CN103273079B - 一种金纳米花的制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种金纳米花的制备方法及其应用。本发明提供一种制备方法步骤如下：1）室温下，将多酚加入pH值为7～12的水溶液得到混合液；2）然后依次加入氯金酸、双氧水，摇匀得反应液；3）将反应液离心，弃去上清液，洗涤后得产物纳米金花。不同pH值下所得金纳米花的粒径为50～200nm，其稳定性好，可应用于生物体内作为药物载体有良好生物相容性，应用于化学发光分析能显著增强鲁米诺化学发光体系的信号强度，应用于表面增强拉曼散射（SERS）分析的灵敏度优于球形金纳米颗粒。本发明具有原料易得环保，反应条件温和，高效快速等优点，非常适合大规模制备和生产。
Description
技术领域
本发明涉及纳米材料科学领域，具体涉及一种花状结构的金纳米材料的制备与应用。
背景技术
金纳米花具有较大的比表面积，是理想的催化剂材料；金纳米花表面的纳米触角使得同一个纳米粒子表面具有很多个热点，显著的表面增强拉曼散射效应加之良好的生物相容性使其成为拉曼光谱原位检测的理想选择；最后，金纳米花粒子由于其表面等离子共振吸收峰可红移至近红外光区而具有特殊的近红外光热转换性能，金纳米花粒子介导的近红外(NIR)热疗具有非侵入及无耐药性等优点，在肿瘤热疗和载药等领域具有广泛应用前景。目前，金纳米花颗粒已广泛应用于表面增强拉曼散射、电化学领域、生物学领域、化学发光传感等。
目前为止，金纳米花的制备方法主要有间接合成法-金种法、直接合成法和生物合成法：第一类金种法，将纳米金颗粒作为种子加入到含有氯金酸、还原剂或是结构导向试剂的溶液中合成。Gabriele Maiorano等采用羟胺作为还原剂、HEPES作为结构导向试剂两步金种法合成金纳米花。第二类直接合成法，即利用表面活性剂、聚合物等其他试剂作为还原剂、配体、模板等直接应用于金纳米花的合成，不加入金种介导。例如，Wenfeng Jia用C18N3作为模板，抗坏血酸作为还原剂两步合成金纳米花。第三类应用生物大分子作为材料，目前文献有报道的是应用DNA、HIAA、胰蛋白酶和5’-GMP为材料合成金纳米花。但是，金种法需要预先合成金种，常采用传统的柠檬酸加热还原法，或是需要特殊的实验条件（加热、回流、超声等），故此法步骤繁琐；同时制备过程中引入的表面活性剂、聚合物等对生物体有毒，限制了其在生物医学领域的应用，又由于具有很强的表面活性，易吸附在纳米金的表面难以分离纯化，进而影响纳米金材料的表面修饰拓展应用。而生物大分子不易获得且价格昂贵，不适宜广泛的应用。
化学发光（Chemiluminescence,CL）是指伴随化学反应的光发射现象。其发光机理是：反应体系中的某些物质分子，如反应物、产物、中间体或者共存的荧光物质吸收了化学反应释放的能量而由基态跃迁至激发态，在从激发态弛豫到基态的过程中将能量以光辐射的形式释放出来，产生化学发光。最早将纳米金用于催化化学发光体系的是球形纳米金催化的鲁米诺－过氧化氢化学发光体系，发现38nm金纳米粒子具有最强的催化作用。目前金纳米棒，金纳米块，三角形金纳米等各向异性结构的纳米金颗粒，应用于催化化学发光体系有如下报道：Li等在有非离子型含氟表面活性剂存在的条件下，利用枸橼酸钠还原法合成了三角形的纳米金，发现三角形纳米金催化的鲁米诺－过氧化氢化学发光的能力强于球形纳米金；Lu等发现棒状纳米金催化鲁米诺－过氧化氢化学发光的能力也强于球形纳米金。然而利用花形金纳米花催化化学发光体系的研究尚未有文献报道。
拉曼光谱具有无损检测、对样品无污染、样品处理简单、共存水对其测定无干扰等优点，样品可直接通过玻璃、石英、和光纤等测量。然而，通常拉曼散射的信号强度很低，极大限制了拉曼散射的实际应用。研究人员发现粗糙的电极表面能够使得吸附分子的拉曼信号得到极大增强，这种技术被称为表面增强拉曼散射（SERS）。具有该增强效应的材料主要有贵金属和碱金属，其中金纳米花颗粒由于具有粗糙的表面形貌，而在SERS方面得到广泛的应用。
迄今国内外尚未见采用氯金酸、多酚和双氧水为原材料，在宽pH值范围合成金纳米花的制备方法。该方法操作简单易行，材料易得环保，成本低廉且制备的纳米金花具备良好的生物相容性、催化化学发光活性和表面增强拉曼散射活性。
发明内容
本发明目的之一提供一种具备良好的生物相容性、催化化学发光活性和表面增强拉曼散射活性的金纳米花的制备方法。本专利提供的金纳米花呈花状。
金纳米花的制备方法，步骤如下：1）室温下，将多酚加入pH值为7～12的水溶液得到混合液；2）然后依次加入氯金酸、双氧水，混匀得反应液；3）将反应液离心，弃去上清液，洗涤后得产物纳米金花。
所述反应在室温下即可进行，具体可选择0-37℃，无需加热和冷却，反应快速，加入双氧水后，立即生成金纳米花；所述缓冲溶液采用醋酸钠、碳酸氢钠-碳酸钠、氢氧化钠，或醋酸钾、碳酸氢钾-碳酸钾、氢氧化钾中的一种或一种以上调配；多酚为苯环上具有二个或二个以上羟基化合物，优选为邻位多酚，特别可采用原儿茶醛、没食子酸、木犀草素等；不同pH值下所得金纳米花的粒径为50～200nm，室温放置30天后仍保持良好的稳定性。
离心条件优选为10000r/min，30min。
清洗并离心得金纳米花。
所述多酚的浓度最好是为5×10-5～5×10-4g/mL，所述氯金酸的浓度最好为0.001%～0.1%，而双氧水的浓度最好为0.1%～0.6%。
所述多酚、氯金酸和双氧水的体积比为1～3:10～30:2～5。
优选的制备方法为，将100μl的1×10-4g/mL的原儿茶醛加入500μl醋酸钠调制的pH10.28的水溶液中，振荡混匀；再依次加入1ml的0.01%氯金酸和200μL的0.3%双氧水，手动混匀，得到反应液；将反应液10000r/min离心，然后吸取上清液并弃去，加入双蒸水清洗，如此重复三次清洗金纳米花。
本发明制备方法所得金纳米花在生物体内作为药物载体的应用，有良好的生物相容性。
本发明制备方法所得金纳米花在化学发光分析系统中的应用，金纳米花能显著增强鲁米诺体系的发光强度。
本发明制备方法所得金纳米花在表面增强拉曼散射（SERS）中的应用，优于球形金纳米颗粒。
本发明具有以下优点：
1）采用水作为溶剂来源广泛、价廉，环保。
2）原料采用多酚类化合物和双氧水，生物相容性好，容易获得且廉价。双氧水可使纳米金花快速形成，花形更加圆整紧实。两种试剂容易清洗去除，避免了其他合成方法的缺点。
3）本制备方法在pH7～12的范围内合成不同尺寸的具有良好稳定性和均一性的金纳米花。
4）本制备方法是在常温下进行，不要特别的加热和冷却实验仪器，操作简单易行。
附图说明
图1为不同pH值条件下制备获得的金纳米花的TEM图，a，b，c，d，e，f分别代表实施例1～6中pH值为7.6、8、9.24、10.28、10.83、12条件下制得金纳米花的TEM图。
图2为PH10.28条件下制备获得的金纳米花的SEM图。
图3为PH10.28条件下制备获得的金纳米花的细胞毒性图。
图4为流动注射-化学发光分析系统的流路示意图。
图5为PH10.28条件下制备获得的金纳米花增强鲁米诺化学发光的信号图。
图6为罗丹明6G吸附在金纳米花（AuNFs）与球形金纳米（AuNPs）表面的SERS谱图。
图7为实施例11中原儿茶醛浓度分别为4×10-5g/mL（a）和1.4×10-4g/mL（b）条件下制备获得的金纳米花TEM图。
图8为实施例12中多酚分别为没食子酸（a）和木犀草素（b）条件下制备获得的金纳米花TEM图。
图9为加入(a)和未加入(b)双氧水的体系反应生成的金纳米花的TEM图。
图10为加入(a)和未加入(b)双氧水的体系反应生成的金纳米花溶液的紫外吸收光谱图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的特点进行进一步的阐述。
实施例1：
以下步骤可以在温度0-37℃下进行，本实施方式采用25℃，将50μL的1×10-4g/mL原儿茶醛（分子量138.12）加入500μL醋酸钠调制的pH7.6水溶液中，振荡混匀；再依次加入1mL的0.005%氯金酸和200μL的0.3%双氧水混匀，得到反应液；将反应液10000r/min离心30min，然后吸取上清液并弃去，加入双蒸水替代，如此重复三次清洗纳米金，TEM见图1a。
实施例2：
以下步骤可以在温度0-37℃下进行，本实施方式采用25℃，将150μL的1×10-4g/mL原儿茶醛加入500μL碳酸氢钠-碳酸钠调制的pH8水溶液中，振荡混匀；再依次加入1ml的0.1%氯金酸和200μL的0.3%双氧水混匀，得到反应液；将反应液10000r/min离心30min，然后吸取上清液并弃去，加入双蒸水替代，如此重复三次清洗纳米金，TEM见图1b。
实施例3：
以下步骤可以在温度0-37℃下进行，本实施方式采用25℃，将100μL的1×10-4g/mL原儿茶醛加入500μL碳酸氢钠-碳酸钠调制的pH9.24水溶液中，振荡混匀；再依次加入0.5mL的0.01%氯金酸和200μL的0.1%双氧水混匀，得到反应液；将反应液10000r/min离心30min，然后吸取上清液并弃去，加入双蒸水替代，如此重复三次清洗纳米金，TEM见图1c。
实施例4：
以下步骤可以在温度0-37℃下进行，本实施方式采用25℃，将100μL的1×10-4g/mL原儿茶醛加入500μL碳酸氢钠-碳酸钠调制的pH10.28水溶液中，振荡混匀；再依次加入1mL的0.01%氯金酸和200μL的0.3%双氧水混匀，得到反应液；将反应液10000r/min离心30min，然后吸取上清液并弃去，加入双蒸水替代，如此重复三次清洗纳米金，TEM图见图1d，SEM图见图2。
实施例5：
以下步骤可以在温度0-37℃下进行，本实施方式采用25℃，将100μL的1×10-4g/mL原儿茶醛加入500μL碳酸氢钠-碳酸钠调制的pH10.83水溶液中，振荡混匀；再依次加入1.5mL的0.01%氯金酸和100μL的0.3%双氧水混匀，得到反应液；将反应液10000r/min离心30min，然后吸取上清液并弃去，加入双蒸水替代，如此重复三次清洗纳米金，见图1e。
实施例6：
以下步骤可以在温度0-37℃下进行，本实施方式采用25℃，将100μL的1×10-4g/mL原儿茶醛加入500μL氢氧化钠调制的pH12水溶液中混匀；再依次加入1mL的0.01%氯金酸和250μL的0.3%双氧水，振荡混匀，得到反应液；将反应液10000r/min离心30min，然后吸取上清液并弃去，加入双蒸水替代，如此重复三次清洗纳米金，见图1f。
实施例7：
将实施例1～6得到的反应液用纳米粒度及电位分析仪分别测定粒径分布范围，得到表1。
表1不同pH情况下粒径分布
| pH7.6 | pH8 | pH9.24 | pH10.28 | pH10.83 | pH12 |
| 105nm | 190nm | 60nm | 56nm | 63nm | 62nm |
实施例8：
肺成纤维细胞用DMEM培养基（含4.0mM L-谷氨酰胺、4500mg/L葡萄糖，不含丙酮酸钠）、20%胎牛血清和100U/mL双抗（链霉素-青霉素）培养。用MTT法评价实施例4制备的金纳米花的细胞毒性，步骤如下：①将对数生长期的细胞接种于96孔板上且10000个/孔、100μl/孔，5%CO2，37℃孵育至细胞单层铺满孔底②加浓度梯度0～22mg/mL的实施例4制备的pH10.28金纳米花，5个复孔，5%CO2、37℃孵育24h③每孔加20ulMTT（5mg/ml）继续培养4h④终止培养，吸去孔内培养液，每孔加DMSO150μl溶解，摇床上低速摇震约10min⑤酶标仪上570nm处测各孔吸光值。与空白对照组相比，说明金纳米花有良好的生物相容性，可直接用于生物体内作为药物载体进行诊断、治疗疾病。结果见图3。
实施例9：
流动注射-化学发光分析系统的流路如图4所示，分别将载流(水)、鲁米诺以及双氧水通过相应的管道输入分析系统，载流(水)先与鲁米诺混合，再与双氧水混合的混合液进入流通池，经信号检测器检测化学发光信号。待基线稳定后，注入金纳米花（实施例4制备的样品），记录反应的发光信号，其中将未加入金纳米花时体系产生的化学发光强度定义为本底化学发光I0，而将纳米金花加入到发光体系中得到的的化学发光强度定义为I，则纳米金花的化学发光值ΔI=I-I0。结果见图5。由图可知，金纳米花可显著增强鲁米诺化学发光体系的信号强度，说明金纳米花可作为催化剂，催化鲁米诺化学发光反应。
实施例10：
将pH10.28的金纳米花（实施例4制备的样品）和38nm的球形金纳米颗粒的金溶胶分别离心(10000r/min)分离，沉淀物用超纯水洗涤后，经水和无水乙醇离心洗涤后分散到10-6mol/L的罗丹明6G乙醇溶液中浸泡12h。然后将沉淀用无水乙醇离心洗涤3次除去游离的罗丹明6G，重新分散到一定量的无水乙醇中，并将其滴加到洁净的玻璃片表面自然干燥。在激光拉曼光谱仪上进行金纳米花的SERS测试：激发光633nm。结果见图6。与球形金纳米颗粒相比，金纳米花可以明显增强SERS的分析信号强度。
实施例11：
以下步骤可以在温度0-37℃下进行，本实施方式采用25℃，将100μL的5×10-5、5×10-4g/mL浓度的原儿茶醛加入500μL碳酸氢钠-碳酸钠调制的pH10.28水溶液中，振荡混匀；再依次加入1mL的0.01%氯金酸和200μL的0.3%双氧水混匀，得到反应液；将反应液10000r/min离心30min，然后吸取上清液并弃去，加入双蒸水替代，如此重复三次清洗纳米金，TEM分别见图7a，b。
实施例12：
以下步骤可以在温度0-37℃下进行，本实施方式采用5℃，分别将100μL的1.0×10-4g/mL的没食子酸（a）、木犀草素（b）加入500μL碳酸氢钠-碳酸钠调制的pH10.28水溶液中，振荡混匀；再依次加入1mL的0.01%氯金酸和200μL的0.3%双氧水混匀，得到反应液；将反应液10000r/min离心30min，然后吸取上清液并弃去，加入双蒸水替代，如此重复三次清洗纳米金，TEM分别见图8a，b。
实施例13
以下步骤可以在温度0-37℃下进行，本实施方式采用35℃。
A.将100μL的1×10-4g/mL的原儿茶醛加入500μL碳酸氢钠-碳酸钠调制的pH10.28水溶液中，振荡混匀；再加入1mL的0.01%氯金酸混匀，得到反应液；在轻微的震摇下，溶液颜色由深灰色变为灰绿色，在580nm处产生了一个SPR吸收峰，将反应液10000r/min离心30min，然后吸取上清液并弃去，加入双蒸水替代，如此重复三次清洗纳米金，TEM图见图9b，紫外吸收图见图10b。这些现象说明反应溶液中已经形成了初级的金纳米粒子。通过TEM表征显示，此时得到的粒子为小尺寸多脚状的初级金纳米花，这些初级金纳米花由多个小金纳米粒子聚集而成，结构较为疏松。
B.将100μL的1×10-4g/mL的原儿茶醛加入500μL碳酸氢钠-碳酸钠调制的pH10.28水溶液中，振荡混匀；再依次加入1mL的0.01%氯金酸和200μL的0.3%双氧水混匀，得到反应液；此时反应溶液颜色由灰绿色迅速的变为蓝紫色，在558nm处产生了一个SPR吸收峰，吸收度明显增强，将反应液10000r/min离心30min，然后吸取上清液并弃去，加入双蒸水替代，如此重复三次清洗纳米金，TEM图见图9a，紫外吸收图见图10a。此现象说明在加入H2O2的反应体系中，金纳米粒子的生长速度比不加双氧水的体系快。TEM表征显示，加入H2O2的体系得到的是结构致密的金纳米花。
由结果可见，双氧水的加入可使反应更加快速，形成的纳米金花形更加紧实，且无需加热和冷却装置。
Claims (8)
1.一种金纳米花的制备方法，其特征在于步骤如下：
1)将多酚加入pH值为7～12的水溶液得到混合液；
2)然后依次加入氯金酸、双氧水，混匀得反应液；
3)将反应液离心，弃去上清液，洗涤后得产物纳米金花；
所述步骤在温度0～37℃下进行；
所述多酚为邻位多酚的一种或一种以上混合物；
所述多酚的浓度为5×10-5～5×10-4g/mL，氯金酸的浓度为0.001％～0.1％，双
氧水的浓度为0.1％～0.6％；
所述多酚、氯金酸和双氧水的体积比为1～3:10～30:2～5。
2.权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述邻位多酚选自原儿茶醛、没食子酸或木犀草素。
3.权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述水溶液采用醋酸钠、碳酸氢钠-碳酸钠、氢氧化钠中的一种或一种以上调配。
4.权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述水溶液采用醋酸钾、碳酸氢钾-碳酸钾、氢氧化钾中的一种或一种以上调配。
5.权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述步骤如下：将100μl的1×10-4g/mL原儿茶醛加入碳酸氢钠-碳酸钠调制的pH10.28水溶液，混匀；再依次加入1ml的0.01％氯金酸和200μl的0.3％双氧水，摇匀得到反应液；将反应液10000r/min离心30min，然后吸取上清液并弃去，清洗离心得纳米金花。
6.权利要求1所述制备方法制得的纳米金花在生物体内作为药物载体应用。
7.权利要求1所述制备方法制得的纳米金花在化学发光分析中的应用。
8.权利要求1所述制备方法制得的纳米金花在表面增强拉曼散射分析中的应用。
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