Adv. Mater. 中国科院化学所-动态控制银纳米阵列检测底物诱导细胞伸长增长

【引言】

蒸发诱导纳米粒子组装由于其具有易操作性、高成本效益和广泛的适用性，已在传感器、光学器件和光电设备方面得到广泛应用。但溶剂从固体表面蒸发会产生的强烈的相互作用力，出现咖啡环效应(CRE)，同时受到溶剂本身低扩散率的影响，使得蒸发诱导的纳米线很难实现长距离有序排列，限制了这项技术的发展。

【成果简介】

中国科学院化学研究所王铁研究员（通讯作者）团队使用液体基质替代传统的固体表面来实现对悬浮液滴的干燥，可提高银纳米线阵列(AgNW)悬浮液的迁移速率，并在一小时内完成有序组装。实现了AgNW高度统一、长程有序的自组装。定向的AgNW阵列很容易转移到任意的基质中，易于制备纳米器件。

【图文导读】

图1：蒸发诱导纳米颗粒组装

a)小型深宽比模块(特别是纳米棒)在固体表面蒸发诱导下进行自组装示意图；

b)长程有序Au纳米棒阵列的SEM图像；

c)通过在固体表面蒸发得到的短程有序束状结构AgNWs(纳米线)的SEM图像；

d) AgNWs在氯仿溶液表面选择性自组装原理图：(i)混合溶液的流动阶段；(iia)纳米线的选择性排布阶段；(iib)大量的纳米颗粒在血管壁上组装阶段。图片中编号的含义：数字1代表模型1：纳米线选择性自组装；数字2代表模型2：随着液体表面的减少，纳米颗粒在血管壁上自组装；

e)AgNWs在水-空气界面选择性自组装的SEM图像 (对应于(d)中的模型1)；

f)AgNPs(纳米颗粒)在血管壁自组装的SEM图像 (对应于(d)中的模型2)。

图2：自组装AgNW阵列的表征（测量AgNW阵列的定向质量）

a-c) AgNW阵列在正交偏振光学显微镜下的图像：偏振镜的连续旋转显示出交替出现的双折射，偏振片分别旋转 a) 90°，b) 45°，c) 0°
通过暗场显微镜视图观察自组装膜，在0°，45°和90°连续旋转偏振镜，在平行于纳米线的方向得到最大的双折射强度，当旋转到90°时得到最小的双折射强度。反射光均匀的亮度说明自组装膜在单一方向面积可以达到1mm2

d-g) 自组装AgNW阵列的SAXS(小角X射线散射)图像

d)2维SAXS图样

e) 2维SAXS图样，其中X射线散射强度作为一个方位角度的函数，比色刻度尺表示强度

f)来自d中SAXS图样的综合数据，这种散射图样具有2维层状结构特征，峰位对应于米勒指数为10,20和30的布拉格反射平面

g)纳米线的2维层状密排结构示意图

图3：AgNW阵列的形成机制

a)相邻AgNWs (黑色)和相邻AgNPs (红色)的范德瓦尔斯力

b)排空作用。当杂质AgNPs与AgNWs共存时，可通过纳米颗粒的含量调节熵效应，将导致纳米线间的吸引力增加。排空相互作用能量Edep = - nkTΔV，n是小颗粒的数密度，k是玻耳兹曼常数，T是温度，ΔV是由于排斥层重叠获得的体积

c)水-空气界面的圆柱体和球体示意图

d)表面能的变化。当纳米颗粒和纳米线被吸附到水-空气界面时，纳米颗粒的表面能变化可忽略，纳米线的表面能显著减小

图4：细胞基质粘附和增长

a,b) 观察培养2min的人牙周膜细胞的SEM图像 a)接种于定向的AgNW阵列上 b)接种于随机的AgNW膜上

c)对应于a)b) 细胞的拉曼光谱

d,e)培养12h的人牙周膜细胞的SEM图像 d)接种于定向的AgNW阵列上 e)接种于随机的AgNW膜上

f)细胞粘附和生长示意图 (ia)接种于定向的AgNW阵列上 (iia)接种于随机的AgNW膜上
定向的AgNW阵列通过激活酪氨酸激酶刺激细胞排列。随时间延长，超过85%的细胞沿AgNW阵列定向方向生长，而在随机的AgNW膜上没有出现明显的细胞伸长生长。

图5：不同基质上细胞的特征和形貌

a,b)细胞培养1,2,6h得到的拉曼散射图像 a)接种于定向的AgNW阵列上 b)接种于随机的AgNW膜上

c)细胞长轴之间的夹角分布和阵列的定向方向。

d,e)接种于定向AgNW阵列上细胞的SEM图像 d)培养1h e)培养6h

f)接种于定向AgNW阵列上细胞培养6h的荧光图像

g,h)接种于随机AgNW膜上细胞的SEM图像 d)培养1h e)培养6h

i)接种于随机AgNW膜上细胞培养6h的荧光图像

【小结】

定向的银纳米线阵列可以产生表面增强拉曼散射信号，揭示了细胞沿纳米线方向伸长生长的分子机制，有助于系统学习和更好地理解细胞的粘附和生长。由于AgNWs具有优良的电导率和热导率，将有利于在电或热刺激下研究神经或组织行为，对于研究生命科学具有重要意义。

文献链接：Dynamically Regulated Ag Nanowire Arrays for Detecting Molecular Information of Substrate-Induced Stretched Cell Growth（Adv. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adma.201603223）

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