T细胞的抗原识别和活化可以直接影响整个免疫应答的性质、效能和结果, 在人体免疫反应中具有核心作用。细胞的形态结构和力学特性决定着细胞的功能的发挥。利用原子力显微镜(AFM)从纳米水平和皮牛顿量级探测分析静息的T细胞和不同刺激剂(超抗原SEA和植物凝集素PHA)活化的T细胞的形态结构和生物力学特性。研究发现静息的T细胞呈较为规则的圆形, 细胞表面相对光滑均一, 活化后细胞高度和体积明显增大, 体积增大为静息T细胞的2~3倍, 高度增加了约50%, 这是T细胞经过刺激剂活化后增殖、分化而增大的表现。同时发现活化后的T细胞表面粗糙度增大, 细胞表面形成100 nm~1 μm颗粒状团簇结构。这种微纳结构域的形成与T细胞经过活化后细胞表面分子表达和细胞因子的分泌有关, 并且与免疫突触的形成和功能发挥密切关联。经过PHA和SEA活化后的T细胞表面粘附力增大, 是静息的T细胞的3-6倍, 而细胞硬度明显减小, 这种力学特性的变化有利于T细胞与病原体的相关作用从而清除病原体。通过AFM的研究, 可以进一步的了解T淋巴细胞形态变化与细胞行为之间的关系, 为更好地理解T细胞的结构与功能提供了更多可视化的依据。

在纳米量级上探测红细胞生理病理特性对于揭示疾病的起源、早期诊断和有效的治疗是十分重要的。疾病可以从分子水平上扰乱红细胞的形貌和功能。缺铁性贫血病人的红细胞的形貌具有严重的表面畸形。通过高分辨率的原子力显微镜成像研究了健康人和缺铁性贫血病人红细胞的整个形貌和表面膜的差异。结果表明, 红细胞的形貌参数(例如细胞的峰、谷、峰谷差、表面起伏和标准方差)可以探测健康和病理的红细胞。因此, 红细胞的形貌信息可望成为诊断健康和疾病, 以及评估治疗效果的重要指标。

在纳米量级上探测药物对人脐静脉内皮细胞(HUVEC)的抑制作用对于揭示药物的功效及肿瘤的有效治疗十分重要。通过高分辨率的原子力显微镜研究了不同浓度的高乌甲素培养的HUVEC的形貌特征, 包括整个细胞的形貌和超微结构的表面膜的差异。从形貌学方面探讨了高乌甲素对HUVEC的抑制作用, 可为临床应用高乌甲素提供依据。结果表明, 我们可以通过HUVEC的形貌参数(例如细胞的峰谷差、平均表面粗糙度)来判断药物的功效, 以及评估治疗效果。

金纳米棒具有独特的光学性质，在生物医学领域有着广泛而重要的应用前景。本文制备了长径比为8∶1的金纳米棒，其在480 nm波长激发下，在560 nm和707 nm波长处有两个荧光发射峰。基于金纳米棒的荧光性质，将其标记于HepG2人肝癌细胞表面，利用激光扫描共聚焦显微镜对标记后的细胞进行荧光成像。在488 nm激发下，获得了绿色和红色两种颜色的荧光图像，并进一步用高分辨率的原子力显微镜探测了GNRs标记后细胞形貌及机械性质的变化。

近场扫描光学显微镜(NSOM)对传统的光学分辨极限产生了革命性的突破, 可在超高光学分辨率下无侵入性和无破坏性地对生物样品进行观测。量子点(QDs)具有极好的光学性能, 如荧光寿命长、激发谱宽、生物相容性强、光稳定性好等优点, 适合先进的生物成像。NSOM结合QDs标记的纳米技术被应用在细胞生物学中。通过纳米量级NSOM免疫荧光成像( 50 nm)对特定蛋白分子在细胞表面的动态分布进行可视化研究和数量化分析, 阐明了蛋白分子在不同细胞过程中的作用机制。因此, NSOM/QD基成像系统提供了单个蛋白分子最高分辨率的荧光图像, 为可视化研究蛋白分子机制的提供了一种强有力的工具。

聚合物纳米光纤具有很好的器件构筑能力和良好的导光性能，对构筑超紧凑的微光子学器件和小型化集成光路十分理想。介绍了一种利用一步拉制技术制作的、具有良好的机械性能和光学性能的聚合物纳米光纤聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT）纳米光纤。作为亚波长波导， PTT纳米光纤具有较大的倏逝场和强约束。详细介绍了利用PTT纳米光纤组装的微光子学结构和器件（例如：弯曲结构、环形结构、M×N耦合分束器、马赫曾德尔干涉仪）。组装的结构和器件具有体积紧凑、损耗小的优点。概述了聚合物纳米光纤和器件的特点及其应用前景。

利用碳二亚胺（EDC）将抗-转铁蛋白化学偶联到已修饰了半胱胺的纳米金表面, 制备了抗-转铁蛋白-纳米金免疫探针, 应用共振瑞利散射光谱, 紫外-可见吸收光谱, 透射电镜和激光散射等方法对其进行了表征。 所制备的纳米探针具有良好的免疫活性。 由于抗-转铁蛋白对转铁蛋白抗原具有特异性识别能力, 借助免疫纳米探针在470 nm处共振瑞利散射信号的放大作用, 对转铁蛋白抗原进行特异性识别及免疫分析。 转铁蛋白浓度在0.85～33.9×10－10mol·L-1范围内, 470 nm处共振瑞利散射相对强度与转铁蛋白浓度呈良好的线性关系, 检测下限为8.5×10－11mol·L-1。

半导体量子点具有长时间、多目标和灵敏度高等独特的光化学性质,这些特性使量子点成为细胞标记和生物应用中得到了广泛的应用.利用量子点目标定位癌细胞,对于寻找癌变部位具有指导的作用.近年来,利用量子点作为光动力学治疗癌症的能量供体也得到了一定的研究.简单地介绍了量子点独特的光学性质,并从量子点标记癌细胞、可视化癌细胞表面功能和在光动力学治疗癌症等方面综述了量子点在癌症诊断和治疗中的应用.

扫描近场光学显微镜突破衍射极限,具有纳米量级的空间分辨率,量子点(QDs)标记有荧光强度高且抗光漂白能力强等优点.结合上述两种技术, 对人胃腺癌SGC-7901细胞膜表面特异性结合的叶酸受体(FR)进行成像探测,获得了叶酸受体在SGC-7901细胞膜表面上的分布,以及细胞内化外源性叶酸过程中叶酸受体在细胞膜表面的分布变化,成像的光学分辨率达到120 nm.实验结果表明:特异性结合的叶酸受体在SGC-7901细胞膜表面的分布,绝大部分是以聚集体的形式存在.随着SGC-7901细胞内化叶酸量的增加,叶酸受体在细胞膜表面的分布密度逐渐降低, 并在经过120 min左右趋于稳定.上述方法和手段为实现单细胞水平上靶点分布和变化的长期监测,肿瘤细胞内化受体的机制研究提供了新的技术途径.

近场光学显微镜具有nm量级的空间分辨率,量子点(quantum dots,QDs)荧光探针具有激发谱宽、发射谱线窄、荧光强度高、抗光漂白和稳定性高等优点,两者结合用于生物大分子的成像探测和识别具有广泛的应用前景.用近场光学显微镜对链霉亲和素偶联的QDs进行近场荧光激发,并对其荧光发射特性和光稳定性进行研究,结果表明:近场光学显微镜nm量级的空间分辨率,可以同时观察到了QDs的单体、二聚体和三聚体;QDs的荧光发射强度高,近场荧光像对比度好,单量子点的荧光半高宽达到25 nm;对一定入射波长的单色激发光,QDs的近场荧光强度随着激发功率密度的增加线性增加,并很快趋于稳定.与传统的荧光染料如异硫氰酸荧光素相比,QDs的稳定性非常好,在激发功率密度为300 W/cm2的近场辐射下,量子点的荧光强度超过6 h基本保持不变,其抗光漂白能力远远高于普通荧光染料.