Các ứng dụng của vật liệu nano bên trong tế bào

Các ứng dụng của vật liệu nano bên trong tế bào
Xem xét lại các ứng dụng của các loại vật liệu nano bên trong tế bào. Công nghệ
nano liên quan đến việc phát triển nghiên cứu và công nghệ ở quy mô nguyên tử,
phân tử và cao phân tử, dẫn đến các thao tác kiểm soát và nghiên cứu về cấu trúc
và các thiết bị với quy mô chiều dài trong khoảng 1-100 nm. Trong hai thập kỷ
qua, các nghiên cứu của công nghệ nano đã tăng mạnh mẽ với hơn ba trăm ngàn ấn
phẩm trong lĩnh vực khoa học nano theo Web Khoa học. Trong số những phát triển
ngoạn mục, một lĩnh vực mới đang nổi lên, kết hợp công nghệ nano và công nghệ
sinh học – công nghệ nano sinh học - đang nhận được sự quan tâm tăng lên [1].
Các cấu trúc nano và các vật liệu (ví dụ, các hạt nano, dây nano, các sợi nano, và
các ống nano) đã được khám phá trong nhiều ứng dụng sinh học (ví dụ, cảm ứng
sinh học, phân sinh học, hình ảnh phân tử, và / hoặc liệu pháp chống ung thư) vì
tính chất mới và các chức năng khác nhau của họ drasti-Cally từ các đối tác lớn
của họ. Đặc biệt, khối lượng cao / tỷ lệ bề mặt, mặt tailorability, cải thiện Solu-
bility, và multifunctionality nhiều khả năng mở mới cho y sinh. Hơn nữa, các tính
chất quang học nội tại, từ trường, và sinh học của vật liệu nano cung cấp cơ hội
nhận xét, có thể nghiên cứu và điều chỉnh các quá trình sinh học phức tạp cho các
ứng dụng y sinh học một cách chưa từng thấy. Kể từ cuộc sống bản thân, về cơ
bản, là một tập thể của các quá trình ở cấp độ nano trong các tế bào [2], nó là
không thể tránh khỏi và cần thiết để hiểu các tác động của sự hiện diện của vật liệu
nano bên trong các tế bào khi một trong những khám phá những lợi thế và những
lời hứa của vật liệu nano cho các ứng dụng y sinh.
Rõ ràng, các ứng dụng thành công của nanomate-rials trong sinh học và y học đôi
khi yêu cầu họ nhập vào các tế bào. Sự tham gia của các vật liệu nano vào tế bào
có để vượt qua một rào cản lớn, đó là, các màng tế bào bao gồm một bilayer lipid
nm mỏng với các protein nhúng hoặc ngoại biên kèm theo. Mặc dù nó không phải
là một vấn đề triv-ial, vật liệu nano có thể nhập vào các tế bào thông qua một số
quy trình được biết đến, bao gồm cả sự hấp thu không đặc hiệu (i) bởi endocytosis,
nơi mà các vật liệu nano thường kết thúc trong endocytic compart-ments, (ii) trực
tiếp microinjection của nanoliter của sự phân tán của vật liệu nano, là một thủ tục
tẻ nhạt và chỉ áp dụng đối với một số giới hạn của các tế bào, (iii) electropora-tion,

sử dụng phí để cơ thể đẩy vật liệu nano''''qua màng tế bào, và (iv) trung gian / mục
tiêu dựa trên sự hấp thu trên bề mặt của vật liệu nano functionalization bằng cách
sử dụng tương tác được biết đến sinh học, quảng bá [3]. Trong số các quá trình này,
những người cuối cùng giữ lời hứa lớn và cung cấp sự linh hoạt thuận tiện bởi vì
vật liệu nano-bản thân họ thường cần một bề mặt tương thích để tương tác với các
tế bào trước khi thực hiện các chức năng của mình. Usu-đồng minh, các vật liệu
nano cần phải tương thích với các hệ thống sinh học, ngoài các yêu cầu ITY nước
tốt-solubil. Mặc dù có một số chiến lược phát triển để phủ lên vật liệu nano để trao
hòa tan vào nước tốt và các chức năng mong muốn, một lớp phủ bề mặt lý tưởng
phải đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau đây: (i) ngăn ngừa các vật liệu nano từ sự kết
hợp không mong muốn trong thời gian lưu trữ lâu dài; (ii ) duy trì hòa tan vào
nước tốt; (iii) duy trì các chức năng của vật liệu nano, và (iv) đảm bảo
biocompatibility trước khi vật liệu nano tương tác với các đối tượng mục tiêu của
họ. Trong bài viết này xem xét, thông qua việc chú ý đặc biệt đến các phương thức
nhập tế bào và sửa đổi bề mặt của vật liệu nano bất cứ khi nào có thể, chúng tôi
cung cấp được lựa chọn thi-ples của các loại vật liệu nano bên trong các tế bào đã
được báo cáo gần đây và thảo luận về những thách thức và mỗi-spectives cho các
ứng dụng y sinh học có liên quan. Thứ nhất, chúng tôi tóm tắt một thời gian ngắn
sử dụng các chấm lượng tử (QDs) là tàu thăm dò ổn định quang học cho các tế bào
và hình ảnh phân tử và các hạt nano kim loại (ví dụ, Âu hoặc các hạt nano Ag) là
tàu thăm dò bề mặt hoặc plasman Raman cho các phân tử cảm biến. Thứ hai,
chúng tôi mô tả chi tiết về các Appli y sinh-cation của các hạt nano từ tính khi các
hãng phân phối thuốc, đại lý theo dõi di động, các đối tượng thao tác phân tử, và
các đại lý tăng thân nhiệt. Cuối cùng, chúng tôi thảo luận về các sợi nano như là
các yếu tố di động trong nội bộ cảm biến và các sợi nano tự lắp ráp trong tế bào
như là một phương pháp tiếp cận mới để gây ra cái chết của tế bào ung thư. Tổng
quan này dự định mẫu từ QDs để các hạt nano từ tính, từ các hạt nano với sợi nano,
từ functionalization của họ đến các ứng dụng y sinh của họ, và từ các công trình
gần đây để quan điểm, trong hy vọng để phác thảo những thành tựu này thú vị như
là điểm khởi đầu trong lĩnh vực nanobiotechnology.

QDs như thuốc nhuộm huỳnh quang
Một trong những mặt trận phía trước tiên tiến nhất và thú vị của công nghệ sinh
học nano là các ứng dụng của QDs trong sinh học và y học. QDs tìm thấy nhiều
ứng dụng trong sinh học bởi vì sự thay đổi đường kính của họ chỉ là thay đổi đáng
kể phát thải của quang phổ (Hình 1a). Một số ứng dụng hữu ích, trongviệc nghiên
cứu các quá trình phân bào có tầm quan trọng cơ bản trong sinh học, đã nêu bật
tiềm năng của công nghệ sinh học nano QDs. Như bây giờ được công nhận, ngoài
quang phổ phát xạ hẹp, điều hướng, và đối xứng của họ, QDs có sự ổn định lớn
hơn nhiều thời gian và sức đề kháng để tẩy trắng-hình ảnh hơn thuốc nhuộm huỳnh
quang làm. Hơn nữa, sự hỗ trợ của functionalization bề mặt phù hợp, QDs huỳnh
quang có thể liên kết với phân tử sinh học để tạo điều kiện hình ảnh chọn lọc của
các tiểu cụ thể cấu trúc tế bào. Hơn nữa, việc sử dụng đồng thời của QDs với một
loạt các quang phổ phát xạ sẽ mở ra các cách để sử dụng mã hóa ghép quang học
để nghiên cứu-ing hệ thống phức tạp sinh học. Thật vậy, khả năng làm QDs tan
trong nước và mục tiêu của họ để phân tử sinh học cụ thể đã dẫn đến các ứng dụng
hứa hẹn trong hình ảnh mô tế bào vùng sâu, ghi nhãn,, khảo nghiệm, ghi nhãn, và
khi chuyển huỳnh quang tiết kiệm năng lượng cộng hưởng (băn khoăn) các nhà tài
trợ. Một số đánh giá chi tiết và tuyệt vời đã thảo luận về việc tổng hợp, sửa đổi
functionalization mặt và, và applica-y sinh học tế của các QDs [4-6], mà cũng chỉ
ra một nhu cầu rõ ràng về khái niệm sáng tạo và ý tưởng cho những bước đột phá
về các ứng dụng của QDs tại y sinh. Trong giây sau chức, chúng tôi tập trung vào
việc sử dụng tế bào của QDs vì nó đại diện cho một điểm khởi đầu quan trọng cho
sự phát triển của công nghệ sinh học nano QDs.
Chụp ảnh di động
Di động ghi nhãn QDs sử dụng đã có những tiến bộ tiên tiến nhất, thu hút sự quan
tâm lớn nhất, và cũng đã đạt một số giai đoạn thương mại hóa. Trong gần đây,
nhiều báo cáo đã xuất hiện mô tả việc sử dụng các QDs biofunctionalized có kích
cỡ khác nhau để nhãn các tế bào, cho phép hình dung rộng lớn của các tế bào dưới
chiếu sáng liên tục để đạt được hình ảnh nhiều màu. ứng dụng này nhấn mạnh
những lợi thế được cung cấp bởi QDs như là một loại độc đáo của fluorophores. Ví

dụ, các kháng thể có khả năng hiển thị liên hợp của nhiều màu QDs ghi nhãn của
các tế bào sống dựa trên sự hấp thu có chọn lọc endocytotic và ghi nhãn của các
protein bề mặt tế bào. Bằng cách theo dõi sự phát xạ QD hơn một tuần phát triển di
động, họ đã báo cáo rằng các tế bào có thể chịu đựng QDs trong thời gian dài của
thời gian [7-9]. Như hình. 1b, sau khi QDs chức năng hóa với các kháng thể khác
nhau đã được uptaken bởi các tế bào hoặc liên kết với bề mặt thụ, các tế bào biểu
mô của con người đã được nhuộm màu bởi QDs năm màu (525-QDs, màu da cam;
565-QDs, xanh lá cây; 605-QDs, đỏ tươi; 655 QDs, Cyan, và 705-QDs với màu
đỏ). Hơn nữa, QDs đã được sử dụng trong hình ảnh sinh học cơ thể. Nie và cowork
ers đã chứng minh ung thư mục tiêu và hình ảnh bằng cách sử dụng CdSe @ ZnS
lõi-vỏ QDs mà cung cấp cho phát thải đỏ. Sau khi được liên kết với các khối u
nhắm mục tiêu theo kháng thể, trong các nghiên cứu in vivo ở chuột thể hiện ung
thư ở người cho thấy rằng các tàu thăm dò QĐ tích lũy ở các trang web khối u
[10].
Đối với các ứng dụng hình ảnh cơ thể sinh học của QDs, các bước sóng phát xạ
huỳnh quang lý tưởng phải ở trong một vùng quang phổ mà trong máu và tế bào
hấp thụ tối thiểu nhưng vẫn bị phát hiện bởi các nhạc cụ. Như vậy, QDs được thải
ở khoảng 700-900 nm trong (NIR) gần hồng ngoại [11] để giảm thiểu các vấn đề
của huỳnh quang bản địa của các mô. Hơn nữa, các tính chất quang phổ của NIR
QDs sẽ cho phép hình ảnh thâm nhập sâu hơn thuốc nhuộm thông thường cận hồng
ngoại [12-15]. Sự phát triển của NIR QDs đã tiến triển nhanh chóng. Gần đây,
Bawendi của nhóm phát triển một số loại QDs với khí thải nearinfrared, như CdTe
@ CdSe vỏ-nhân loại II QDs có đường kính thủy động lực (HD) của 15,8-18,8 nm
và dường như hứa hẹn nhiều ứng dụng (nếu tổng thể kích thước hạt của họ có thể
được tiếp tục giảm) [12]. Sử dụng các bất thường nhỏ (HD <10 nm) [14], tan trong
nước, và NIR (750-920 nm) phát InAs @ ZnSe lõi-vỏ QDs, Bawendi et al. chứng
minh được trong các ứng dụng cơ thể của QDs trong các hạch bạch huyết trọng
điểm (SLN) bản đồ [14]. Những cadmium không-, cận hồng ngoại phát ra QDs thể
trở thành một lựa chọn tốt hơn cho các ứng dụng y sinh học vì chúng là tương đối
biocompatible sau khi chỉnh sửa bề mặt của phối tử hòa tan trong nước

(dihydrolipoic acid, DHLA).
QDs bên trong tế bào này đặc biệt hữu ích cho các tế bào theo dõi để nghiên cứu
phân chia tế bào và di căn. Bởi vì sự ổn định cao và phát thải nhiều màu, QDs có
thể hành động như là một dấu hiệu duy nhất để theo dõi các tế bào ung thư trong
cơ thể trong quá trình di căn là một vấn đề quan trọng trong sự phát triển của
phương pháp điều trị ung thư hiệu quả. Ví dụ, sau khi báo cáo bằng cách sử dụng
đồng thời theo dõi QDs quần thể khác nhau của các tế bào trong mô phổi [16],
Simon và các cộng sự, lấy những lợi thế của QDs và độ phân giải cao huỳnh
quang, QDs kết hợp và quang phổ phát xạ quét kính hiển vi multiphoton để phát
triển một phương tiện extravasations học trong cơ thể. Như hình. 2a và b, ô hỗn
hợp văn hóa của hai dân số của các tế bào B16F10 nhuộm với QDs khác nhau
(510-nm hoặc QDs 570-nm) đã không kết quả trong các tế bào có nhãn với hai
màu vì phân chia tế bào. Để kiểm tra các di căn tế bào trong một môi trường mô tự
nhiên, Simon và các cộng sự đã tiêm dân cư hỗn hợp này vào tĩnh mạch đuôi, trích
xuất và các mô phổi cố định, và sau đó sử dụng khí thải quét kính hiển vi để phân
biệt hai quần thể của các tế bào trong mẫu mô toàn (Hình 2c và d). Ví dụ này cho
thấy tao nhã rằng việc sử dụng kính hiển vi phát xạ quang phổ quét có thể cho phép
đồng thời theo dõi khác nhau QĐ-dân số được dán nhãn của các tế bào trong cùng
một động vật.
Phân tử hình ảnh
Các tiện ích của QDs cho trong hình ảnh phân tử bên trong tế bào cơ thể cũng có
những hạn chế bởi vì nó thường đòi hỏi sự kích thích từ các nguồn chiếu sáng bên
ngoài, mà còn kết quả trong một autofluorescence mạnh mẽ của các thành phần tế
bào. Chuyển phát quang sinh học cộng hưởng năng lượng (Bret), tương tự như
chuyển giao năng lượng cộng hưởng huỳnh quang (băn khoăn) [17,18], có thể khắc
phục vấn đề này khi các enzym (ví dụ, luciferase) trên QDs liên hợp để xúc tác các
phản ứng bioluminescent. Gần đây, Rao et al. báo cáo bằng cách sử dụng Bret
để''''lượt về khí thải của các tiếp hợp QD khi không có sự kích thích bên ngoài, và
chứng minh có thể tạo điều kiện QDs Bret các quá trình hình ảnh phân tử trong tế
bào và động vật nhỏ [19,20]. Khi luciferase (Luc8) xúc tác quá trình oxy hóa của

coelenterazine chất của nó để tạo ra phát quang sinh học để kích thích QDs (Hình
3a), các hợp QD phát ra bước sóng dài (từ đỏ sang hồng ngoại gần) ánh sáng trong
các tế bào và ở động vật, thậm chí ở các mô sâu sắc đối với ghép trong cơ thể phân
tử hình ảnh (Hình 3b-d). So với QDs hiện có, tự sáng QD tiếp hợp có độ nhạy cảm
tăng cường rất nhiều trong hình ảnh động vật nhỏ, với tỉ lệ tín hiệu trên nền cơ thể
của> 103 cho 5 pmol của tiếp hợp [19]. Việc chiếu sáng tự QD tiếp hợp nên mở
nhiều con đường mới cho hình ảnh phân tử, bao gồm rất nhạy cảm trong khảo
nghiệm in vitro, trong buôn bán tế bào cơ thể, hình ảnh ghép, và thiết kế cảm ứng
sinh học sử dụng Bret khí thải đối với báo cáo cụ thể các tương tác sinh học phân
tử. Mặc dù có rất nhiều thú vị và hấp dẫn trình diễn của các ứng dụng y sinh học
tiềm năng cho QDs, các thành phần của QDs, Cd, As, Hg, và Pb [21] mà có thể là
chất độc mạnh, neurotoxins, và teratogens, có bóng đúc vào ứng dụng lâm sàng
của QDs. Ví dụ, nó được báo cáo rằng QDs Cdcontaining thực sự cho thấy khả
năng gây độc cao [22,23]. Mặc dù các lớp phủ bề mặt hiệu quả và mạnh mẽ trên có
chứa kim loại nặng có thể làm giảm QDs giải hấp của các ion độc hại từ lõi, nhưng
nó có thể không hoàn toàn loại trừ khả năng gây độc trong dài hạn. Đối với các
ứng dụng cơ thể, ngay cả khi các kim loại độc hại được chứa, trao đổi chất thanh
toán bù trừ các hạt nano vẫn là một vấn đề, đó là, thật khó để biết về cách các hạt
nano này sẽ được trừ ra khỏi cơ thể. Để giải quyết như thế tiến thoái lưỡng nan,
một chiến lược là thay thế các kim loại độc hại của các yếu tố khác lành tính hơn,
chẳng hạn như CuInSe QDs báo cáo gần đây của Allen và Bawendi [24]. Ngoài ra,
các functionalization của QDs sẽ là một vấn đề mà đòi hỏi một giải pháp tốt hơn.
Cho đến nay, nó vẫn còn thiếu một phương pháp lý tưởng cho các functionalization
bề mặt của QDs có đủ bốn yêu cầu nêu trong phần giới thiệu. Hơn nữa, một trong
QĐ liên kết với một phối tử đơn lẻ hoặc phối tử đơn sửa đổi QĐ (ví dụ, một trong
những hạt nano liên kết với một IgG) vẫn còn là một thách thức đối với việc sửa
đổi bề mặt. Các bước đột phá về những vấn đề này chắc chắn sẽ giúp những ứng
dụng tế bào của QDs.
Vật liệu nano kim loại bên trong tế bào
Kim loại (ví dụ, Ag, Au, và Cu) các hạt nano có các nhà khoa học fasci-ated trong

nhiều thế kỷ, một phần vì các dung dịch keo đầy màu sắc của các hạt nano kim
loại, trong đó dao động cộng hưởng điện tử trên bề mặt của các hạt nano kim loại
quý tộc tạo ra sự cộng hưởng gen nguyên sinh bề mặt ( SPR) khả năng tăng cường
sự hấp thụ và tán xạ Rayleigh (Mie) của ánh sáng bởi các hạt này. Các mối quan hệ
giữa quang phổ hấp thụ hạt SPR và tài sản như kích thước của họ hay môi trường
xung quanh cũng đã được thành lập [25]. Ví dụ, điều chỉnh kích thước và hình
dạng của các hạt từ quả cầu để thanh có thể điều chỉnh sự hấp thu SPR từ hiển thị
với các khu vực NIR. Hơn nữa, các thanh nano rất nhiều sự tán xạ Raman tăng
cường bề mặt của các phân tử hấp phụ. Vì sự hấp thụ cộng hưởng tăng cường của
mình và tài sản nằm rải rác cũng như tán xạ Raman mạnh, các hạt nano kim loại
đặc biệt hữu ích cho các ứng dụng như liệu pháp quang nhiệt, hình ảnh quang học,
và Raman thăm dò [26-33]. Các ái lực cao của các thiol đối với các bề mặt của kim
loại quý tộc cũng tạo điều kiện cho biofunctionalization [34-36] của các cấu trúc
nano kim loại bằng cách sử dụng rộng rãi phát triển và được xác định bề mặt hữu
cơ hóa học [37]. Ở đây, chúng tôi đã chọn hai ví dụ đại diện của vật liệu nano kim
loại để minh họa cho tầm quan trọng của ứng dụng tế bào của họ.
Quang nhiệt trị liệu
Sự phát triển chiều sâu của sự tổng hợp của vật liệu nano đã dành vật liệu nano
kim loại, đặc biệt là vật liệu nano Âu, trong nhiều loại cấu trúc và hình dạng, chẳng
hạn như hình cầu, thanh, hình khối, lồng, và dây điện. Trong số lượng lớn các kim
loại cấu trúc nano, Ag nanocubes [38] và Âu nanocages [39] là hai ví dụ ấn tượng
và thú vị (Hình 4a và b). Nanocages Âu sẽ có sự hấp thụ lớn mặt cắt vì xấp xỉ
lưỡng cực rời rạc, và họ cũng hiển thị một hiệu ứng lớn với các photon bị hấp thụ
quang nhiệt được chuyển đổi thành các phonon (tức là dao động mạng tinh thể) để
tạo ra một bước nhảy nhiệt độ địa hóa. Hơn nữa, các nanocages Âu cho thấy hấp
thụ SPR mạnh trong vùng cận hồng ngoại (trong đó máu và mô tương đối trong
suốt), do đó, họ là đặc biệt hấp dẫn cho các ứng dụng y sinh đòi hỏi phải có sự hấp
thụ có chọn lọc ánh sáng ở độ sâu lớn là mong muốn. Gần đây, dựa trên sự hấp thụ
mạnh mẽ của họ trong khu vực NIR và ảnh hưởng nhiệt của vật liệu nano kim loại,
et al Xia. báo cáo bằng cách sử dụng liên hợp của Âu và khối u nanocages nhắm

mục tiêu theo kháng thể (anti-HER2) để hủy tế bào ung thư vú trong ống nghiệm
kể từ khi phần lớn sự hấp thụ qua các 3,48 × 10-14 m2 tạo điều kiện cho việc
chuyển đổi NIR chiếu xạ vào nhiệt [28,40] . Như hình. 4c, d, sau khi được điều trị
bằng các-miễn dịch sau đó được chiếu xạ nanocages Âu với một laser 810 nm cho
5min, SK-BR-3 các tế bào đã chết trong vùng chiếu xạ. Các tế bào được chiếu xạ
theo các điều kiện tương tự nhưng không có điều trị nanocage immunoAu duy trì
khả năng tồn tại tế bào (Hình 4e và f). Mặc dù có những nanocages Âu tham gia
vào các cancercells bởi sự hấp thu được nhắm mục tiêu vẫn còn phải được làm rõ,
các Âu nanocages nội bào đóng góp hiệu quả hơn hiệu ứng nhiệt.
Vì sự hấp thu mạnh mẽ của nanocages Âu trong khu vực NIR, Xia của nhóm cũng
điều tra các đại lý nanocages phản quang để chụp cắt lớp photoacoustic (PAT) -
một cuốn tiểu thuyết, và lai hình ảnh không ion hóa-ITY phương thức kết hợp các
giá trị của cả hai hình ảnh quang học và phương pháp siêu âm. PAT đã thành công
đã giúp cho thị giác-ize cấu trúc khác nhau trong tế bào sinh học, đặc biệt là vỏ não
của động vật nhỏ. Ví dụ, Âu nanocages, được sử dụng trong PAT, có thể tăng
cường sự tương phản giữa máu và các mô xung quanh trong tex não của chuột-cor,
chỉ ra rằng các nanocages Âu đang hứa hẹn các đại lý tương phản với kỹ thuật hình
ảnh dựa trên sự hấp thụ quang học và đặc biệt cho PAT [ 41]. Chải tăng cường độ
tương phản quang học và hiệu quả quang nhiệt, có thể dẫn đến một kịch bản thuận
lợi như thế: Âu nanocages (decorat-ing với ung thư mục tiêu moieties) nhắm mục
tiêu các tế bào ung thư, điều trị các khối u bằng liệu pháp ảnh nhiệt, và theo dõi sự
chuyển đổi của các khối u (đặc biệt là đối với các khối u não) do ảnh PAT không
xâm lấn. Như vậy, Âu nanocages có thể hoạt động như một lớp mới của các đại lý
kết hợp điều trị chống ung thư nanomedicine và chẩn đoán với nhau.
Đa phương thức cảm biến quang học
Au thanh nano có hai ban nhạc plasmon bề mặt hấp thụ, một dài bước sóng mạnh
mẽ ban nhạc trong NIR khu vực do sự dao động lon-gitudinal của các electron
trong vùng dẫn, và một yếu ban nhạc bước sóng ngắn khoảng 520 nm do sự dao
động điện tử ngang [25] . Ban nhạc hấp thụ dọc, rất nhạy cảm với các tỉ lệ (chiều
dài chia cho chiều rộng) của các thanh nano, sẽ chuyển sang bước sóng dài hơn với

mức tăng cường độ hấp thu sau khi tăng tỉ lệ. Vì sự hấp thu quang điều hướng và
các đặc tính phân tán, Au thanh nano tìm thấy ứng dụng trong cảm biến quang học
và tán xạ hình ảnh. Hơn nữa, Au thanh nano rất nhiều sự tán xạ Raman tăng cường
bề mặt của các phân tử hấp phụ [42]. Những mối quan hệ hợp độc đáo làm cho Au
thanh nano đặc biệt là hấp dẫn như đa phương thức, cảm biến quang học trong tế
bào cho Appli sinh học và y tế-cation.
Kết hợp hình ảnh tối trường ánh sáng tán xạ và quang phổ Raman, El-Sayed và
đồng nghiệp đã chứng minh rằng các Au-peptide liên hợp thanh nano địa hóa trong
tế bào chất của cả hai và hạt nhân của cả hai dòng tế bào bình thường và ung thư
[31]. Như hình. 5, các tín hiệu nội địa hóa hạt nhân (NLS) peptide liên hợp thực sự
thúc đẩy sự hấp thu di động và nhắm mục tiêu hạt nhân của thanh nano Âu. Kết
quả thú vị hơn là các Raman siêu nhạy quang phổ của các thanh nano Âu bên trong
tế bào cho thấy một sự khác biệt giữa các dòng tế bào lành tính và ung thư, ví dụ,
các dòng 731 cm-1, được giao cho adenine, mạnh mẽ hơn trong các tế bào ung thư
hơn trong các tế bào bình thường vì adenine hơn trong nhân tế bào ung thư. Mặc
dù liệu nó có thể phục vụ như là biomarker một vẫn còn phải được thiết lập, kết
quả này cho thấy rằng Âu nanorodsmay trở thành một loại mới ofmultimodal sen-
sors dựa trên hình ảnh quang học (ví dụ, sự hấp thụ NIR, quang phổ Raman) và
hình ảnh tán xạ cho tế bào phân tử cảm biến.
Các hạt nano từ tính bên trong tế bào
các hạt nano từ tính đã tìm thấy các ứng dụng đáng chú ý và thành công-ful trong
sinh học và y sinh học, chẳng hạn như phát hiện mầm bệnh, tách protein, phân phối
thuốc, và tăng thân nhiệt [43-45]. Các ứng dụng nổi bật nhất BioMed-ical của các
hạt nano từ tính là họ hành động hình ảnh cộng hưởng từ (MRI) các tác nhân tương
phản, mà đã nhận được một số chấp nhận lâm sàng [46]. Trong phần này chúng tôi
tập trung vào các ứng dụng của hạt nano từ tính bên trong tế bào, chẳng hạn như tế
bào theo dõi bởi MR hình ảnh, nội bào thao tác của phân tử sinh học của một lực
lượng từ, và đóng gói các tác nhân chống ung thư tiềm năng.
MRI và theo dõi di động
hình ảnh cộng hưởng từ (MRI) là một kỹ thuật chẩn đoán sử dụng chủ yếu trong

các thiết lập y tế để sản xuất cao, chất lượng hình ảnh giải phẫu của cơ thể con
người. Trong thực hành lâm sàng, như là một phương thức không xâm lấn mà sử
dụng từ trường mạnh và bức xạ không ion hóa trong các dải tần số radio, MRI có
thể phân biệt mô bệnh học (ví dụ, các khối u) từ các mô và cũng không-mal, chủ
yếu là do một sự khác biệt giải phẫu. Sự phát triển gần đây của hình ảnh phân tử và
tế bào, với mục đích để hình dung các chỉ dấu sinh học bệnh cụ thể ở cấp molec-
ular và di động, đã dẫn đến sự công nhận phổ biến của các hạt nano từ tính như
MRI đại lý tương phản [47,48]. Chủ yếu dựa trên các tế bào hấp thu của nanoparti
từ-trở ngại, tế bào MRI (CMRI) có thể theo dõi sự chuyển đổi thời gian và không
gian của các tế bào có nhãn với các tác nhân tương phản MR trong cơ quan và mô
[49].
Là một khu vực phát triển nhanh chóng nghiên cứu thực nghiệm, CMRI hứa hẹn sẽ
dịch kết quả từ băng ghế dự bị để cạnh giường ngủ và có thể được sử dụng kết hợp
với các thử nghiệm điều trị lâm sàng di động hoặc trong việc đánh giá các liệu
pháp thuốc mới. Đối với ple-thi, Bulte et al. báo cáo bằng cách sử dụng MR hình
ảnh để phát hiện sự di chuyển tế bào và myelination sau khi neurotransplantation
của từ trường có nhãn CG-4 tế bào [50]. Cụ thể, sau khi ủ bệnh đơn giản của CG-4
tế bào và các thụ thể transferrin (TFR) được nhắm mục tiêu các hạt nano siêu thuận
(magnetite) cho sự hấp thu các hạt, các từ tính có nhãn CG-4 tế bào được ghép vào
cột sống của chuột sơ sinh md và littermates bình thường. Vào lúc 10 ngày sau khi
cấy ghép, các dây thần kinh cột sống đã được loại bỏ và tiếp tục xử lý cho ba chiều
hình ảnh độ phân giải cao MR. MR kính hiển vi cho thấy di dân rộng lớn (lên đến
8.4mm) của các tế bào ghép, đặc biệt trong lĩnh vực cột lưng (Hình 6a). Trong các
tế bào không có nhãn (kiểm soát) hình ảnh MR ghép, không có-con trast ngoại trừ
một chân tóc phạt đại diện cho 30 - theo dõi m của micropipette, mặc dù một tương
tự rộng myelination đã hiện diện trong căn phối lưng [50]. Các thử nghiệm điều
khiển khác bằng cách sử dụng các tế bào chết cho thấy có nhãn tương phản chỉ ở vị
trí tiêm (Hình 6b). Kết quả này cho thấy rằng theo dõi MR của các tế bào ghép bởi
nội bào nanopar từ-ticles có thể trở thành một công cụ mạnh mẽ cho sự hiểu biết
cơ chế phân tử mà cuối cùng chịu trách nhiệm cho việc chuyển đổi tế bào và

neurotransplantation
Trong tế bào thao tác
Một tính năng độc đáo của các hạt nano từ tính là để đáp ứng tốt với điều khiển từ
tính, cho phép các hạt nano từ tính được điều khiển bởi một lực lượng mag-netic
bên ngoài. Các thao tác điều khiển của vật liệu nano bên trong các tế bào sẽ trở nên
khả thi nếu các-als nanomateri có từ tính, và sẽ dẫn đến những cách hiệu quả để
thăm dò chức năng cụ thể của các phân tử hoạt tính sinh học trong lĩnh vực địa
phương-ized hoặc ngăn các tế bào mà không làm phiền các phần khác của tế bào.
Hướng tới mục tiêu này, Xu et al. tổng hợp các hạt nano từ tính huỳnh quang
heterodimer Fe3O4-CdSe để thể hiện các thao tác trong tế bào của các hạt nano từ
tính [51]. Sự kết hợp của QDs và hạt nano từ tính đã dẫn đến các ứng dụng mới
trong các hệ thống sinh học hợp lý vì tính thuận lợi của họ [52-55]. Kết quả là các
hạt nano từ tính chịu huỳnh quang hai tính năng hấp dẫn, superparamagnetism và
cúm orescence-, cho phép chuyển động nội bào của họ phải được kiểm soát bằng
cách sử dụng lực lượng từ tính và được giám sát bằng cách sử dụng một kính hiển
vi huỳnh quang. Sử dụng các hạt nano từ tính huỳnh quang, nó là đơn giản để đánh
giá các thao tác intracellu-lar của các hạt nano bởi một lực lượng từ tính. Các đồng
tiêu vi hình ảnh của các tế bào cho thấy sự chuyển động của Fe3O4-CdSe @ GSH
hạt nano bên trong các tế bào khi áp dụng một lực lượng nam châm. Sau khi ủ
bệnh, tế bào có thể hấp thu HEK293T các GSH-sửa đổi lần Fe3O4-CdSe hạt nano
cùng với vector pEGFP-N1. Dựa trên sự phát huỳnh quang màu xanh lá cây từ
GFP (transfected cho các tế bào bằng cách sử dụng các vector pEGFP-N1) và
huỳnh quang màu đỏ từ CdSe trong Fe3O4-CdSe @ GSH, những hình ảnh đồng
tiêu đã xác nhận rằng các Fe3O4-CdSe @ GSH hạt địa phương trong bào tương
của các tế bào . Như hình. 7a, mà không có sự ứng dụng của lực lượng từ tính, các
Fe3O4-CdSe @ GSH hạt nano dis-tributed không cụ thể bên trong các tế bào vì
thay đổi bề mặt đơn giản của họ. Sau khi bị thu hút bởi một nam châm nhỏ,
Fe3O4-CdSe @ GSH hạt nano aggre-gated trên mặt của các tế bào gần nhất của
các nam châm (Hình 7b). Bởi vì thời điểm từ tính của họ quan trọng, các hạt nano
từ tính nam châm trôi dạt đến do gradient từ trường. Sự chuyển động của mỗi hạt

nano trong từ trường (H) là một phần cản trở bên trong các tế bào do độ nhớt cao
của bào tương, dẫn đến một phản ứng hơi chậm. Khi các hạt nano tiếp cận nhau,
các lưởng cực-lưởng cực tương tác từ trường trở thành lực lượng chiếm ưu thế và
đẩy các hạt nano gần nam châm. Sự tương tác của hai lực lượng đã dẫn đến kết quả
của đợt tập hợp các hạt nano bên trong các tế bào sau 8 h (Hình 7b).
Các cuộc biểu tình thành công của nội bào manipula-tion ofmagnetic hạt nano sẽ
hữu ích trong các ứng dụng sinh học. Chiến lược này có thể cung cấp một công cụ
hữu ích cho nhà đầu-tigate sự khác biệt giữa các tên miền đỉnh và basolateral trong
các tế bào phân cực của các địa hóa bất đối xứng của các hạt nano từ tính thực hiện
phối tử cụ thể, để cung cấp một cách hiệu quả để cụ thể thao tác các chức năng của
protein trong tế bào mong muốn vị trí, và cuối cùng để giới thiệu một cách tiếp cận
mới cho sự hiểu biết các quá trình cơ bản của tế bào và chức năng. Tuy nhiên, việc
thiếu thực sự monodispersed huỳnh quang hạt nano từ tính vẫn sẽ là một vấn đề
cho các ứng dụng sinh học của họ. Nó cũng quan sát thấy các hạt nano tổng hợp
một chút trước khi thao tác bên trong tế bào [51]. Vì vậy, các thao tác và theo dõi
các hạt nano-đơn bên trong tế bào sẽ được cấp trên nhưng vẫn là một thách thức vì
những môi trường phức tạp bên trong tế bào, sự không đồng nhất của các hạt nano,
và chi phí cao của thiết lập thử nghiệm [56].
Khả năng chống ung thư đại lý
Sử dụng cấu trúc nano từ tính như một loại thuốc mang giao hàng là một đề tài
nghiên cứu hoạt động trên các cation nội bào-Appli của vật liệu nano từ tính. Chiến
lược thông thường và đơn giản cho việc phân phối thuốc bằng cách sử dụng các hạt
nano từ tính là việc sử dụng polymer để đóng gói các hạt nano từ tính và các loại
thuốc với nhau để tạo nanocapsules hoặc nanomicelles, mà có thể yêu cầu quy
trình phức tạp và kết quả là hiệu quả khiêm tốn. Gần đây, Xu et al. devel-OPED
một loại vật liệu nano thiết kế, FePt @ CoS2 lòng đỏ, vỏ hạt nano như là một
nanodevice tiềm năng trong phiên bản thuốc con-trolled. Cấu trúc độc đáo và tính
chất của FePt @ CoS2 lòng đỏ, vỏ hạt nano cho một kỳ thi tốt-ple cho việc điều tra
của một hệ thống phân phối thuốc mới: sử dụng vật liệu nano từ tính để trực tiếp
đóng gói các loại thuốc chống ung thư tiềm năng. Lấy cảm hứng từ cisplatin, thuốc

chống ung thư nổi tiếng, họ cho rằng, bạch kim có chứa các hạt nano không có bất
kỳ bề mặt coatingmay được sử dụng như thuốc chống ung thư tiềm năng. Sự tăng
trưởng liên tục của nanoshells CoS2 xốp cung cấp tính khả thi để sản
xuất''''nanoyolks thường và giao diện đặc biệt giữa bên ngoài và bên trong của vỏ.
Như hình. 8a, sau khi điều trị với một lượng nhỏ các hạt nano FePt @ CoS2 lòng
đỏ vỏ, các tế bào HeLa đã gần như chết (tức là các tế bào HeLa tách ra từ bề mặt
và mọc ra nhiều nụ trắng nhỏ xung quanh bề mặt của tế bào, cho thấy các
apoptosis của các tế bào HeLa). Kết quả này cho thấy khả năng gây độc cao FePt
@ CoS2 lòng đỏ, vỏ hạt nano, cũng được xác nhận bởi MTT khảo nghiệm. Số
lượng, The FePt @ CoS2 lòng đỏ vỏ nanoparti-trở ngại cho thấy một IC50 thấp
hơn nhiều (35,5 ± 4,7 ng của Pt / mL cho tế bào HeLa) hơn so với cisplatin (230 ng
của Pt / mL) [57]. TEM hình ảnh cho thấy rằng có rất nhiều các hạt nano trong các
bào quan như ty thể (Hình 8b, c), indicat-ing sự hấp thu di động của các hạt nano.
Thêm thú vị, không có nhiều FePt @ CoS2 lòng đỏ, vỏ hạt nano (Hình 8c) ngoại
trừ một số hạt hình cầu rỗng (hoặc phá hủy các cấu trúc nano HOL thấp) trong các
cơ quan ty thể, cho rằng FePt @ CoS2 lòng đỏ, vỏ hạt nano chắc chắn đã nhập vào
các bào quan và lòng đỏ tan rã sau khi hấp thụ FePt cel-lular. HRTEM hình ảnh
tiếp tục khẳng định rằng kích thước của hạt hình cầu rỗng (Hình 8D) trong các tế
bào tương tự như kích thước của vỏ CoS2 của FePt các @ CoS2 lòng đỏ, vỏ hạt
nano (Hình 8đ). Hình. 9 cho thấy các cơ chế chính đáng của độc tế bào của FePt @
CoS2 lòng đỏ, vỏ hạt nano chống lại các tế bào HeLa: Các FePt hạt nano (~ 2 nm
đường kính) không có nhóm bảo vệ bề mặt sau khi sự hình thành của vỏ xốp CoS2
qua Kirkendall hiệu lực [58-60 ], do đó có mối quan-tively phản ứng. Sau khi hấp
thu di động thông qua con đường endocytosis, theo môi trường axit (pH <5,5) bên
trong lysosome thứ cấp, lõi FePt được oxy hóa và bị phá hủy để trở thành các ion
kim loại bởi vì các phản ứng của sắt unpro-tected thúc đẩy sự tan rã của FePt để
phát hành đĩa bạch kim (II) loài. Các tính thấm (hoặc vỡ) của vỏ CoS2 cho phép
các Pt (II) loài lan tỏa trong vỏ dễ dàng, và nhập vào trong nhân và ty thể, thiệt hại
các chuỗi xoắn kép ADN bằng cách phối hợp với các cơ sở 5'-GG-3 'của DNA, và
dẫn đến các apoptosis của các tế bào HeLa, tương tự như sự tương tác của cấu trúc

cisplatin và DNA [61]. Mặc dù cơ chế này đòi hỏi phải có thêm chứng cứ con-
tông, các độc tế bào của FePt @ CoS2 lòng đỏ vỏ hạt nano có nguồn gốc rõ ràng từ
việc giải thể chậm lại trong tế bào, của lòng đỏ FePt, mà đã được xác nhận bởi các
xét nghiệm độc tính của FePt các @ Fe2O3 lòng đỏ, vỏ hạt nano [62]. Sau kết quả
đáng khích lệ của FePt @ CoS2 lòng đỏ, vỏ hạt nano, Xu et al. cũng báo cáo các
FePt bifunc-tional @ Fe2O3 lòng đỏ, vỏ hạt nano kết hợp các khả năng gây độc
cao và độ tương phản MR mạnh tăng cường [62]. FePt @ Fe2O3 lòng đỏ, vỏ hạt
nano được cung cấp một số lợi thế dis-tinct. Thứ nhất, các biocompatibility của
nanoshells Fe2O3 đảm bảo nguồn gốc của độc tế bào từ lòng đỏ thường''''FePt và
giảm thiểu các nguồn có thể cho tác dụng phụ không mong muốn gây ra bởi vỏ.
Thứ hai, các nanoshells Fe2O3 cho phép nhắm mục tiêu ung thư moieties để được
neo trên bề mặt vỏ khá dễ dàng bởi dopamine bằng cách sử dụng và các dẫn xuất
của nó như là neo đáng tin cậy để cố định phân tử chức năng vào các hạt nano lòng
đỏ vỏ [63-65], trong đó đáng kể sẽ làm giảm tác dụng phụ. Cuối cùng, MR thư
giãn hiệu ứng tăng cường nanoshells Fe2O3 có thể cung cấp một phương tiện trực
tiếp để đo tiên lượng trong điều trị ung thư. Với CAPA-bility của functionalization
bề mặt của các hạt nano đa chức năng của các phân tử bệnh cụ thể (ví dụ, antibod-
tệ), một trong những có thể phát triển các hạt nano lòng đỏ-shell
một mục tiêu cụ thể hoặc loại mô tế bào để cung cấp các đại lý ther-apeutic để khối
u phát hiện và theo dõi sự biến đổi của khối u bằng hình ảnh MR không xâm lấn.
Hơn nữa, việc điều tra của nanos như đa chức năng-tructures có thể dẫn đến sự
phát triển của các loại vật liệu nano từ tính đa chức năng như therapeu tiểu thuyết-
tật máy. Nó có khả năng là các xác minh ban đầu của các vật liệu nano từ cuốn tiểu
thuyết sẽ khơi dậy những lợi ích nghiên cứu và phát triển hơn nữa của ổ đĩa cho
các ứng dụng cơ thể sống.
Tăng thân nhiệt
Địa phương hóa các hạt nano từ tính bên trong tế bào cũng sẽ được hưởng lợi một
tiềm năng mới điều trị làm thủ tục điều trị tăng thân nhiệt (HT). Khả năng điều trị
ung thư bằng cách tăng nhiệt độ của TURE-nhân tạo gây ra đã dẫn đến sự phát
triển của nhiều thiết bị khác nhau được thiết kế để làm nóng các tế bào ác tính,

trong khi phụ khỏe mạnh xung quanh mô [66,67]. Tiềm năng của tăng thân nhiệt
apy-ther (HT) là một điều trị cho bệnh ung thư lần đầu tiên được dự đoán theo
quan sát của hiệu ứng nhiệt của các hạt từ tính chất báo cáo của Jordan và các đồng
nghiệp [68,69]. Khi các hạt nano từ tính được tiếp xúc với các trường AC mag-
netic, do hấp thụ cao, tỷ lệ cụ thể của họ (SAR), các hạt trở thành nguồn nhiệt
mạnh mẽ và phá hủy các tế bào khối u được nhắm mục tiêu. Trong khi phần lớn
các thiết bị HT bị hạn chế tiện ích của họ vì nhiệt trùng hợp unaccept-thể mô lành
mạnh, từ HT (MHT) là hấp dẫn bởi vì nó cung cấp một cách để đảm bảo rằng
calefaction chỉ xảy ra trong các mô mục tiêu đã định. Mặc dù có những lập luận
khác nhau về sự đóng góp của tăng thân nhiệt ngoại bào và nội bào, các hạt nano
mag-netic như gần gũi hơn với các tế bào được nhắm mục tiêu sẽ hiển thị tốt hơn
hiệu ứng tăng thân nhiệt [70,71]. Sử dụng các hạt nano sắt oxit mangan doping như
là tác nhân gây tăng thân nhiệt, Prasad và cơ chế đồng nghiệp investi-gated của
tăng thân nhiệt từ các tế bào bằng cách miễn dịch huỳnh quang kính hiển vi [72].
Như hình. 10, các hình thái của các tế bào HeLa thay đổi đáng kể sau khi một tăng
thân nhiệt ngắn gây ra bởi các hạt nano từ tính trong sự hiện diện của một trường
AC từ tính. Màng với kích thước khác nhau blebs onmost xuất hiện của các tế bào
HeLa immedi-ately sau khi lĩnh vực tiếp xúc, cho thấy các apoptosis của các tế
bào. Màng blebs với sự tích lũy của tubulin được nổi bật hơn trong các tế bào ngay
lập tức sau khi điều trị tăng thân nhiệt (Hình 10b) và tìm thấy để giảm với sự gia
tăng thời gian ủ bệnh (Hình 10C). Không giống như các tubulin, blebs actin không
quan sát ngay lập tức sau khi điều trị tăng thân nhiệt (Hình 10e). Sau khi tiếp xúc
ngắn gọn để các trường AC từ và sau đó là 12 h của ủ bệnh, các bộ khung tế bào
actin bị gián đoạn và bị phá hủy đáng kể (Hình 10F). Đối với việc điều trị khối u
bằng cách sử dụng tăng thân nhiệt từ tính, những nỗ lực tuyệt vời đã dẫn đến các
đường mòn tiền lâm sàng. Tuy nhiên, vẫn còn những thách thức về việc hướng dẫn
nanoparti từ-trở ngại bên trong các tế bào khối u để điều trị ung thư: ví dụ, làm thế
nào để thiết kế các hạt nano từ tính ổn định, có thể để CIR-culate vào ngăn máu
trong một thời gian dài và bề mặt các phối ghép vào các hạt nano để tạo điều kiện
internalization cụ thể của họ trong các tế bào ung thư.

Một chiều bên trong tế bào vật liệu nano
Một chiều (1D) vật liệu nano (ví dụ, dây nano, nan-otubes) cũng tìm thấy nhiều
ứng dụng trong sinh học và y học vì cấu trúc độc đáo của họ. Có quy mô micromet
chiều dài và quy mô nanomet đường kính, vật liệu nano 1D có thể được sản xuất
và chế tác bằng công nghệ vi chế hiện đang có sẵn hoặc bằng các kỹ thuật tự lắp
ráp. Trong số đó, sợi nano, được hình thành do tự lắp ráp của các phân tử nhỏ hoặc
peptide, là vật liệu nano mới đang nổi lên 1D. Hơn nữa, sự tương tác không đồng
hóa trị giữa các phân tử nhỏ (ví dụ, -, hành động liên, liên kết hydro, và các tương
tác phí) một cách dễ dàng trao cấu trúc nano và hình thành ba chiều net-tác phẩm
của sợi nano. Ở đây chúng tôi thảo luận về các ứng dụng của vật liệu nano 1D bên
trong các tế bào với một số kỳ thi chọn-ples.
Dây nano
Đối với nhiều trường hợp các vật liệu nano dùng cho các ứng dụng y sinh học, các
vật liệu nano đang hoạt động bên trong các tế bào. Tuy nhiên, các kết nối trực tiếp
của các tế bào với thế giới bên ngoài bởi giao diện vật liệu nano có thể đủ khả năng
cơ hội lớn để thăm dò và thao tác sinh học pro-cesses xảy ra bên trong các tế bào,
qua các lớp màng, và giữa các tế bào lân cận [73]. Các nghiên cứu chuyên sâu về
vật liệu nano 1D với tỉ lệ cao, chẳng hạn như các dây nano và ống nano, tạo cơ hội
tốt để phát triển các ứng dụng như vậy. Yang et al. thể hiện giao diện trực tiếp của
các dây nano silic với các tế bào động vật có vú như chuột gốc phôi (MES) tế bào
và các tế bào HEK293T không có bất kỳ lực lượng bên ngoài [74]. Si dây nano với
tỉ lệ cao và đầy đủ rigiditymake themreadily thể truy cập vào các inte-riors của các
tế bào sống, có thể tạo thuận lợi cho việc nghiên cứu các quy định và báo hiệu các
mô hình phức tạp ở Lev phân tử-els. Sau khi nuôi cấy các tế bào trên một nền Si
mà có một mảng dây nano Si ver-tically liên kết, sự xâm nhập của các mảng dây
nano Si vào các tế bào cá nhân tự nhiên xảy ra Dur-ing các ủ bệnh tế bào. Như
được thể hiện trong hình ảnh SEM (Hình 11a), một số dây nano được bên trong và
bên dưới các tế bào. Kính hiển vi huỳnh quang đồng tiêu hình ảnh (Hình 11b) đã
xác nhận sự xâm nhập của các dây nano Si vào các tế bào [74]. Các tế bào sống sót
lên tới nhiều ngày trên các nền dây nano, cho thấy rằng các sợi nano có thể có khả

năng sử dụng như một công cụ mạnh để nghiên cứu nội bộ và quy trình ở giưa các
tế bào biologi-cal cho các tế bào trong điều kiện bình thường.
Các ống nano carbon (CNT)
Có nhiều ứng dụng được đề xuất của CNT trong sinh học, chẳng hạn như đóng gói,
transfection DNA, cảm biến, và phân phối thuốc, đó là theo điều tra. Gần đây, để
func-tionalize CNT bởi peptide và các đại lý hóa chất khác đã dẫn đến những ống
này được ràng buộc với các thực thể khác nhau sinh học [75,76] có thể dẫn đến
một bước đột phá và kết quả trong các ứng dụng thú vị sinh học bằng cách sử dụng
CNT. Đại et al. báo cáo bằng cách sử dụng các ống nano carbon tín hiệu tường
(SWNTs) như vận chuyển DNA và các đại lý quang nhiệt NIR bởi endocytosis thụ
trung gian [77,78]. Đại et al. quỷ-strated rằng sử dụng axit folic chức năng hóa
SWNTs để chọn lọc diệt tế bào ung thư vì ánh sáng NIR nhiệt hiệu quả của
SWNTs. Các khả năng vận chuyển của CNT với functionalization hóa học phù hợp
và các tính chất quang học nội tại có thể mở các địa điểm thú vị mới cho
nanomedicines multifunc-tional kết hợp phân phối thuốc và điều trị ung thư. Tuy
nhiên, nhiều yếu tố không chắc chắn liên quan CNT, có thể giới hạn các ứng dụng
y sinh học của họ. Nó đã được báo cáo là CNT là độc hại cho tế bào [79-81], sự
xuống cấp của CNT sẽ là một vấn đề nghiêm trọng trong cơ thể Appli-cation. Hơn
nữa, hóa học bề mặt của CNT là khó khăn để tái tạo một cách chính xác. Mặc dù
đang từng bước phát CNT-ing một vai trò lớn hơn và quan trọng hơn trong các lĩnh
vực đang được nanomedicine, nó là sơ bộ ở giai đoạn này để đánh giá nếu CNT sẽ
được trị liệu lâm sàng thành công.
Tự lắp ráp bên trong tế bào sợi nano
Có nhiều loại sợi nano, chẳng hạn như các sợi nano polymer, sợi nano dendrimer,
và các phân tử nhỏ tự lắp ráp các sợi nano (cũng được trình bày dưới hình thức
Hydrogel siêu phân tử). So sánh với polymer thông thường và dendrimer, các phân
tử nhỏ sợi nano tự lắp ráp có ba tính năng tinh tế, nhưng quan trọng. (I) tiền thân là
được xác định phân tử hữu cơ, bảo đảm tương đối dễ dàng thay đổi cấu trúc và duy
trì tính toàn vẹn của các phân tử, (ii) các phân tử nhỏ được dễ dàng hơn để vào bên
trong các tế bào thông qua sự khuếch tán đơn giản hơn so với các polyme kích

thước lớn hơn hoặc dendrimer; (iii) các phân tử nhỏ có ít nhiễu không mong muốn
với bộ máy subcellular vì kích thước nhỏ hơn, và các phân tử được dễ tiếp cận hơn
với các enzym nội bào, làm cho chúng dễ dàng được chuyển đổi thành các phân tử
mong muốn (ví dụ, hydrogelators [82,83]). Xu et al. đầu tiên chứng minh được
intracellu-lar enzym phân tử tự lắp ráp và hydrogelation sử dụng các phân tử nhỏ
như là tiền thân [82,83]. Hình thành một mạng lưới sợi nano như là các ma trận của
một hydrogel trong một ô, một loại enzyme nội sinh nên chuyển đổi một tiền chất
hòa tan, mà không nhất thiết phải tự lắp ráp và gel extracel-lularly, vào
hydrogelator mà tự lắp ráp để hình thành sợi nano hoặc một số khác ra lệnh cho
các cấu trúc nano. Xu và đồng nghiệp đã sử dụng tiền chất 1 như một chất nền
esterase (Hình 12a) để điều trị với các tế bào động vật có vú. Sau khi hấp thụ tế
bào, các esteraza nội sinh bên trong tế bào chuyển đổi từ 1 tới hydrogelator 2, và
các phân tử của 2 tự lắp ráp để tạo sợi nano (Hình 12b), kết quả là một hydrogel
siêu phân tử bên trong tế bào. Các đặc lại thay đổi độ nhớt của các tế bào chất và tế
bào chết có khả năng gây ra. Các cơ chế possi-ble cho sự hình thành các sợi nano
trong tế bào được thể hiện từng bước trong hình. 12c [84]: (i) các tế bào hấp thụ
các chất tiền thân 1; (ii) các enzyme khác xúc tác cho sự suy thoái của các phân tử
tiền thân, (iii) các phân tử tiền thân trans-form vào hydrogelator 2, xúc tác bởi các
esteraza, (iv) hydrogelator tự lắp ráp thành các sợi nano; (v) các sợi nano hình
thành mạng lưới ba chiều và kết quả trong một gel, mà gây ra sự tăng trưởng tế bào
ức chế hoặc gây chết tế bào. Hơn nữa, nó cũng được tìm thấy động học hình thành
của các sợi nano trong tế bào đã được cụ thể cho các loại tế bào vì mức độ biểu
hiện khác nhau esterase [82], có thể mở ra một cách thức mới để điều trị khối u với
tính chọn lọc cao (ví dụ, các tế bào khối u có thể có nhiều esterase cao hơn mức độ
biểu hiện trên các tế bào bình thường làm).
Tóm lược và quan điểm
Mặc dù có rất nhiều thú vị tiềm năng sinh học Appli-cation của vật liệu nano báo
cáo gần đây, cần phân biệt những lời hứa thật khoa học từ hypes và để không
ngừng nâng cao sự hiểu biết cơ bản của sự tương tác của vật liệu nano với các cấu
trúc nội bào và quá trình. Không giống như các nghiên cứu truyền thống trong sinh

học molec-ular, độ chính xác phân tử của sự tương tác giữa các vật liệu nano và
các đối tượng trong tế bào vẫn còn ở mức khá sơ khai và nhận được sự quan tâm
insuf-ficient. Mặc dù điều quan trọng là tập trung vào trong các ứng dụng y sinh
học cơ thể của vật liệu nano và chuyển đổi bằng chứng-of-concept vào nhà nước-
of-the-nghệ thuật-công nghệ, đó là mục tiêu chính cho sự phát triển của
nanobiotechnology, có nhiều vấn đề và thách thức được giải quyết. Ví dụ,
monodispersity của QDs trong giai đoạn nước vẫn là một vấn đề cản trở sự thành
công của QD hình ảnh duy nhất. Mặc dù gần đây tiến triển về việc sửa đổi bề mặt
của vật liệu nano, nhiều công trình sẽ được thực hiện để đạt được khả năng tái hợp
lý, lớp phủ bề mặt mạnh mẽ, và functionalization thuận tiện và bioconjuga-tion thủ
tục vì sự phức tạp của vật liệu nano hóa học bề mặt. So sánh với các phân tử nhỏ,
kích thước của các hạt nano đôi khi là quá lớn để theo dõi các sự kiện trong tế bào
mà không gây nhiễu. Trong tion-Addi, rất khó để phát triển các sợi nano
unidirectionally với độ dài cố định bằng cách sử dụng các phân tử nhỏ thông qua tự
lắp ráp. Đối với các ứng dụng cơ thể, sự ổn định sinh lý của vật liệu nano và khả
năng của vật liệu nano extravasate mạch máu và thâm nhập vào các không gian
liên stitial nên được đặc biệt quan tâm vì các đại thực bào. Độc tính của vật liệu
nano để sống phụ jects và thậm chí cả môi trường đã được xử lý với sự quan tâm
nhiều hơn và nhiều hơn nữa [85,86]. Quan trọng nhất, có một nhu cầu cấp thiết để
khai thác những tiến bộ nhanh chóng trong vật liệu nano cho các ứng dụng y sinh
của họ hiện nay. Sự hợp tác của các nhà khoa học trong lĩnh vực vật liệu ence-khoa
học viễn tưởng, hóa học, vật lý, sinh học, cũng như y học sẽ là cần thiết cho việc
thăm dò thành công của các-applica tế của vật liệu nano bên trong tế bào.