CN102078617B - 一种镶嵌金纳米棒的介孔硅基纳米复合材料的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于纳米生物医药领域，涉及镶嵌金纳米棒的介孔硅基纳米复合材料的合成方法，本发明为在金纳米棒表面羧基功能化和介孔硅基纳米颗粒表面氨基功能化的基础上，通过酰胺反应将表面羧基功能化的金纳米棒与表面氨基功能化的介孔硅基纳米颗粒复合，得到外表面均匀、稳定镶嵌金纳米棒的介孔硅基纳米复合材料；复合反应直接在水中合成，不用添加催化剂，不用调节酸度或离子强度；简单易行、无污染且产量高。所得复合材料，具有良好的分散性、生物相容性和无毒性；具备介孔硅基纳米材料高的载药量和药物缓释功能，以及金纳米棒将近红外光转化为热的功能，可实现药物治疗和光热治疗协同的治疗模式，并可广泛用于疾病诊断和治疗，及生物杀菌等领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种镶嵌金纳米棒的介孔硅基纳米复合材料的合成方法，属于纳米生物医药领域。
背景技术
多种治疗模式结合可以起到协同增效的作用，特别是热疗和化疗协同治疗模式在癌症治疗上已经广泛应用(Iternational Journal of Hyperthermia 2009，Vol.25，No.4，Pages 262-272)。但传统的热疗模式无法精确控制加热面积和功率，传统的化疗方式药物易杀死正常细胞产生副作用，以及在协同治疗时无法保证加热和药物在肿瘤的同时间同区域进行作用等因素，使协同治疗效果明显降低，并且一直限制着该协同模式的发展。纳米材料技术在生物医疗领域的应用和发展，使热疗和化疗在肿瘤同时间同区域共同作用成为了可能。
介孔硅基纳米颗粒，是一类用无机或有机硅化合物为主要反应原料，以有机分子作为模版剂，合成的介孔纳米材料，选自介孔二氧化硅，分子筛，多孔生物玻璃等纳米材料。这些材料具有高的比表面积，大的孔容，化学稳定性，生物相容性和无毒性，已经成为了一类新型的药物载体材料。将介孔硅基纳米颗粒与其他功能纳米颗粒和分子相结合，以实现分子标记、造影、靶向识别分子、纳米治疗和药物治疗等癌症早期诊断和治疗的多功能体系是目前研究的热点。金纳米棒由于表面等离子共振性质，在近红外区域有一个很强的吸收峰，同时可以将光能高效的转化成热量，能适用于光热治疗。
将介孔硅基纳米颗粒与金纳米棒复合为单一的，稳定的纳米颗粒，有望实现两种治疗模式的协同作用。但是，由于纳米颗粒本身具有的易团聚，吸附颗粒表面的表面活性剂和反应辅助催化剂残留导致的生物毒性大等因素，极大地增加了该复合材料合成和应用的难度。本发明用新颖的化学方法，合成了单分散，无生物毒性的介孔硅基纳米颗粒与金纳米棒复合颗粒，在疾病诊断和治疗，以及生物杀菌领域具有广泛的应用前景。
发明内容
本发明的目的是合成单分散、稳定性好的介孔硅基纳米颗粒与金纳米棒复合结构纳米材料，即一种镶嵌金纳米棒的介孔硅基纳米复合材料，以克服现有技术中吸附颗粒表面的表面活性剂和反应辅助催化剂残留导致的生物毒性大等问题。
为解决上述技术问题，本发明采用以下的技术方案来实现：
本发明的镶嵌金纳米棒的介孔硅基纳米复合材料的合成方法，为在金纳米棒表面羧基功能化和介孔硅基纳米颗粒表面氨基功能化的基础上，通过酰胺反应将表面羧基功能化的金纳米棒水溶液与表面氨基功能化的介孔硅基纳米颗粒水溶液进行复合，得到外表面均匀、稳定镶嵌金纳米棒的介孔硅基纳米复合材料；所述介孔硅基纳米颗粒与金纳米棒的复合反应直接在水溶液中合成，不用添加催化剂，也不用调节溶液的酸度或离子强度。
本发明的镶嵌金纳米棒的介孔硅基纳米复合材料的合成方法，具体包括以下步骤：
(1)金纳米棒的羧基功能化改性：采用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为分散剂和生长导向剂合成金纳米棒溶胶水溶液，金元素浓度为1mmol/L-10mmol/L；向获得的金纳米棒溶胶水溶液中加入浓度为1mg/ml-5mg/ml的同时含有羧基和含S基团的化合物的水溶液；将获得的混合液在40℃-55℃下超声1小时以上，得到羧基功能化的金纳米棒水溶液；所述同时含有羧基和含S基团的化合物与金纳米棒的摩尔比10000-100000∶1。
所述同时含有羧基和含S基团的化合物选自分子链为HOOC-Xn-S-S-Xn-COOH的同时含有羧基和双硫键的化合物和分子链为HS-Yn-COOH的同时含有羧基和巯基的化合物，其中，X为CH2CH2O、CH2O或CH2等分子单元，Y为CH2CH2O或CH2O分子单元，n代表单元数，且n＝7-5000，如HOOC-(CH2CH2O)7-S-S-(CH2CH2O)7-COOH，HS-(CH2CH2O)5000-COOH等化合物。
所述同时含有羧基和含S基团的化合物不取化合物HS-Yn-COOH，其中Y为CH2分子单元，n代表单元数，且n＝7-5000，如HS-(CH2)n-COOH。
所述获得的羧基功能化的金纳米棒溶液可以在水(不受酸度和离子强度影响)、有机溶剂(如氯仿、乙醇和环己烷等)和生物模拟体液中分散，并保持不沉降。
所述金纳米棒溶胶水溶液的制备，如采用以下制备方法：(a)、在CTAB水溶液中加入氯金酸(HAuCI4)，配成含有0.1mol/L的CTAB、0.25mmol/L的氯金酸的水溶液10ml。在所得的氯金酸溶液中加入10mmol/L的NaBH4水溶液0.6ml，得到3nm粒径的金纳米颗粒溶胶水溶液。(b)、配置含有0.1mol/L的CTAB、0.75mmol/L的HAuCI4、0.20mmol/L的AgNO3的生长水溶液100ml，在此生长水溶液中加入80mmol/L的抗坏血酸水溶液1.5ml，直到溶液由红色变成无色。(c)、将步骤(a)获得的金纳米颗粒溶胶溶液0.2ml滴入步骤(b)获得的无色溶液中，所得混合液静置10分钟后，由无色透明溶液变成紫色的金纳米棒溶胶溶液。将金纳米棒溶胶溶液离心(13000rpm，20min)共三次，去除过量的CTAB。将离心后的金纳米棒颗粒分散在20ml水中，得到金元素浓度为3.75mmol/L的金纳米棒溶胶水溶液。通过改变金纳米棒的加入量，可得到金元素浓度为1mmol/L-10mmol/L的金纳米棒溶胶水溶液。
(2)介孔硅基纳米颗粒的表面氨基功能化：将介孔硅基纳米颗粒分散于乙醇中，然后加入含氨基的硅烷偶联剂，加热回流、离心，将获得的离心产物分散在水中，得到浓度为0.5mg/ml-5mg/ml的表面氨基功能化的介孔硅基纳米颗粒水溶液。
所述介孔硅基纳米颗粒选自介孔二氧化硅、分子筛、多孔生物玻璃、内部负载功能纳米颗粒或分子材料的介孔二氧化硅、内部负载功能纳米颗粒或分子材料的分子筛和内部负载功能纳米颗粒或分子材料的多孔生物玻璃。所述内部负载的功能纳米颗粒，如磁性四氧化三铁纳米颗粒，荧光纳米颗粒；所述内部负载的分子材料包括荧光分子，如核磁造影剂分子等。
所述含氨基的硅烷偶联剂，如3-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷等。所述含氨基的硅烷偶联剂的加入摩尔量为介孔硅基纳米颗粒摩尔量的1/50-1/10，所述介孔硅基纳米颗粒由硅前驱体制得，如由硅前驱体正硅酸乙酯、硅酸钠等制得；所述加热回流的时间为3h以上。
(3)介孔硅基纳米颗粒与金纳米棒的复合：
A，将步骤(1)获得的羧基功能化的金纳米棒溶液离心后，分散在2-(N-吗啉基)乙磺酸(MES)缓冲溶液中，然后加入酰胺反应剂进行反应，反应完成之后，在小于4℃环境下离心并用去离子水水洗后，分散在去离子水中获得金纳米棒琥珀酰亚胺酯化产物水溶液；
B，将获得的金纳米棒琥珀酰亚胺酯化产物的溶液立刻加入到步骤(2)获得的表面氨基功能化的介孔硅基纳米颗粒水溶液进行复合反应，反应后离心得到所述镶嵌金纳米棒的介孔硅基纳米复合材料。
所述镶嵌金纳米棒的介孔硅基纳米复合材料中，Au和Si的原子浓度比为：Au∶Si＝0.6-60∶1。
所述金纳米棒在介孔硅基纳米颗粒表面的镶嵌数量可以通过控制两种组份(金纳米棒和介孔硅基纳米颗粒)的浓度比例进行调整。
步骤(3)的A中，所述MES缓冲溶液的浓度为0.1mol-1mol/L；其pH值为4-6。
所述酰胺反应剂的加入量为5-50mg；所述酰胺反应剂选自1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)-碳酰化二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)，通过对金纳米棒颗粒表面的羧基酰胺化，使之生成可与氨基直接反应的琥珀酰亚胺酯活性基团。
所述加入酰胺反应剂后的搅拌，如可以缓慢搅拌至少30分钟。
所述金纳米棒酰胺化产物的溶液与表面氨基功能化的介孔硅基纳米颗粒水溶液反应可采用激烈搅拌混合方式混匀，所述反应时间为30分钟以上。
步骤(3)的B中合成的活化的金纳米棒必须在4℃以下的去离子水中离心和暂时保存；所述获得金纳米棒琥珀酰亚胺酯化产物水溶液的暂时保存条件为4℃以下环境。
步骤(3)的C中介孔硅基纳米颗粒与金纳米棒的复合反应直接在水溶液中合成，不用添加任何催化剂，也不用调节溶液的酸度或离子强度。
本发明的镶嵌金纳米棒的介孔硅基纳米复合材料的合成方法具有以下特点：
1.采用HOOC-Xn-S-S-Xn-COOH(X：代表CH2CH2O，CH2O或CH2等分子单元，n：单元数，7-5000)或HS-Yn-COOH类型(Y：代表CH2CH2O或CH2O等分子单元，n：单元数，7-5000)的同时含有羧基和巯基官能团的分子链超声置换CTAB的方法，使CTAB完全去除，同时保证金纳米棒的分散性和功能化，解决了金纳米棒表面吸附表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)导致的生物毒性的问题。
2.在合成羧基功能化的金纳米棒后先加入一定量的1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)-碳酰化二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)，使之生成可与氨基直接反应的琥珀酰亚胺酯活性基团，通过在低温环境下(4℃以下)离心去除过剩的EDC和NHS；然后，直接将活化的金纳米棒水溶液与氨基改性的介孔硅基纳米颗粒水溶液复合反应，不添加任何反应辅助催化剂，反应简单易操作，并且产物无生物毒性，解决了介孔硅基纳米颗粒与金纳米棒的复合反应中催化剂残留导致生物毒性的问题。
本发明的合成方法所制得的镶嵌金纳米棒的介孔硅基纳米复合材料，具有良好的分散性、生物相容性和无毒性。本发明合成方法简单易行、无任何污染、产量高；所得复合材料具备了介孔硅基纳米材料高的载药量和药物缓释功能，以及金纳米棒将近红外光转化为热的功能，可以用来实现药物治疗和光热治疗协同的治疗模式，如作为药物载体材料、光热治疗材料、分子标记材料、造影材料、靶向识别分子材料等，并可广泛应用于疾病诊断、疾病治疗，以及生物杀菌等领域中。
附图说明
图1实施例1具有磁性四氧化三铁为内核的介孔二氧化硅纳米颗粒(Fe3O4mSiO2)与金纳米棒复合后的透射电镜图。
图2是对比例1用11-巯基十一烷酸对金纳米棒表面功能化后，将磁性四氧化三铁为内核的介孔二氧化硅纳米颗粒(Fe3O4mSiO2)与金纳米棒复合后的透射电镜图。
图3是对比例2用巯基乙酸对金纳米棒表面功能化后，将磁性四氧化三铁为内核的介孔二氧化硅纳米颗粒(Fe3O4mSiO2)与金纳米棒复合后的透射电镜图。
图4是实施例1中UV-vis吸收曲线(1)-(3)分别代表一定浓度的Fe3O4mSiO2颗粒(1)，一定浓度的金纳米棒用CTAB分散的溶胶溶液(2)和磁性介孔二氧化硅纳米颗粒与金纳米棒的复合材料(3)分散在水中的UV-vis吸收曲线。
图5曲线(A)和(B)分别是对比例1用11-巯基十一烷酸(A)和巯基乙酸(B)对金纳米棒表面功能化后，将磁性四氧化三铁为内核的介孔二氧化硅纳米颗粒(Fe3O4mSiO2)与金纳米棒复合后的UV-vis吸收曲线。
图6分别是实施例2(A)，对比例3(B)，对比例4(C)和对比例5(D)用功率为2.0W的808nm激发光照射溶液，温度变化随照射时间的关系曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步阐述本发明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。
实施例1
(1)金纳米棒的羧基功能化改性：用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为分散剂和生长导向剂合成了金元素浓度为3.75mmol/L金纳米棒溶胶水溶液20ml。向获得的金纳米棒溶胶溶液加入2mg/ml的HOOC-(CH2CH2O)7-S-S-(CH2CH2O)7-COOH(CAS Number：873013-93-5)化合物水溶液10ml，然后在55℃温度超声2小时，得到羧基功能化的金纳米棒溶液。
(2)介孔硅基纳米颗粒的表面氨基功能化：将具有磁性四氧化三铁内核的介孔二氧化硅纳米颗粒(Fe3O4mSiO2)20mg在30ml乙醇中分散，加入的氨基三乙氧基硅烷为介孔硅基纳米颗粒摩尔量的1/50，对Fe3O4mSiO2进行改性，加热回流5小时，将得到的回流产物离心后，分散在水中，得到2mg/ml表面氨基功能化的介孔硅基纳米颗粒水溶液10ml。
(3)磁性介孔二氧化硅纳米颗粒与金纳米棒的复合：将步骤(1)获得的羧基功能化的金纳米棒溶液离心后的产物分散在0.1mol/L MES缓冲溶液10ml(PH 4-6)中，先加入10mg的1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)-碳酰化二亚胺盐酸盐(EDC)，然后加入10mg的N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)，缓慢搅拌30分钟，得到活化的金纳米棒溶液。将活化的金纳米棒溶液在环境温度小于4℃的离心机中离心后，用去离子水(温度小于4℃)清洗后，分散在去离子水中获得金纳米棒琥珀酰亚胺酯化产物的溶液10ml；将获得的金纳米棒琥珀酰亚胺酯化产物的溶液立刻与步骤(2)的获得的表面氨基功能化的介孔硅基纳米颗粒水溶液激烈搅拌混合，反应1小时后，离心得到镶嵌金纳米棒的磁性介孔硅基纳米复合材料。
本实施例1所得的镶嵌金纳米棒的磁性介孔硅基纳米复合材料中，原子浓度比为：Au∶Si∶Fe＝6∶9∶1。
将获得的镶嵌金纳米棒的磁性介孔硅基纳米复合材料进行检测得到图1，图1是实施例1具有磁性四氧化三铁为内核的介孔二氧化硅纳米颗粒(Fe3O4mSiO2)与金纳米棒复合后的透射电镜图。图1中(右上插图)金纳米棒表面衬度较低的轮廓表明在金纳米棒表面成功的修饰了功能分子链。
将获得的镶嵌金纳米棒的磁性介孔硅基纳米复合材料进行检测得到实施例1的UV-vis吸收曲线，如图4所示，图4中UV-vis吸收曲线(1)-(3)分别代表1mg/ml浓度的Fe3O4mSiO2颗粒、金元素浓度10mmol/L的CTAB分散的金纳米棒溶胶溶液和镶嵌金纳米棒的磁性介孔二氧化硅纳米复合材料(3)分散在水中的UV-vis吸收曲线。从图4中可知，曲线(3)在金纳米棒复合磁性介孔二氧化硅纳米颗粒后，仍然保持着曲线(2)在近红外区域加强的吸收峰，说明金纳米棒之间没有团聚，仍能保持将近红外光吸收转化为热量的性质。
对比例1
将实施例1步骤(1)的HOOC-(CH2CH2O)7-S-S-(CH2CH2O)7-COOH(CAS Number：873013-93-5)分子替换为11-巯基十一烷酸，其余步骤不变，得到对比例1的产物。
将对比例1所得的产物经检测得到图2，图2是对比例1用11-巯基十一烷酸对金纳米棒表面功能化后，将磁性四氧化三铁为内核的介孔二氧化硅纳米颗粒(Fe3O4mSiO2)与金纳米棒复合后的透射电镜图。相对实施例1的透射电镜图，金纳米棒在Fe3O4mSiO2中分布不均匀，团聚明显。
对比例2
将实施例1步骤(1)的HOOC-(CH2CH2O)7-S-S-(CH2CH2O)7-COOH(CAS Number：873013-93-5)分子替换为巯基乙酸，其余步骤不变，得到对比例2的产物。
将对比例2所得的产物经检测得到图3，图3是对比例2用巯基乙酸对金纳米棒表面功能化后，将磁性四氧化三铁为内核的介孔二氧化硅纳米颗粒(Fe3O4mSiO2)与金纳米棒复合后的透射电镜图。相对实施例1的透射电镜图，金纳米棒在Fe3O4mSiO2中分布不均匀，团聚明显。
将对比例1和对比例2所得的产物分别进行检测后得到如图5所示的UV-vis吸收曲线，图5的UV-vis吸收曲线(A)和(B)分别是对比例1用11-巯基十一烷酸和对比例2巯基乙酸对金纳米棒表面功能化后，将磁性四氧化三铁为内核的介孔二氧化硅纳米颗粒(Fe3O4mSiO2)与金纳米棒复合后的UV-vis吸收曲线(A)和(B)。相对于实施例1中图4的曲线(3)，曲线(A)和(B)在近红外区域吸收宽化，吸收强度明显降低。
实施例2
将实施例1得到的镶嵌金纳米棒的磁性介孔硅基纳米复合材料超声分散在DMEM细胞培养基中，DMEM细胞培养基溶液中镶嵌金纳米棒的磁性介孔硅基纳米复合材料的浓度为80ug/ml，将100ul上述溶液转移到96孔板内。用808nm台式光源与96孔板垂直方向照射复合颗粒溶液，调节照射功率和时间。照射完后，用数字显示温度计(配置不锈钢探针)测量孔内溶液的温度，作温度-时间关系曲线(A)。
对比例3
不加复合材料，取DMEM培养基100ul，其余步骤不变，作温度-时间关系曲线(B)。
对比例4
将实施例2的复合材料的浓度改为120ug/ml，其余步骤不变，作温度-时间关系曲线(C)。
对比例5
将实施例2的复合材料的浓度改为160ug/ml，其余步骤不变，作温度-时间关系曲线(D)。
将实施例2，对比例3，对比例4和对比例5所得的产物分别进行检测得到图6，图6中关系曲线(A)、(B)、(C)和(D)分别是实施例2，对比例3，对比例4和对比例5的产物用功率为2.0W的808nm激发光照射溶液，温度变化随照射时间的关系曲线。其中曲线(B)为复合颗粒浓度为零的DMEM培养基，其溶液的温度在光照后温度没有明显变化，当复合颗粒浓度增加后，温度明显提高，在照射一段时间后温度稳定不变，说明金纳米棒能将近红外光转化为热量。
实施例3
(1)金纳米棒的羧基功能化改性：用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为分散剂和生长导向剂合成了金元素浓度为1mmol/L金纳米棒溶胶水溶液20ml。向获得的金纳米棒溶胶溶液加入1mg/ml的HOOC-(CH2CH2O)7-S-S-(CH2CH2O)7-COOH(CAS Number：873013-93-5)化合物水溶10ml，然后在55℃温度超声2小时，得到羧基功能化的金纳米棒溶液。
(2)介孔硅基纳米颗粒的表面氨基功能化：将具有磁性四氧化三铁内核的介孔二氧化硅纳米颗粒(Fe3O4mSiO2)50mg在30ml乙醇中分散，加入的氨基三乙氧基硅烷为介孔硅基纳米颗粒摩尔量的1/10，对Fe3O4mSiO2进行改性，加热回流5小时，将得到的回流产物离心后，分散在水中，得到5mg/ml表面氨基功能化的介孔硅基纳米颗粒水溶液10ml。
(3)磁性介孔二氧化硅纳米颗粒与金纳米棒的复合：将步骤(1)获得的羧基功能化的金纳米棒溶液离心后的产物分散在0.5mol/L MES缓冲溶液10ml(PH 4-6)中，先加入2.5mg的1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)-碳酰化二亚胺盐酸盐(EDC)，然后加入2.5mg的N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)，缓慢搅拌30分钟，得到活化的金纳米棒溶液。将活化的金纳米棒溶液在环境温度小于4℃的离心机中离心后，用去离子水(温度小于4℃)清洗后，分散在去离子水中获得金纳米棒琥珀酰亚胺酯化产物的溶液10ml；将获得的金纳米棒琥珀酰亚胺酯化产物的溶液立刻与步骤(2)的获得的表面氨基功能化的介孔硅基纳米颗粒水溶液激烈搅拌混合，反应1小时后，离心得到镶嵌金纳米棒的磁性介孔硅基纳米复合材料。
本实施例3所得的镶嵌金纳米棒的磁性介孔硅基纳米复合材料中，原子浓度比为：Au∶Si∶Fe＝0.6∶9∶1。
将本实施例获得的镶嵌金纳米棒的磁性介孔硅基纳米复合材料进行检测可知，金纳米棒之间没有团聚现象，且具有将近红外光吸收转化为热量的性质。
实施例4
(1)金纳米棒的羧基功能化改性：用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为分散剂和生长导向剂合成了金元素浓度为10mmol/L金纳米棒溶胶水溶液20ml。向获得的金纳米棒溶胶溶液加入2mg/ml的HOOC-(CH2CH2O)7-S-S-(CH2CH2O)7-COOH(CAS Number：873013-93-5)化合物水溶液10ml，然后在40℃温度超声2小时，得到羧基功能化的金纳米棒溶液。
(2)介孔硅基纳米颗粒的表面氨基功能化：将具有磁性四氧化三铁内核的介孔二氧化硅纳米颗粒(Fe3O4mSiO2)5mg在30ml乙醇中分散，加入的氨基三乙氧基硅烷为介孔硅基纳米颗粒摩尔量的1/20，对Fe3O4mSiO2进行改性，加热回流5小时，将得到的回流产物离心后，分散在水中，得到0.5mg/ml的表面氨基功能化的介孔硅基纳米颗粒水溶液10ml。
(3)磁性介孔二氧化硅纳米颗粒与金纳米棒的复合：将步骤(1)获得的羧基功能化的金纳米棒溶液离心后的产物分散在0.5mol/L MES缓冲溶液10ml(PH 4-6)中，先加入25mg的1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)-碳酰化二亚胺盐酸盐(EDC)，然后加入25mg的N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)，缓慢搅拌30分钟，得到活化的金纳米棒溶液。将活化的金纳米棒溶液在环境温度小于4℃的离心机中离心后，用去离子水(温度小于4℃)清洗后，分散在去离子水中获得金纳米棒琥珀酰亚胺酯化产物的溶液10ml；将获得的金纳米棒琥珀酰亚胺酯化产物的溶液立刻与步骤(2)的获得的表面氨基功能化的介孔硅基纳米颗粒水溶液激烈搅拌混合，反应1小时后，离心得到镶嵌金纳米棒的磁性介孔硅基纳米复合材料。
本实施例4所得的镶嵌金纳米棒的磁性介孔硅基纳米复合材料中，原子浓度比为：Au∶Si∶Fe＝60∶9∶1。
将本实施例获得的镶嵌金纳米棒的磁性介孔硅基纳米复合材料进行检测可知，金纳米棒之间没有团聚现象，且具有将近红外光吸收转化为热量的性质。
实施例5
(1)金纳米棒的羧基功能化改性：用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为分散剂和生长导向剂合成了金元素浓度为10mmol/L金纳米棒溶胶水溶液20ml。向获得的金纳米棒溶胶溶液加入5mg/ml的HOOC-(CH2CH2O)7-S-S-(CH2CH2O)7-COOH(CAS Number：873013-93-5)化合物水溶液10ml，然后在55℃温度超声2小时，得到羧基功能化的金纳米棒溶液。
(2)介孔硅基纳米颗粒的表面氨基功能化：将具有磁性四氧化三铁内核的介孔二氧化硅纳米颗粒(Fe3O4mSiO2)30mg在30ml乙醇中分散，加入的氨基三乙氧基硅烷为介孔硅基纳米颗粒摩尔量的1/50，对Fe3O4mSiO2进行改性，加热回流5小时，将得到的回流产物离心后，分散在水中，得到3mg/ml的表面氨基功能化的介孔硅基纳米颗粒水溶液10ml。
(3)磁性介孔二氧化硅纳米颗粒与金纳米棒的复合：将步骤(1)获得的羧基功能化的金纳米棒溶液离心后的产物分散在1mol/L MES缓冲溶液5ml(PH 4-6)中，先加入10mg的1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)-碳酰化二亚胺盐酸盐(EDC)，然后加入20mg的N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)，缓慢搅拌30分钟，得到活化的金纳米棒溶液。将活化的金纳米棒溶液在环境温度小于4℃的离心机中离心后，用去离子水(温度小于4℃)清洗后，分散在去离子水中获得金纳米棒琥珀酰亚胺酯化产物的溶液10ml；将获得的金纳米棒琥珀酰亚胺酯化产物的溶液立刻与步骤(2)的获得的表面氨基功能化的介孔硅基纳米颗粒水溶液激烈搅拌混合，反应1小时后，离心得到镶嵌金纳米棒的磁性介孔硅基纳米复合材料。
本实施例4所得的镶嵌金纳米棒的磁性介孔硅基纳米复合材料中，原子浓度比为：Au∶Si∶Fe＝10∶9∶1。
将本实施例获得的镶嵌金纳米棒的磁性介孔硅基纳米复合材料进行检测可知，金纳米棒之间没有团聚现象，具有将近红外光吸收转化为热量的性质。
实施例6
(1)金纳米棒的羧基功能化改性：用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为分散剂和生长导向剂合成了金元素浓度为3.75mmol/L金纳米棒溶胶水溶液20ml。向获得的金纳米棒溶胶溶液加入2mg/ml的HS-(CH2CH2O)5000-COOH化合物水溶液10ml，然后在55℃温度超声2小时，得到羧基功能化的金纳米棒溶液。
(2)介孔硅基纳米颗粒的表面氨基功能化：将具有磁性四氧化三铁内核的介孔二氧化硅纳米颗粒(Fe3O4mSiO2)20mg在30ml乙醇中分散，加入的氨基三乙氧基硅烷为介孔硅基纳米颗粒摩尔量的1/50，对Fe3O4mSiO2进行改性，加热回流5小时，将得到的回流产物离心后，分散在水中，得到2mg/ml表面氨基功能化的介孔硅基纳米颗粒水溶液10ml。
(3)磁性介孔二氧化硅纳米颗粒与金纳米棒的复合：将步骤(1)获得的羧基功能化的金纳米棒溶液离心后的产物分散在0.1mol/L MES缓冲溶液10ml(PH 4-6)中，先加入10mg的1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)-碳酰化二亚胺盐酸盐(EDC)，然后加入10mg的N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)，缓慢搅拌30分钟，得到活化的金纳米棒溶液。将活化的金纳米棒溶液在环境温度小于4℃的离心机中离心后，用去离子水(温度小于4℃)清洗后，分散在去离子水中获得金纳米棒琥珀酰亚胺酯化产物的溶液10ml；将获得的金纳米棒琥珀酰亚胺酯化产物的溶液立刻与步骤(2)的获得的表面氨基功能化的介孔硅基纳米颗粒水溶液激烈搅拌混合，反应1小时后，离心得到镶嵌金纳米棒的磁性介孔硅基纳米复合材料。
本实施例6所得的镶嵌金纳米棒的磁性介孔硅基纳米复合材料中，原子浓度比为：Au∶Si∶Fe＝6∶9∶1。
将本实施例获得的镶嵌金纳米棒的磁性介孔硅基纳米复合材料进行检测可知，金纳米棒之间没有团聚现象，且具有将近红外光吸收转化为热量的性质。
实施例7
(1)金纳米棒的羧基功能化改性：用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为分散剂和生长导向剂合成了金元素浓度为3.75mmol/L金纳米棒溶胶水溶液20ml。向获得的金纳米棒溶胶溶液加入2mg/ml的HOOC-(CH2CH2O)7-S-S-(CH2CH2O)7-COOH化合物水溶液10ml，然后在55℃温度超声2小时，得到羧基功能化的金纳米棒溶液。
(2)介孔硅基纳米颗粒的表面氨基功能化：将介孔二氧化硅纳米颗粒20mg在30ml乙醇中分散，加入的氨基三乙氧基硅烷为介孔硅基纳米颗粒摩尔量的1/50，对介孔硅基纳米颗粒进行改性，加热回流5小时，将得到的回流产物离心后，分散在水中，得到2mg/ml表面氨基功能化的介孔硅基纳米颗粒水溶液10ml。
(3)介孔二氧化硅纳米颗粒与金纳米棒的复合：将步骤(1)获得的羧基功能化的金纳米棒溶液离心后的产物分散在0.1mol/L MES缓冲溶液10ml(PH 4-6)中，先加入10mg的1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)-碳酰化二亚胺盐酸盐(EDC)，然后加入10mg的N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)，缓慢搅拌30分钟，得到活化的金纳米棒溶液。将活化的金纳米棒溶液在环境温度小于4℃的离心机中离心后，用去离子水(温度小于4℃)清洗后，分散在去离子水中获得金纳米棒琥珀酰亚胺酯化产物的溶液10ml；将获得的金纳米棒琥珀酰亚胺酯化产物的溶液立刻与步骤(2)的获得的表面氨基功能化的介孔硅基纳米颗粒水溶液激烈搅拌混合，反应1小时后，离心得到镶嵌金纳米棒的介孔硅基纳米复合材料。
本实施例7所得的镶嵌金纳米棒的介孔硅基纳米复合材料中，原子浓度比为：Au∶Si＝1∶9。
将本实施例7获得的镶嵌金纳米棒的介孔硅基纳米复合材料进行检测可知，金纳米棒之间没有团聚现象，且具有将近红外光吸收转化为热量的性质。
Claims (8)
1.一种镶嵌金纳米棒的介孔硅基纳米复合材料的合成方法，为在金纳米棒表面羧基功能化和介孔硅基纳米颗粒表面氨基功能化的基础上，通过酰胺反应将表面羧基功能化的金纳米棒水溶液与表面氨基功能化的介孔硅基纳米颗粒水溶液进行复合，得到外表面均匀、稳定镶嵌金纳米棒的介孔硅基纳米复合材料；所述介孔硅基纳米颗粒与金纳米棒的复合反应直接在水溶液中合成，不用添加催化剂，也不用调节溶液的酸度或离子强度；
所述合成方法具体包括以下步骤：
(1)金纳米棒的羧基功能化改性：采用CTAB作为分散剂和生长导向剂合成金纳米棒溶胶水溶液，金元素浓度为1mmol/L-10mmol/L；向获得的金纳米棒溶胶水溶液中加入浓度为1mg/ml-5mg/ml的同时含有羧基和含S基团的化合物的水溶液；将获得的混合液在40℃-55℃下超声1小时以上，得到羧基功能化的金纳米棒水溶液；所述同时含有羧基和含S基团的化合物与金纳米棒的摩尔比为10000-100000∶1；
(2)介孔硅基纳米颗粒的表面氨基功能化：将介孔硅基纳米颗粒分散于乙醇中，然后加入含氨基的硅烷偶联剂，加热回流、离心，将获得的离心产物分散在水中，得到浓度为0.5mg/ml-5mg/ml的表面氨基功能化的介孔硅基纳米颗粒水溶液；
(3)介孔硅基纳米颗粒与金纳米棒的复合，包括如下步骤：
A，将步骤(1)获得的羧基功能化的金纳米棒溶液离心后，分散在MES缓冲溶液中，然后加入酰胺反应剂进行反应，反应完成之后，在小于4℃环境下离心并用去离子水水洗后，分散在去离子水中获得金纳米棒琥珀酰亚胺酯化产物水溶液；
B，将获得的金纳米棒琥珀酰亚胺酯化产物水溶液立刻加入到步骤(2)获得的表面氨基功能化的介孔硅基纳米颗粒水溶液进行复合反应，反应后离心得到所述镶嵌金纳米棒的介孔硅基纳米复合材料；
步骤(1)中，所述同时含有羧基和含S基团的化合物选自分子链为HOOC-Xn-S-S-Xn-COOH的化合物和分子链为HS-Yn-COOH的化合物，其中，X为分子单元CH2CH2O、CH2O或CH2，Y为分子单元CH2CH2O或CH2O，n代表单元数，且n＝7-5000。
2.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述介孔硅基纳米颗粒选自介孔二氧化硅、分子筛和多孔生物玻璃。
3.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述介孔硅基纳米颗粒选自内部负载功能纳米颗粒或分子材料的介孔二氧化硅、内部负载功能纳米颗粒或分子材料的分子筛和内部负载功能纳米颗粒或分子材料的多孔生物玻璃。
4.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于，步骤(2)中，所述含氨基的硅烷偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷或二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷；所述含氨基的硅烷偶联剂的加入摩尔量为介孔硅基纳米颗粒摩尔量的1/50-1/10。
5.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于，步骤(3)的A中，所述MES缓冲溶液的浓度为0.1mol/L-1mol/L，pH值为4-6；所述酰胺反应剂选自EDC和NHS；所述酰胺反应剂的加入量为5mg-50mg。
6.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于，步骤(3)的A中，所述获得的金纳米棒酰胺化产物的溶液的暂时保存温度为4℃以下。
7.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于，步骤(3)的B中，所述镶嵌金纳米棒的介孔硅基纳米复合材料中Au与Si原子浓度比为0.6-60∶1。
8.一种镶嵌金纳米棒的介孔硅基纳米复合材料，为根据权利要求1-7任一所述的合成方法制得。
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