三、形态结构

高分子纳米药物载体形态结构的常用测量手段包括透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）及原子力显微镜（AFM）等。

TEM具有非常高的分辨率，可对亚纳米到微米级别尺寸的物体进行成像，并可通过冷冻模式、扫描透射模式等不同的成像模式提供许多纳米结构和元素的信息，因此是最常用的测量高分子纳米药物载体形态结构的工具。TEM是通过照射在纳米颗粒上的聚集电子束透过样品后在物镜上聚焦而成像的。由于纳米颗粒中元素种类、样品密度、厚度等不同，照射在样品上的电子束会发生不同程度、不同角度的立体角散射，因而纳米颗粒的结构和材料的区别可以通过图片上形貌和衬度的不同体现出来。

为了增强高分子纳米颗粒在TEM下的衬度，常采用染色的制样方法。染色法总体可划分为正染和负染两种。正染是利用TEM下高衬度的材料对所需观察的纳米颗粒进行标记，从而使纳米颗粒在TEM图像中颜色变得更深的方法。例如，利用醋酸双氧铀和氨基的作用可以对蛋白质等含有氨基的高分子纳米颗粒进行标记。与正染相反，负染是通过提升样品外背景区域的衬度来提升材料样品在成像中对比度的方法。经过负染的样品在TEM下背景呈深色，而样品处由于染色剂较少呈现亮色。染色法可以提升某些高分子纳米颗粒甚至颗粒微观结构的衬度，从而更加清晰地利用TEM对其形态结构进行测量。

冷冻透射电子显微镜（Cryo-TEM）技术是观察溶液相中高分子纳米颗粒最直观的方法，因为其通过电子束对冷冻在液体中的纳米颗粒进行成像（图6-8（a））。2017年诺贝尔化学奖颁发给了发展测量生物大分子高分辨结构的Cryo-TEM技术的三位科学家，这也再次体现了Cryo-TEM在结构测量中的重要作用（见扩展阅读3）。

除了以上几种测量技术外，TEM还有许多不同模式可用于测量纳米颗粒的形态结构。例如利用高分辨TEM（HRTEM）可对纳米材料原子间的晶格进行成像，在含有无机纳米材料的无机/高分子复合纳米粒子的测量中发挥重要作用。同时，将电子断层扫描成像技术与图像分析的数学模型相结合可以重建纳米颗粒的三维立体结构图像，使我们对具有三维结构的纳米颗粒的形态有更加直观和准确的认识。此外，利用TEM的能量色散X射线谱（EDXS）及电子能量损失光谱（EELS）等技术可对纳米颗粒中的元素分布情况进行测量。(https://www.daowen.com)

总之，TEM具有的高分辨、多功能测量能力已使其成为高分子纳米药物载体形态结构测量中不可或缺的技术手段。

SEM技术是一种利用电子束扫描纳米颗粒表面并对其表面形态结构进行成像的技术。通常来说，SEM的分辨率不如TEM，且某些导电性不好的材料需要在样品表面喷涂一层很薄的导电层来增加样品的导电性才能得到清晰的SEM图片。SEM相较TEM的优势在于可一次性装载更多的样品，考虑到在SEM和TEM测量过程中更换样品都需要真空环境，在一定时间内SEM可测量的样品数量更多。此外，SEM可以提供样品表面形态结构的更多信息。因此，在高分子纳米药物载体的测量过程中，SEM更适合对尺寸较大的导电聚合物材料或者无机/高分子复合纳米材料外部形态结构进行测量。

AFM是一种可对纳米颗粒表面结构进行高分辨三维成像的测量手段。其主要通过微悬臂（cantilever）和与悬臂相连的精细探针（fine probe）与颗粒表面作用收集相应的成像信息。除了可以测量纳米颗粒的形态，AFM还可以在测量过程中提供颗粒高度、软硬程度等信息。这些信息对分析环形、片形、碟形等二维高分子纳米材料的性能具有重要意义。此外，用于AFM的样品不需要表面修饰或者喷涂其他材料，且可以对TEM图片中衬度较低的纳米颗粒的形态进行准确的测量。基于这些优势，AFM技术也是高分子纳米颗粒形态测量中常用的技术手段。

图6-8　纳米颗粒的透射电镜图及药物释放的测量
（a）Cryo-TEM测量纳米颗粒；（b）药物释放曲线示例；（c）透析法测量药物释放速率；（d）Franz扩散池示意图
Figure 6-8　The TEM image and drug release measurement of nanoparticles
（a）Cryo-TEM image of nanoparticles；（b）Examples of drug release profile；（c）Drug release rate measured by dialysis；（d）Schematic showing the Franz diffusion cell