第一章 緒論
1.2 金奈米粒子之簡介
膠體金(colloidal gold)發展歷史可追溯至西元四世紀，被用作為羅馬萊氏杯 (Lycurgus cup)之顏料，目前萊氏杯為大英博物館館藏之一。除了上述羅馬酒杯外，
中世紀教堂之彩繪玻璃(stained glass)亦是利用玻璃中添加不同金屬而產生不同 色彩。於十七世紀，製作彩繪玻璃之工匠便知道添加金粉於玻璃中可產生紅寶石 色之效果。十九世紀英國科學家法拉第(Michael Faraday)利用氯化金還原出含奈 米金之溶液，發現玻璃器皿中溶液竟呈現紅寶石色，完全不同於金塊之顏色，拜 今日科技之所賜我們了解其主因為金顆粒於奈米尺度時具有表面電漿共振效應 (surface plasmon resonance effect; SPR)，而使綠光被奈米金粒子所吸收，最後造 成綠色光強度減弱，相較之下，其他波長之光與奈米金粒子甚少作用而直接透射， 漿耦合共振所導致之結果[25]，此即為金屬表面電漿(surface plasmon)研究之開端，
從此之後表面電漿之主要性質便逐漸被進一步探討，從物理學、化學、材料科學、
生醫科學等，於許多不同領域中受到高度重視。
金屬表面電漿共振可分為介電物質與金屬介面之表面電漿傳遞及侷域性表
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面電漿共振兩種，以下將簡單介紹兩種共振模式之形態。
1.2.1.1 表面電漿傳遞(Surface plasmon propagation)
若考慮一電磁波由介電物質入射至金屬中時，由於金屬表面與介電物質接觸 介面之能量不連續，垂直於此介面之電磁波分量將造成自由電子於介面處累積產 生極化現象，若此些極化之電子再受到平行於此介面之電磁波分量驅動，造成被 極化之電子產生周期性之震盪，即為金屬表面電漿傳遞效應，如圖 1-2，表面電 漿共振所產生之電磁波亦有特定之共振頻率與色散關係。
圖 1-2 金屬表面電漿傳遞示意圖。
1.2.1.2 侷域性表面電漿共振(Localized surface plasmon resonance)
考慮一遠小於入射光波長之金屬奈米粒子，當其受入射光照射後，金屬奈米 粒子上之電子雲受到入射電場影響而產生極體振盪之現象，由於此一振盪行為發 生於極小之奈米粒子上，表面電漿共振將侷限於此微小金屬顆粒上，無法於介面 上自由傳播，因此稱為侷域性表面電漿共振，如圖 1-3。而圖 1-4 顯示各種不同 形貌之金屬奈米結構之電磁場強度模擬結果，可發現侷域性表面電漿共振與結構 大小及幾何形狀有關，同時亦可發現，侷域性表面電漿共振之電磁場被限制於一 微小空間中時，其電磁場強度具侷域增強之現象。[26,27]
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圖 1-3 奈米粒子之侷域性表面電漿共振示意圖。
圖 1-4 各種不同形貌之奈米結構電磁場強度模擬。[26,27]
金奈米粒子具有及特殊之表面電漿共振峰，有別於其他鉛、汞、銦、鎘等金 屬奈米粒子之表面電漿共振波落於紫外光區，球狀金奈米粒子之共振波長約位於 530 nm 左右，如圖 1-5(a)所示，其粒徑愈大表面電漿共振峰將愈紅位移，除粒徑 大小將造成共振峰位移外，金奈米粒子之幾何形狀亦有相當顯著之影響，例如棒
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狀金奈米粒子與星狀金奈米粒子，棒狀金奈米粒子具有兩道表面電漿共振峰，未 於 530 nm 處為其短軸之共振峰，而隨其長度增加使其徑長比(aspect ratio)不同，
長軸之共振峰亦隨之紅位移，如圖 1-5(b)。星狀奈米粒子則由於其表面分布之針 狀結構長短不同，造成一寬帶之表面電漿共振峰，亦可透過調整徑長比控制其共 振峰之位置，如圖 1-5 (c)。
圖 1-5 不同形貌之金奈米粒子表面電漿共振峰(a)不同大小之球狀金奈米粒子[28]、 (b)不同徑長比之棒狀金奈米粒子[29]與(c)不同徑長比之星狀奈米粒子。[30]
1.2.2 光熱治療(Photothermal therapy; PTT)
對於大多數癌症，主流治療方式包含腫瘤切除、化學治療及放射性治療，然 切除方式易受限於腫瘤之大小及位置[31]，化學治療伴隨許多副作用[32]，而放射性 治療則易使健康組織受放射線之影響。[33]基於上述治療方式之缺陷，光熱治療則 提供較溫和之方式且可避免以上治療之缺點以達到癌症治療之效果。
光熱療法乃指透過光熱轉換劑達到局部環境加熱之效果，當光熱轉換劑吸收 電磁輻射時，電子將由基態被激發至激發態，隨後透過非輻射鬆弛(non-radiative relaxation)之形式回至基態，即以熱之形式釋放能量，而此熱能將造成局部細胞 或 組 織 之 破 壞 。[34-36]光 熱 轉 換 劑 之 種 類 可 以 為 活 體 組 織 內 部 之 發 光 團 (chromophores)[37-39]，或額外注射有機染料分子，常見之有機光熱轉換劑如：靛氰 綠(indocyanine green)[40,41]、萘酞菁(naphthalocyanine)[42]與紫質 (porphyrins)金屬 錯化物[43]，然生物體內發光團之光吸收率極低，造成光熱轉換效率不佳，有機染
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子之細胞與其對照組(without nanoparticles; W/O NPs)具相當明顯之差異。
圖 1-6 不同形貌之金奈米粒子於細胞之光熱治療結果(a)球狀金奈米粒子[50]、(b) 棒狀金奈米粒子[51]、(c)星狀金奈米粒子與(d)星狀金奈米粒子放熱之理論計算結 果。[30]