《城市快报》以《把金子做成纳米颗粒,再组装起来》为题对我校做了报道
2014年12月25日,《城市快报》第15版以《把金子做成纳米颗粒,再组装起来》为题对我校做了报道,现将全文转发如下,以飨读者。
把金子做成纳米颗粒,再组装起来
天津工业大学新科研成果,可用于杀灭癌细胞
李宁
以往,人们对物质的研究,是以厘米、毫米为单位的。所以,当上世纪90年代,纳米研究兴起之后,引起了人们对于物质微观世界的无限好奇。
按照专业解释,纳米是一个长度单位,是10-9米,形象地解释,即把1米分成10亿等份,每一份的长度则为1纳米。它非常微小,用一些科普作家的话来说,把一纳米长度的东西放在一个乒乓球上,其形成的对比,就相当于把乒乓球放在地球上一样。这样的长度,甚至曾经被视为光学显微镜无法观察到的极限,直到上世纪80年代,借助美国科学家罗雷尔博士发明的扫描隧道显微镜,人类对物质的观察才进入了纳米尺度。
如今,人们不仅可以在纳米尺度对世界进行观测和解读,甚至可以在此尺度上对物质进行调控。天津工业大学与中科院过程工程研究所、北京大学化学学院相关课题组共同合作,通过组装不同粒径大小的金纳米颗粒,得到了一维金纳米链,并且,科研人员成功将其应用到生物热疗领域。据悉,通过光照,这种一维金纳米链可以用来杀灭癌细胞。
物质可以在纳米尺度被组装
据研究的主要参与者、天津工业大学环境与化学工程学院教师尹振博士介绍,他们做这项研究的初衷,其实是想在微观层次的纳米尺度上进行物质调控。
“以前人们可能会想,在10-9米的尺度上对物质进行组装,这怎么可能?但是我们设计出了这样一种体系。简单来说,就是我们先把物质做成纳米级别的,然后在溶液中通过精确调控颗粒之间的相互作用力,组装出我们想要的一维纳米结构。我们所用的溶液是NaCl和氨水溶液,通过调节溶液中无机盐的种类和浓度,我们可以得到具有不同性质的纳米链。”尹振说。
尹振博士介绍说,所谓的一维,其实指的是一条线。“按照我们通常的理解,一个点被看做是0维的,线是一维的,平面是二维的。一维纳米链,实际上就是由纳米颗粒组成的链条。”尹振告诉记者,目前对于纳米结构体系的研究已经成为热点研究领域,但人们并没有找到有效的办法得到结构、性质稳定的一维纳米结构。所以,他们的研究成果得到了国内外的广泛关注,并以封面形式发表在国际某知名科学杂志上。
“后来,我们在研究中得到了稳定的一维金纳米链,即由金的纳米颗粒组成的链条。在最初的研究阶段,我们并不清楚能否成功地构筑稳定的一维金纳米结构。然而,后来测试结果表明,该结构具有非常良好的生物相容性和近红外热效应,因此我们敏感地意识到它在肿瘤热疗方面可能会有潜在的应用。”尹振说。那之后,他们开始了在肿瘤热疗领域的一系列实验。
一维金纳米链可以用来杀灭癌细胞
“我们把得到的一维金纳米链配置成溶液,其颜色是偏蓝色或者偏紫色的,非常漂亮。然后,我们将这种溶液注射到细胞溶液中,在低氧环境中,用红外光照射细胞的局部。通过测试,照射后金纳米链的温度可以达到五六十摄氏度,甚至70摄氏度,很快就把癌细胞杀死了。除此以外,我们还在一维金纳米链外面包了一层具有生物相容性的氧化硅材料,如此一来,不但将金的生物毒性大大降低,而且极大地增强了一维结构的稳定性,这是别人没有做过的。通过细胞实验,我们确定这种治疗方法是简单有效的,但接下来还要做活体实验,如小白鼠实验,之后再进行临床试验,才有可能真正将其应用到临床治疗中。这中间,还有很遥远的路要走。”尹振说。
尹振告诉记者说,手术、放疗、化疗和生物疗法是目前治疗肿瘤的常见方法,其中,放疗和化疗在杀灭癌细胞的同时,会对正常的细胞和组织造成损伤。在这种情况下,副作用更小的热疗逐渐受到重视。
“和普通细胞相比,肿瘤细胞对热的耐受性比较低,正常细胞可以耐受42摄氏度到43摄氏度的高热,但是癌细胞在42摄氏度时,差不多两个小时就可以被杀死。所以,肿瘤热疗的最低温度一般被设定在42.5摄氏度。”尹振说:“肿瘤热疗的历史可以追溯到公元前5000年,埃及的一位医生用加温的方法治好了乳腺肿物。1866年,德国一位医生首次在论文中,提到了高烧杀死癌细胞的案例——一个小孩儿的面部肿瘤,在这个孩子高烧后消失了。虽然肿瘤热疗很早就出现了,但因为科技不发达导致的加温方法简单等问题,肿瘤热疗直到这些年才被重视起来。”
近些年,因为具有特殊的性质,纳米材料在肿瘤热疗中被越来越广泛地应用——上世纪90年代,德国医生曾经尝试用氧化铁纳米材料治疗癌症,美国科学家则用纳米金壳进行治疗。这些尝试,都收到了不错的效果。
据尹振说,与可以在热疗领域应用的一维金纳米链相比,他们的研究方法也许更为重要——这不仅提供了一种普适的方法用于制备稳定的一维金纳米结构,而且可以促进其在光学、电子学、生物医学等领域更广泛的应用。本报记者李宁