都有着很大的优势,从而使金纳米粒子在生物传感器和生物成像以及在生物医学领域和分析化学领域等方面有着广泛的应用。在单粒子光谱技术与单粒子成像的优势中,金纳米粒子由于本身具有一定的光学特性,进而在单细胞层面上可以与生物功能性分子相结合成为了研究学者们研究细胞的一种有力工具。本论文将紫外-可见吸收光谱技术、原子力显微镜单分子示踪技术结合在一起,研究金纳米粒子与细胞之间存在的细致相互作用,以及金纳米粒子进入细胞的动态过程。具体结果摘要内容如下:1.我们根据金纳米粒子具有的吸收特性,通过采集金纳米粒子吸收光谱来研究,金纳米粒子与细胞之间的相互作用。通过实验发现纳米粒子与细胞孵育以后也会存在一个明显的吸收峰,此吸收峰和不与细胞作用的纳米粒子吸收峰相比有微小的红移。利用离散偶极子近似(discrete dipole approximation-DDA)理论,进行理论模拟,得出了纳米粒子与细胞孵育和纳米粒子单独存在时悬浮溶的液吸收峰。利用高斯拟合,得到吸收峰的峰值位置,理论模拟与我们在实验中所得的吸收光谱值存在5nm的误差,这说明我们的实验是可行的。同时实验结果表明:金纳米粒子与细胞孵育后,其吸收峰会发生红移现象。吸收峰红移说明:纳米粒子周围的介电环境发生了变化,即纳米粒子只有与细胞发生了相互作用,周围的介电环境才会发生变化。同时在纳米粒子浓度降低时,降低的金纳米粒子与细胞孵育后的吸收峰在三个浓度之间没有发生变化。而与单独金纳米粒子的吸收峰相比而言,它发生了吸收峰红移的现象。这充分说明金纳米粒子与细胞孵育以后会使吸收峰发生红移,吸收峰红移的原因是纳米粒子周围的介电环境变化所引起,金纳米粒子周围介电环境变化就充分说明纳米粒子被内吞到细胞内部。2.用原子力显微镜单分子示踪技术记录了不同尺寸的单个金纳米粒子进入到细胞中的动态过程。通过实验我们得出:分别为5nm、10nm、20nm的纳米粒子与细胞作用的内吞力的范围大约在20p N至140p N之间。同时,在纳米粒子的粒径逐渐增大时,纳米粒子与细胞之间的作用力与作用时间会随着纳米粒子与细胞接触面积的增加而增加,同时进入的平均速率会随着进入距离的增大而有所减小。做了对照和阻碍实验,说明纳米粒子与细胞之间存在一种特殊的作用力,而且纳米粒子的内吞是通过细胞质膜上胆固醇的作用,依赖于网格蛋白或小窝蛋白的介导进入细胞内部。以上工作阐明:金纳米粒子与细胞孵育以后,纳米粒子会进入到细胞内部,并且在金纳米粒子进入细胞的过程中,将会与细胞膜上的物质存在一定的关系。实验中根据紫外-可见吸收光谱的峰值变化,表明金纳米粒子被内吞到细胞中。同时我们利用原子力显微镜单分子示踪技术研究不同尺寸单个纳米粒子与细胞作用的动态过程,这一工作为以后研究药物转运具有重要意义。