宏观块材金是一种贵金属，其性质由其金属键和电子结构决定。

• 高导电导热性: 作为一种典型的金属，块材金具有极高的电导率和热导率。
• 化学惰性: 金是所有金属中化学性质最不活泼的之一，在常规环境下不被氧化，耐大多数酸的腐蚀。

金纳米笼的独特性质完全来自于其中空内腔和多孔薄壁的复杂结构，这使其局域表面等离激元共振（LSPR）效应具有极高的可调谐性。

• 中空结构与可调谐的近红外LSPR: 这是金纳米笼最核心、最重要的特性。其LSPR峰位由内外壁等离激元的杂化耦合决定，极其敏感地依赖于壁的厚度和孔隙率。通过精确控制合成过程（见Tab 8），可以方便地将其LSPR峰从可见光区（~600 nm）一直调谐到对生物组织穿透性极佳的近红外（NIR）区域（>1200 nm）。这种可调谐性是其在生物医学领域应用如此广泛的根本原因。
• 巨大的载货空间: 中空的内腔使其成为一个理想的“纳米容器”，可以用于封装和递送大量的药物分子、基因或其它功能性客体。
• 多孔的管壁: 纳米笼的壁上布满了纳米级的孔洞，这些孔洞为内外物质交换提供了通道，是实现可控药物释放的关键结构基础。
• 高效的光热转换: 当使用近红外激光激发其LSPR时，金纳米笼会高效地将吸收的光能转化为热量，使其成为一种优异的纳米热源，是光热治疗 (PTT) 的核心材料。

对于金纳米笼，其功能拓展主要通过构建复合结构来实现，即在其内外表面包覆或在其内腔封装功能性材料。

目标: 在金纳米笼外表面包覆一层功能性外壳，以提高稳定性、生物相容性或实现智能响应。

• 聚合物包覆: 在金纳米笼表面包覆一层智能聚合物（如温敏性聚合物pNIPAM）。在低温下，聚合物链伸展，允许药物分子进入笼内；在高温下（如光热效应导致的升温），聚合物链收缩，堵住孔洞，阻止药物泄漏。这种设计可以实现光热控制的药物“装载-锁定”。
• 二氧化硅包覆: 在金纳米笼表面包覆一层介孔或实心二氧化硅，可以极大地提高其结构稳定性和生物相容性，并提供一个易于功能化的表面。

目标: 利用金纳米笼的中空结构，在其内部封装功能性纳米颗粒，构建“核中核”的多功能体系。

• 封装磁性颗粒: 在金纳米笼的内腔中封装超顺磁性氧化铁纳米颗粒（SPIONs）。这样得到的复合结构同时具备了金纳米笼的近红外光学特性（用于PTT和PAI）和磁性颗粒的磁响应性（用于MRI和磁靶向），是构建多模态诊疗一体化平台的理想选择。

金纳米笼由于其高比表面积、多孔结构以及独特的金-银双金属组分，在催化领域展现出优异的性能。

• 高比表面积与可及性: 金纳米笼的中空和多孔结构使其具有极高的比表面积，且内外表面都可以作为催化位点被反应物接触，这极大地提高了催化剂的利用效率。
• 金-银协同效应: 由于其合成方法（电偶置换），金纳米笼的壁中通常会残留少量的银。这种金-银双金属结构常常能够产生协同效应，展现出比纯金或纯银更高的催化活性和选择性。

金纳米笼强大的LSPR效应使其在光催化领域具有巨大潜力。

• 高效的光能捕获与转换: 金纳米笼可以像一个高效的“纳米天线”，捕获光子能量，并通过光热效应或热电子注入两种途径来驱动或加速化学反应，实现太阳能到化学能的高效转换。

金纳米笼（AuNCs）可调谐的近红外LSPR特性和中空结构，使其成为用于深层组织成像和生物传感的理想多功能平台。

• 光声成像 (PAI) 造影剂: 这是AuNCs在生物成像中最重要、最有优势的应用。
  • 原理: AuNCs在近红外“生物窗口”区域具有极强的光吸收。当脉冲激光照射时，富集在组织深处的AuNCs吸收光能并瞬时产热，引起周围组织的热弹性膨胀并产生可被检测的超声波信号。
  • 优势: 光声成像结合了光学成像的高对比度和超声成像的深穿透深度，可以实现对活体动物体内深层组织（如肿瘤、血管）的高分辨率、高信噪比成像。AuNCs是目前性能最好的PAI造影剂之一。

• LSPR传感: AuNCs的LSPR峰位极其敏感地依赖于其周围介质的折射率。当生物分子（如抗体）结合到其表面时，会导致局部折射率发生微小变化，从而引起LSPR峰位的移动。通过监测峰位的移动，可以实现对生物分子结合事件的无标记实时检测。
• SERS传感: 金纳米笼的壁上存在许多由孔洞边缘和晶界形成的“热点”，使其也具有良好的表面增强拉曼散射（SERS）效应，可用于高灵敏度的分子检测。

金纳米笼（AuNCs）是纳米医学领域中诊疗一体化（Theranostics）理念的完美载体，其核心优势在于将光热治疗和可控药物递送两种功能天衣无缝地结合在同一个纳米结构中。

这是AuNCs在癌症治疗中最具革命性的应用。

• 原理:
  1. 药物装载: 利用AuNCs的中空内腔，通过简单的扩散或改变溶剂等方法，将化疗药物（如阿霉素, DOX）高效地封装在其内部。
  2. 靶向富集: 将载药的AuNCs通过静脉注射，利用EPR效应和表面修饰的主动靶向分子，使其在肿瘤部位高效富集。
  3. 光控释放与协同治疗: 使用低功率的近红外激光照射肿瘤区域。AuNCs吸收光能产生的光热效应会引发双重治疗效果：
     • 光热治疗 (PTT): 产生的热量本身就可以直接杀死一部分癌细胞。
     • 光控药物释放: 产生的热量会极大地增加药物分子在笼内外的扩散速率，或导致包裹在笼表面的温敏聚合物收缩，从而实现药物在肿瘤部位的按需、精准释放。
• 核心优势: 这种策略实现了光热-化疗协同治疗，不仅可以显著提高总的治疗效果（1+1>2），而且通过光控释放，极大地降低了化疗药物对正常组织的毒副作用，实现了“智能”治疗。

金纳米笼（AuNCs）的生物安全性评估除了需要考虑金核本身，还必须重点关注其合成过程中引入的模板材料残留。

• 残留银离子的细胞毒性: 这是AuNCs毒理学评估中最核心、最独特的考量。AuNCs是通过用金取代银纳米立方体制备的，因此最终产物中不可避免地会存在一定量的残留银。银离子（Ag⁺）具有很强的细胞毒性。因此，用于任何生物应用的AuNCs，都**必须**通过充分的纯化（如用氨水刻蚀、离心洗涤）来将残留的银含量降至安全水平以下。

• 生物持久性: 与所有金纳米材料一样，AuNCs在体内是不可生物降解的，存在长期蓄积于肝、脾等器官的风险。
• 表面配体毒性: 其模板（银纳米立方体）的合成通常会使用PVP等稳定剂，而后续功能化也可能引入其它配体，需要综合评估其表面化学的安全性。
• PEG化: 通过聚乙二醇（PEG）对表面进行修饰是提高其生物相容性、实现长循环、降低毒性的“金标准”策略。

金纳米笼的合成是纳米化学中的一个杰作，其核心是基于一种精巧的模板法——电偶置换反应（Galvanic Replacement Reaction）。

这是制备高质量金纳米笼最经典、最主流的方法。

• 原理: 该反应利用了金（Au）和银（Ag）之间标准还原电势的差异（E⁰(AuCl₄⁻/Au) = 0.99 V vs SHE; E⁰(Ag⁺/Ag) = 0.80 V vs SHE）。金的电势更高，因此金离子可以自发地氧化金属银。
  反应式: 3Ag(s) + AuCl₄⁻(aq) → Au(s) + 3Ag⁺(aq) + 4Cl⁻(aq)
• 合成步骤:
  1. 模板制备: 首先，通过多元醇法等方法，合成出形貌均一、尺寸可控的银纳米立方体（Silver Nanocubes）悬浮液。
  2. 电偶置换: 将银纳米立方体悬浮液加热至沸腾，然后向其中逐滴、缓慢地滴加氯金酸（HAuCl₄）水溶液。
  3. 纳米笼的形成: 氯金酸根离子会与银纳米立方体反应。银原子被氧化成银离子溶解到溶液中，同时金原子被还原并沉积在剩余的银模板表面。由于反应从表面开始并向内进行，且伴随着物质的流失（3个银原子置换出1个金原子），最终会形成一个中空的、壁上有孔的金-银合金纳米笼。
• LSPR峰位调控: 通过精确地控制加入的氯金酸的量，可以控制电偶置换的程度，从而精确地调控纳米笼的壁厚、孔隙率和最终的金/银比例，实现对其LSPR峰位在近红外区的精确调谐。

对金纳米笼（AuNCs）的精确表征是确认其独特结构和光学性质的关键。对其形貌和元素组成的表征尤为重要。

• 中空多孔结构的确认: 透射电子显微镜 (TEM) 是表征AuNCs的金标准。TEM可以清晰地展示其中空的内腔和多孔的管壁，并可用于测量其边长、壁厚和孔径等关键结构参数。
• 三维形貌: 扫描电子显微镜 (SEM) 可以提供大量AuNCs的三维形貌信息，并评估样品的形貌均一性。

• LSPR吸收光谱: 紫外-可见-近红外吸收光谱 (UV-Vis-NIR) 是监测电偶置换反应进程和表征最终产物光学性质最快捷的工具。随着反应的进行，银纳米立方体的LSPR峰（~400-500 nm）会逐渐减弱，同时在近红外区出现并不断蓝移的、宽阔的AuNCs的LSPR峰。
• 元素组成与残留银确认: 能量色散X射线谱 (EDX) 或 电感耦合等离子体质谱 (ICP-MS)。用于精确测定AuNCs中金和银的元素比例，特别是评估用于生物应用前，有毒的残留银是否已被充分去除。

金纳米笼的表面工程是其实现生物医学应用的关键，其核心是利用其内外表面和成熟的硫醇化学，构建多功能诊疗平台。

AuNCs的中空多孔结构为其提供了两个可功能化的独特区域：外表面和内表面。

• 外表面修饰: 与其它金纳米材料类似，AuNCs的外表面可以通过硫醇化学轻松地进行修饰。
  • PEG化: 连接PEG-SH以提高其生物相容性和实现长循环。
  • 靶向分子连接: 连接抗体、多肽等，以实现对肿瘤等病灶的主动靶向。
• 内表面/内腔修饰: AuNCs的内腔和内壁也可以被功能化，主要用于药物的负载和可控释放。
  • 药物负载: 通过共价键或非共价作用（如静电吸附）将药物分子固定在内壁上。
  • 聚合物门控: 在笼的孔洞处接枝智能聚合物，构建“门控”系统，实现对笼内药物释放的精确控制。

通过对内外表面的协同工程，可以将多种功能集成到一个AuNCs上，例如：外表面连接PEG和靶向抗体，内腔装载化疗药物，而金笼本身则作为光热治疗剂和光声成像造影剂，最终构建出一个完美的多功能诊疗一体化纳米药物。