Nat.Commun：用机械响应性聚合物成像单个纳米结构的瞬态热

【引言】

以高时空分辨率成像纳米材料瞬态热量的能力对于光热疗法（PTT），药物输送，光机械学和生物工程等许多领域的应用开发至关重要。特别是，在单纳米粒子水平上准确的光热测温成为了原位细胞研究有价值的工具。 例如，目前的PTT方法使用光吸收纳米材料在肿瘤细胞中产生局部热源，但不可控制的温度可能破坏邻近的健康细胞。 然而，准确的高时空分辨率测温仍然是一个挑战。

【成果简介】

近日，南京大学朱俊杰教授、陈子轩副研究员（共同通讯）团队开发出了热敏聚合物修饰的金纳米棒（AuNRs@pNIPAAm），由于pNIPAAm分子的亚分子构象变化，其具有温度依赖性的局部表面等离子体共振散射光谱。通过开发的时空分辨暗场光谱仪（SRPS）测量单个金纳米棒上的构象动力学，发现其具有对小至80mK的温度变化的快速（<4ms），线性和可逆的机械响应。相关成果以题为“Imaging the transient heat generation of individual nanostructures with a mechanoresponsive polymer”发表在了Nature Communications上。

【图文导读】

图1 AuNR@pNIPAAm测温原理的示意图

a）AuNR@pNIPAAm的温度响应机制

b）AuNR@pNIPAAm的高分辨率透射电子显微镜图像

c）pNIPAAm的分子结构

d）在25℃时AuNR@pNIPAAm的宽谱暗场散射光图像

e）与d相同，但温度升高到40°C

f）AuNR@pNIPAAm在25℃下的散射光波长分布

g）与f相同，但温度升高到40°C

h）单个AuNR@pNIPAAm颗粒的散射光谱

i）单个AuNRs@pNIPAAm颗粒的平均散射光谱红移作为温度的函数

图2时空分辨暗场光谱仪（SRPS）的工作原理

a）SRPS的装置示意图

b）730nm（蓝色），785nm（红色）激光器和摄像机（黑色）的触发信号波形

c）单个金纳米棒的双通道快照，其散射光波长从750.8变化至759.9 nm

d）当相邻介电函数从1.67变为1.87时，金纳米棒的模拟散射光谱

e）在730（蓝色）和785nm（红色）处的金纳米棒的散射截面作为散射光波长的函数

图3时空分辨等暗场光谱仪（SRPS）的准确性和标定

a-c）730nm通道a），785nm通道b）暗视野快照以及c）从0旋转到360°的单个金纳米棒的散射光波长图像

d）730nm（正方形）和785nm（圆形）通道快照的旋转角度依赖散射强度

e）旋转角依赖散射光波长（正方形）和由同一金纳米棒摄谱仪（圆圈）获得的散射光谱

f，g）说明线性关系的校准曲线

【小结】

该成果展示了单纳米粒子温度计AuNR@pNIPAAm/RGD用于成像癌细胞中的瞬时热量产生。结合宽谱暗场散射光的光谱记录稳定性和激光暗场散射光（亚微米级和毫秒级）的时空分辨率，利用SRPS高通量测量AuNR@pNIPAAm/RGD的温度依赖性散射光波长。通过将光热剂靶向肿瘤组织中的重要细胞或细胞器，可以准确地加热和检测定位区域的温度。这种精确制导的纳米加热器将破坏目标细胞或组织，同时保持邻近的健康细胞的安全。

文献链接：Imaging the transient heat generation of individual nanostructures with a mechanoresponsive polymer（Nat.Commun ,2017,DOI:10.1038/s41467-017-01614-0）

本文由材料人生物材料组Allen供稿，欧洲足球赛事 整理编辑。

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