球形金-笠壳碳酸钙纳米复合粒子：制备、表征与生物相容性评价

摘要

本文报道一种简单、环保的合成路线制备球形金纳米颗粒修饰的笠壳来源碳酸钙纳米复合粒子（Au-CSCaCO₃NPs），并考察其理化性质和生物相容性。金纳米颗粒经柠檬酸还原制备，与从笠壳（Anadara granosa）提取的文石型CaCO₃经十二烷基二甲基甜菜碱介导沉淀偶联。所得复合粒子直径35 ± 16 nm，表面电荷−16.4 mV，显示530 nm特征局域表面等离子共振（LSPR）峰。MCF-7和NIH-3T3细胞毒性实验显示，100 µg mL⁻¹时对癌细胞抑制率>70%，而对成纤维细胞毒性较低，表现出选择性生物相容性。结果提示Au-CSCaCO₃NPs作为靶向给药和成像平台的潜力。

研究背景

单分散纳米粒子对药物递送、成像、生物传感等先进生物医学应用至关重要。金纳米颗粒（AuNPs）提供可调光学性质，生物源碳酸钙（特别是笠壳文石多形体）具优异生物相容性和高比表面积。常规CaCO₃合成常得非生物源方解石/球霰石混合物，不适合临床。本法结合可规模化、低成本的金还原协议与十二烷基二甲基甜菜碱介导的笠壳CaCO₃沉淀，制得保留双方优势的杂化纳米材料。

方法

材料

氯金酸三水合物、三钠柠檬酸、十二烷基二甲基甜菜碱（BS-12）、吲哚菁绿（ICG）、常规细胞培养试剂购自商业供应商。新鲜笠壳本地采购，洗净、干燥、研磨至<90 µm粉末，直接用于CaCO₃合成。

AuNPs合成

0.1% (w/v) 氯金酸经1% 三钠柠檬酸在100 °C还原15 min，得鲜红胶体。反应：2 HAuCl₄ + 3 C₆H₈O₇ → 2 Au + 3 C₃H₆O₅ + 8 HCl + 3 CO₂。

笠壳CaCO₃纳米粒子（CSCaCO₃NPs）制备

2 g贝壳粉分散于50 mL去离子水含0.5 mL BS-12，1000 rpm、50 °C搅拌135 min。沉淀过滤、洗涤、干燥，200 rpm球磨5天得单分散球形CaCO₃颗粒。

偶联制备Au-CSCaCO₃NPs

0.2 g CSCaCO₃NPs与5 mg ICG混合于20 mL AuNP胶体（pH 7）。超声20 min，200 rpm搅拌3天，10 000 rpm超速离心回收偶联物，洗涤干燥。

表征

• 透射电镜（TEM）：19–51 nm球形颗粒，平均35 ± 16 nm。
• 场发射SEM & EDX：形貌、元素组成（C 65%、O 13.5%、Ca 0.02%、Cu 17.6%、Au 3.9%）。
• 傅里叶变换红外：1455、1059、854、706 cm⁻¹峰指示羧基和文石特征。
• UV-Vis：LSPR峰530 nm。
• Zeta电位：−16.4 ± 3.8 mV，PDI < 0.5。

细胞培养与细胞毒性

MCF-7（乳腺腺癌）和NIH-3T3（小鼠成纤维细胞）在含10% FBS的DMEM中培养。96孔板接种5×10³细胞/孔，暴露于Au-CSCaCO₃NPs（25–100 µg mL⁻¹）24、48、72 h。MTT法（570 nm）测定细胞活力。

结果与讨论

理化性质

杂化纳米粒子均匀球形，粒径分布窄，强负表面电荷，显示良好胶体稳定性。LSPR峰位移证实金成功偶联。

细胞毒性

Au-CSCaCO₃NPs在100 µg mL⁻¹下抑制MCF-7细胞增殖>70%，而NIH-3T3活力仅降~40%。癌细胞IC₅₀为25–50 µg mL⁻¹，成纤维细胞>80 µg mL⁻¹，展示选择性细胞毒性。

结论

建立了一条可规模化、环保的制备球形金修饰笠壳碳酸钙纳米粒子的路线，产物粒径可控、稳定性优异、具选择性抗癌活性。这些杂化材料是靶向给药、成像和诊疗一体化应用的有前景候选者。