未涂布的金纳米粒子容易在溶液中聚集并且可能在激光的照射下熔化，这两者都将导致其光学性质的发生显着变化。 当其表面化学性质被化学官能团适当地钝化后，它们可以在广泛的生物、物理和环境条件下抵抗聚集、形状变化，从而保持它们的光学性质。 一种如此强大的官能团已经被证明能够增强金纳米颗粒的热力学和化学稳定性，它是二氧化硅涂层。 二氧化硅涂层赋予的优异的稳定性和功能性使其成为下述许多应用的最佳选择。

图1中显示了二氧化硅涂覆的金纳米球和纳米棒的实例。

图1所示 扫描电子显微镜(SEM)图像的(a)硅涂层金纳米球和(b)硅涂层金纳米棒。

二氧化硅金纳米颗粒的表面化学性质和合成

        金纳米粒子的二氧化硅涂层使用包括原硅酸四乙酯（TEOS）的经典St?ber方法在金表面上形成高度分支和介孔硅氧烷聚合物。 金表面上二氧化硅层的厚度可以根据反应时间和试剂浓度来调整。 所得到的表面上的硅氧烷聚合物（称为二氧化硅）具有羟基（-OH）基团，可以用作化学手柄进行进一步的官能化。而且，异质双官能硅烷连接体容易与二氧化硅反应，能够将各种配体（如聚乙二醇（PEG））连接至二氧化硅表面（图2）。

图2.二氧化硅涂覆的金纳米颗粒表面化学，显示具有羟基官能团的裸二氧化硅表面（左侧）和可用不同端基官能化的聚乙二醇（PEG）涂覆的纳米颗粒，包括胺，硫醇，马来酰亚胺和N- 羟基琥珀酰亚胺等

二氧化硅涂层金纳米颗粒的性质和优点

        金的二氧化硅涂层在涉及金纳米颗粒的许多应用中是有优势的。 特别是在和脉冲激光器有关的应用中，二氧化硅涂层显着增强了金纳米棒的热力学稳定性。 如图3所示，具有标准涂层（例如PEG，CTAB或其他小聚合物）的金纳米棒从脉冲激光器吸收足够的能量后便熔化了。对从近红外波长到可见光谱的光的吸收和散射都会发生相应变化.其中，对于一致近红外光的吸收是关键的应用，具有标准涂层的金纳米棒可能产生不可靠的结果。换句话说，二氧化硅涂覆的金纳米棒可以抵抗形状变化，并且可以在更高的光强（能量密度）水平下保持其光学特性（见图4）。 

图3. 脉冲激光曝光之前（左）和（右）之后显示的金纳米棒及其光学性质。 没有二氧化硅涂层的标准金纳米棒非常不稳定，并且响应于激光吸收而熔化，降低它们在近红外波长处的光的吸收和散射。

图4.二氧化硅涂覆的金纳米棒在以不同强度（能量密度）水平暴露于300个脉冲、波长为808nm光后的吸收光谱。对于高达20mJ / cm 2的能量密度，二氧化硅涂层颗粒热力学稳定（它们抵抗形状变化）。

        除了热力学稳定性（抗熔化）和胶体稳定性之外，金纳米棒的二氧化硅涂层还赋予了金纳米粒子其他显著的性质和优点。 例如，二氧化硅涂层增加了用于缀合抗体或其他靶向部分的表面积。 而且，二氧化硅是多孔的，可通过物理吸附或共价连接来加载药物、染料分子或其他显像剂。 二氧化硅涂层还限制了纳米棒在高浓度下的聚集，使等离子体激元耦合的效应边缘化，并允许其浓度独立、保持其光学性质。 最后，例如在光声成像时，金纳米粒子上的二氧化硅涂层可以增强3倍以上的成像对比度。

        聚乙二醇化二氧化硅涂覆的金纳米颗粒（图2右）既可以包含了二氧化硅涂层的所有优点，又含有包被纳米颗粒的PEG相关的性质，包括较高的胶体稳定性和较低的免疫原性。

二氧化硅涂层金纳米结构的应用

1. 光声成像

当在光声成像中用作造影剂时，金纳米棒吸收来自脉冲激光的光并产生大量热量。虽然这种热量是光声效应所必需的，但它可能造成不好的影响，达到导致纳米棒熔化（见图2）。这种形状变化导致吸收截面的减小，并因此导致光声成像对比度的损失。二氧化硅涂层有助于降低金与周围溶剂之间的界面热阻（图5），使颗粒释放更多热量到其环境中，具有积极作用：（1）金颗粒可抵抗高流量下的熔化（参见图3），和（2）由这些颗粒产生的光声信号比具有标准涂层（例如PEG，CTAB或其它小聚合物）的金纳米

颗粒大至少3倍。

热力学稳定的二氧化硅涂覆的金纳米棒和纳米球由于其优异的热力学稳定性，光学性质，生物相容性以及生物缀合的潜力，被广泛用作光声对比剂和治疗剂。

2. 细胞追踪

由于光声成像无创、定量且扫描时间短，在与超声成像结合之后，它是免疫细胞跟踪和干细胞植入跟踪的理想工具（图6）。 二氧化硅涂覆的金纳米棒可以用作光声成像中的造影剂以实时定量跟踪植入的细胞并确认有足够数量的细胞已经到达治疗部位。 二氧化硅涂层也有助于促进金纳米棒的细胞摄取。

图6：第一幅图显示了具有峰值吸收676nm、二氧化硅涂层厚度20nm的SiO 2 -AuNR（二氧化硅涂覆的金纳米棒）的TEM图像，并且第二图确认在活的小鼠肌肉组织中，注射进入去的间充质干细胞内存在SiO 2 -AuNR;第三幅图显示肌内注射了通过SiO2-AuNRs标记的间充质干细胞，在无胸腺小鼠的后肢肌肉中的对比增强的光声图像（来源：ACS Nano 2012 6（7），5920-5930的许可。 2012年美国化学学会）

3. 靶向药物运输

4. 多重成像

靶向二氧化硅涂层金纳米棒可在多重成像中用作造影剂，通过靶向纳米颗粒向表达不同细胞受体的细胞(图7)来区分体外细胞内含物。不同峰波长的硅涂层金纳米棒可以用来标记每个独特的细胞类型，以识别特定细胞类型的位置，并生成与分子表达相对应的图像。

图7：通过对细胞光声(PA)图像的信号处理和统计分析可以特异性地识别细胞内含物，a）在超声图像中可以看到细胞内含物。b) 在830 nm处获得的光声（PA）图像可看出细胞内含有硅涂层金纳米(SiO2-AuNRs)。c) 通过比较PA信号强度(点)和UV-VIS光谱（实线），可以发现SiO2-AuNRs的光学吸收光谱决定了PA信号的强度。内含物分成3个区域，PA信号强度为它们的平均强度。d)细胞分子图和超声图像进行重叠，830nm激光下的二氧化硅涂层金纳米棒以红色显示，780nm激光照射下的SiO2-AuNRs以黄色显示(来源:在Biomed Opt Express的许可下转载，2011年7月1日;2(7):1828 - 1835。2011年美国光学学会版权所有）。

5. 双模态、多模态成像

虽然光学成像技术灵敏度高，并且可以以较高的分辨率对患病组织进行可视化，但是它们受到了光在组织中穿透率低的限制。 使用互补成像模式的组合可以帮助优化灵敏度和特异性。 例如，同时增强CT对比度和近红外光学成像的造影剂可以提供不同水平的造影剂积聚的量化信息。 载有有机NIR染料的介孔二氧化硅涂覆的金纳米棒如吲哚菁绿（ICG）可用作双模式X射线CT和NIR荧光成像的成像探针。

6.表面增强拉曼光谱成像

有染料嵌入的二氧化硅涂覆的金纳米粒子对于表面拉曼增强具有很高的效率，可用作多路复用检测和光谱成像的光谱标记。这些粒子包括一个用于光学信号增强的金属核，一个反映光谱特征的报告分子，以及一个封装的用于保护和接合的硅壳。

7. 双光子成像

掺入光敏剂（例如Pd-内消旋四（4-羧基苯基）卟啉（PdTPPs））的介孔二氧化硅涂覆的金纳米棒可以用于双光子光动力治疗（图10）。该光敏剂被掺杂到介孔硅壳的纳米通道中，可以通过颗粒内的等离子体共振能量转移，从包壳的双光子激发的金纳米棒中获得，并能产生细胞毒性的单态氧来杀死癌细胞。通过提供对热变形的机械支持，硅基体可以显著提高金纳米棒的双光子发光稳定性。

图10：通过体内成像，研究在肿瘤内注射介孔二氧化硅涂覆的金纳米棒-PdTPPs之后，双光子光动力治疗的情况。用苏木精和曙红（第一行），TUNEL（第二行，绿色着色），半胱天冬酶-3免疫柱状图（第三行，红色着色）和DAPI（蓝色着色）染色制备，用照射24小时后的肿瘤切片进行组织学分析。用介孔二氧化硅涂覆的金纳米棒-PdTPPs处理并进行激光辐照（1.2倍，图6i0，观察到用凋亡指示剂TUNEL和胱天蛋白酶-3染色显示对肿瘤生长的抑制。（来源：转载自Theranostics。2014; 4（8）：798-807）

8. 生物分子探针

9. 催化剂

10. 光子学

总体来说，金纳米粒子的二氧化硅涂层可以具有多种优良性质，包括：

· 增强光声成像或其他使用激光脉冲的成像的信号强度。

· 具有卓越的热稳定性和胶体稳定性。

· 具有稳定的光学性能，其应用很广泛，包括多模态成像等。

· 超分子能力促进混合药物载体和造影剂的使用。

· 灵活的硅烷化学性质，可用于进行共价官能化和共轭处理。

这些独特的优势使它成为众多应用的理想对象。