糖 - 金纳米粒子的合成 - 化学试剂定制合成网

尽管这种贵金属具有很大的惰性，但Au可以与含硫化合物（即硫醇或二硫化物）形成稳定的键[9,10]，并且可以用有机分子容易且稳健地官能化AuNPs。GAuNPs的合成方法可分为三大类

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图1：糖 - 金纳米粒子合成方法的示意图。

第一个包括一步制备涂有硫代葡萄糖苷的超小球形金纳米颗粒[4,11-16]。该过程由Penadès及其同事[15]于2001年开发，是一种改良的Brust-Shiffrin方法[17]，基于在硫醇末端新糖结合物存在下通过NaBH 4原位Au 3+还原。按照这种方法，可以快速合成AuNPs，其特征是在NP表面上具有升高的聚糖密度和1-10nm直径范围[4]。此外，该合成方法允许以受控比例引入不同类型的碳水化合物和其他配体（即聚乙烯链，脂质，肽，DNA，RNA或荧光染料）[4]。该技术的改进在于应用“巯基硫醇”配体交换方法，其允许通过在AuNP合成后引入少量不同的配体进行表面多样化[11,12,18]。最近，Seeberger小组报道了一种简单的一锅法制备葡萄糖稳定的超小型AuNPs，只需在室温下混合Au 3+盐和硫代葡萄糖苷作为还原剂和稳定剂，而不添加NaBH 4 [19]。

两步合成程序包括通过临时化合物（即柠檬酸盐，胺或膦）稳定的AuNP的初始合成，然后是配体交换方案以引入硫醇化糖分子[20-22]。在此框架中，Turkevich方法[23]是生产柠檬酸盐封端的球形纳米颗粒的最常用方案，其直径尺寸在10和50nm之间。值得注意的是，通过使用表面活性剂或模板剂（即AgNO 3或十六烷基三甲基溴化铵，CTAB），可以用这种方法实现对核心形态的控制，如合成甘露糖和半乳糖官能化纳米棒和纳米星[24]或氨基葡萄糖包覆的纳米星AuNPs[22]。对于其他方法，该方案的主要缺点是反应时间较长（12-24小时），聚糖载量较低，难以精细控制有机壳组成。

最后一类收集了基于糖残基与预先形成的AuNP的金属表面上显示的配体的化学缀合的所有方案。尽管NP合成和第一涂层需要更长的时间，但该方法的主要优点是使用较少量的珍贵糖残余物并且可以利用不同的正交表面官能化。用于此目的的反应（即点击反应，酰胺化，通过羰基二咪唑和全氟苯基叠氮化物（PFPA）光偶联的共轭）必须与水（AuNP制备的常用介质）相容[25-29]。Tian和同事[28]描述了三步法的一个例子。。首先用单层二硫醇 - 环辛炔间隔物涂覆AuNP。然后，炔烃部分通过无铜应变促进的炔 - 叠氮化物环加成（SPAAC）与甘露糖基叠氮化物反应，得到GAuNP。另外，Yan和同事开发了一种三步光耦合程序，用于固定纳米粒子表面的碳水化合物[27]。首先通过配体交换反应将AuNP用PFPA-硫醇单层包被，然后通过光电偶反应固定碳水化合物。

Glyco-gold nanoparticles：设计和结构特性

GAuNP由两个主要实体构成，金属核和有机表面（即单寡糖和多糖）。这些实体的特征与其应用和有效性密切相关（图2）。因此，需要仔细设计GAuNP才能获得性能最佳的系统。

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图2：糖 - 金纳米颗粒：金属核和糖涂层有助于生产通用的糖 - 纳米材料。

金芯：光学特性

广泛用于生物医学应用的AuNPs具有惰性，抗空气氧化和腐蚀[30]。这种化学非反应性和惰性使AuNPs成为体外和体内装置发展的杰出候选者[31,32]。此外，体外和体内短期降低的AuNPs毒性已被广泛记载[10,33-38]。AuNP具有许多独特的光学性质，强烈依赖于金属核的尺寸和形态。当AuNP尺寸与金费米波长相当时，纳米粒子获得光致发光特性[31]。这些小簇通常具有0.5至2nm的直径。当簇更大时，它们不呈现荧光发射，但它们在520nm附近显示出局部表面等离子体共振（LSPR）。这种现象在于金属自由电子的集体振荡，由撞击AuNPs的光诱导[31,39]。AuNP表面等离子体共振依赖于大量参数，如AuNP周围的大小，形状，形态和环境[40]。通过控制这些参数，可以通过可见光和近红外光谱调节LSPR峰。作为LSPR过程的影响，入射光强烈衰减，并且在AuNP表面附近产生强电场。这些电场非常令人感兴趣，因为它们可用于增强靠近NP表面的拉曼信号的强度，在生物医学诊断（表面增强拉曼光谱，SERS）中得到广泛研究。当纳米颗粒具有不规则形状，产生磁场的各向异性分布时，这种效应甚至更强烈[41]。AuNP光学性质已经被广泛用于GAuNP的设计中，其具有诸如比色生物传感器之类的有趣应用。基于LSPR现象，AuNP的受控聚集和分解反映在胶体溶液颜色的可检测变化中。因此，开发了几种用于检测蛋白质[42]，凝集素[25,27,43]，癌症生物标志物[28]和病毒[44,45]的生物传感器。超小金纳米团簇和纳米点的光致发光特性已被用于检测大肠杆菌（含有甘露糖结合受体的细菌）[46]和血清中的甲状腺球蛋白[47]并利用共聚焦激光显微镜（CLSM）和流式细胞仪研究树突状细胞的内化途径[48]。此外，即使是基于光散射的技术，如暗视野显微镜（DFM），也可以方便生物传感应用，因为单个AuNP散射的光可能比染料发出的荧光强约100万倍[49]。，50]。

金核心：大小和形状的作用

AuNP核心尺寸和形状是考虑多价碳水化合物呈现的重要参数[51-53]。事实上，当NP尺寸更大并且曲率半径减小时，可以获得更密集的配体填料。Lin等人在研究志贺毒素和多价GAuNPs之间的相互作用时已经强调了这一观察结果[52]。。作者比较了4,13和20 nm AuNPs的亲和力，证明了当直径增大并且表面变得更平坦时，促进了与蛋白质结合位点的相互作用。除了AuNP尺寸外，NP形状还会影响金属表面上显示的活性分子的有效性。特别是，由Mitragotri及其同事进行的体外研究报道，通过调节NP形状可以增强内皮靶向特异性。通过使用微流体合成血管网络，作者证明杆状NPs与球形NPs相比表现出升高的特异性积累[54]。最近，Kikkeri等人。发表了两篇有趣的论文，评估了AuNP形状对碳水化合物表现和活动的影响[24,55]。在第一项工作中，作者报告了使用GAuNPs进行细菌识别和细菌感染抑制。使用涂有半乳糖和甘露糖衍生物的三种不同形态的AuNP（球形，棒状和星形NP）来定量它们对大肠杆菌的结合亲和力。，表明每种形状都可以诱导不同的细菌粘附。实际上，金纳米棒的细菌检测限为0.03±0.01μg/ mL，比球形和星形AuNP敏感80倍。这种差异归因于NP-细菌相互作用中涉及的甘露糖的相对量的差异。2016年同一组研究了AuNP形态对哺乳动物细胞中碳水化合物 - 蛋白质相互作用的影响。特别是，作者研究了不同癌细胞中甘露糖和半乳糖功能化AuNPs的形状依赖性摄取。通过使用酶联免疫吸附测定（ELISA），证明结合的选择性和灵敏度取决于糖性质和NP形态。HeLa的细胞摄取实验，

糖化功能化：涂层密度

除了无机核外，周围的有机壳在GAuNP的化学 - 物理性质中起着至关重要的作用。事实上，有机官能化赋予纳米材料隐形能力和生物相容性。此外，当金属表面装饰有活性靶时，GAuNP可以充当智能探针，甚至利用多价效应。

一些研究集中在研究改善纳米材料表面糖密度的合成技术[45,56-58]。Prosperi和他们的同事利用甘露聚杯涂覆十二烷醇AuNPs，利用疏水相互作用，获得了针对癌细胞的有效靶向[56]。类似地，可逆加成 - 断裂链转移（RAFT）聚合方法已被用于制备用复合聚糖结构修饰的“多拷贝 - 多价”AuNP。高度分枝导致了强烈的选择性认可[57,58]有可能调节糖苷负荷。即使碳水化合物负荷很重要，并不总是高碳水化合物密度反映在改善的亲和力，它取决于观察到的生物事件[18,59-64]。例如，在碳水化合物 - 蛋白质相互作用的情况下，NP表面上的碳水化合物配置比活性分子的负载更重要。像凝集素一样，蛋白质的特征在于不同的亚基具有活性口袋之间的特征距离，因此受控的碳水化合物密度可以导致更好的分子呈现[60]。

Saccharidic functionalization：链接器的重要性

用于从Au表面分离聚糖的接头是GAuNP设计中考虑的另一个基本因素。通常，大多数间隔物是硫醇接头，利用金和硫之间的强软 - 软相互作用。间隔物对于稳定周围介质中的GAuNPs具有至关重要的作用，这在比色生物测定的情况下是基础，其中NP胶体稳定性可以强烈地影响聚集状态，并因此影响分析结果[43,45,66]。Woods等人在最近的一篇论文中进行了一项计算研究，以评估间隔物在聚糖 - 蛋白质相互作用中的作用[67]。作者在化学结构，长度和刚度方面考虑了不同类型的间隔物，并证明较长的接头是最佳性能的接头，可以更好地获得蛋白质袋。此外，他们表明刚性间隔物可能通过与蛋白质表面产生不利的相互作用而阻碍结合，而柔性间隔物导致更好的碳水化合物呈现和随后与靶标的相互作用。Schlecht及其同事通过实验证明，GAuNPs对P-选择蛋白的结合选择性不仅受间隔物长度的影响，还受蛋白质袋旁边酰胺键的存在的影响[51]。

糖类功能化：胶体和隐形能力

GAuNP在生物介质和细胞内环境中的胶体稳定性和隐形能力是这些纳米材料功效的基本问题[68]。隐形涂层的使用是减少或抑制与血浆蛋白（所谓的“蛋白质冠”）的非特异性相互作用的有效策略，其可以改变GAuNP生物学特性，影响聚集和细胞摄取[69-71]。Moya及其同事通过荧光相关光谱（FCS）深入研究了葡萄糖-AuNPs的细胞内动力学和聚集[12]。。他们证明GAuNPs无处不在地分布在细胞内，如单个NP或小聚集体，表明细胞内稳定性很强。Liz-Marzan等。评估了聚糖配体减少杆状AuNPs周围蛋白质电晕形成的能力[71]。与柠檬酸盐-AuNP相比，乳糖和聚乙二醇（PEG）官能化的金纳米棒在降低与蛋白质的相互作用方面表现出相似的能力。此外，比较巨噬细胞NP摄取，作者证明乳糖壳可以比PEG涂层更有效地防止吞噬作用。

深入了解可能影响GAuNP行为的任何方面对于推动纳米系统的正确设计非常重要，并且与最终的生物应用密切相关。