CN102935519A - 一种基于改性胶原蛋白的贵金属纳米颗粒的制备方法 - Google Patents

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刘孝恒
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汪信
杨绪杰
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Abstract

本发明公开了一种基于改性胶原蛋白的贵金属纳米颗粒的制备方法，包括包括以下步骤：将改性胶原蛋白溶于去离子水中，加热并搅拌；用盐酸和氢氧化钠溶液调节胶原蛋白溶液pH值，然后加入一种贵金属前驱体，在60～100℃下反应，得到单金属纳米颗粒，再加入另一种贵金属前驱体，在60～100℃下继续反应，得到双贵金属纳米胶体，通过改变改性胶原蛋白溶液的pH来调控纳米颗粒的尺寸，开拓纳米颗粒制备方法的新研究领域；由于胶原蛋白中多个氨基酸序列对Au、Ag纳米颗粒有强烈的绑定作用,贵金属纳米颗粒胶体抗盐和pH的稳定性强,为胶原蛋白在生物材料中的应用开辟了一新的领域。

Description

一种基于改性胶原蛋白的贵金属纳米颗粒的制备方法
技术领域
本发明涉及一种纳米材料的制备方法，特别是一种基于改性胶原蛋白的贵金属纳米颗粒的制备方法，属于材料制备领域。
背景技术
贵金属纳米晶体可以绑定生物大分子如蛋白、酶、DNA在生物标记和生物检测领域有广泛的应用而成为研究的热点之一。生物大分子由于具有良好的定位和识别能力是理想的制备贵金属纳米晶体的模板材料。近年来研究表明肽链由于其特定的生物特性和典型的三维螺旋结构成功地应用到纳米材料的制备中，如天冬氨酸、赖氨酸、酪氨酸和色氨酸残基室温下可以成功地调控金颗粒生长。胶原蛋白富含甘氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸等氨基酸，其结构特征是三螺旋结构，使其分子结构非常稳定，并且具有低免疫原性和良好的生物相容性等。胶原蛋白肽链中的活性基团包括悬挂双键、–NH2、–SH和–COOH，容易被其他的生物分子改性，是一较理想的天然高分子材料来调控纳米颗粒生长。Yujing Sun等人利用Ι型的胶原蛋白制备贵金属纳米颗粒网状材料。Ι型的胶原蛋白在溶液的pH<7时作为贵金属纳米颗粒生长的稳定剂和模板。该制备路线与本发明相比，是引入硼氢化钠作为贵金属离子的还原剂。本发明是应用改性胶原蛋白来作为还原剂和稳定剂来调控Au、Ag、Pt和Au-Ag、Ag-Pt纳米颗粒增长。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于改性胶原蛋白的贵金属纳米颗粒的制备方法。
实现本发明的技术解决方案为：一种基于改性胶原蛋白的贵金属纳米颗粒的制备方法，贵金属纳米颗粒包括单金属和双金属纳米颗粒，若制备单金属纳米颗粒为步骤1、2、3，若制备双金属纳米颗粒为步骤1、2、3、4，所述方法包括如下步骤：
步骤1、将一定量的改性胶原蛋白溶于去离子水中，加热并搅拌；
步骤2、用盐酸和氢氧化钠溶液调节步骤1中溶液pH；
步骤3、向步骤2中加入一种贵金属前驱体，在60～100℃下反应一定时间，制得单金属纳米颗粒胶体；
步骤4、向步骤3中加入另一种贵金属前驱体，在60～100℃下继续反应一定时间，得到双金属纳米颗粒胶体。
步骤1中所述的改性胶原蛋白是胶原蛋白经酸或碱部分水解得到，所述的改性胶原蛋白浓度优选0.1wt%～10wt%范围内的任一浓度值，所述的加热温度为60～100℃。
步骤2中所述的pH为1～8。
步骤3和4中所述的贵金属前驱体为金氯酸或氯金酸盐、银盐、氯铂酸或氯铂酸盐；所述的贵金属前驱体总质量与改性胶原蛋白的质量比为1×10-5～5×10-3；所述制备单金属纳米颗粒的反应时间为12～48h；所述制备双金属纳米颗粒的总反应时间也为12～48h。
本发明与现有技术相比，其显著优点：⑴介绍了一种简单新颖贵金属纳米颗粒的制备方法，以改性的胶原蛋白作为贵金属纳米颗粒生长的模板剂和还原剂，在改性胶原蛋白浓度为0.1 wt%～10wt%范围内的任一浓度值，通过改变改性胶原蛋白溶液的pH均可用来调控纳米颗粒的尺寸，开拓纳米颗粒制备方法的新研究领域；⑵由于胶原蛋白中多个氨基酸序列对Au、Ag纳米颗粒有强烈的绑定作用,贵金属纳米颗粒胶体抗盐和pH的稳定性强,为胶原蛋白在生物材料中的应用开辟了一新的领域。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1本发明实施例2所制得的金纳米颗粒的TEM照片。
具体实施方式
金、银、铂贵金属纳米颗粒制备的实施案例
实施例1
步骤1，将0.1g改性胶原蛋白（市售）溶于100mL去离子水中，加热至60oC并搅拌；
步骤2，用盐酸和氢氧化钠溶液调节步骤1中溶液pH=1；
步骤3，向步骤2中加入0.5mL 0.1wt%的氯金酸溶液，60oC下反应24h，得到金纳米胶体。
实施例2
步骤1，将0.1g改性胶原蛋白溶于100mL去离子水中，加热至80oC并搅拌；
步骤2，用盐酸和氢氧化钠溶液调节步骤1中改性胶原蛋白溶液pH=3，
步骤3，向步骤2中加入50μL 0.1wt%的氯金酸钠溶液，80oC下反应48h，得到金纳米胶体, 金纳米颗粒的TEM照片如图1所示。
实施例3
步骤1，将0.1g改性胶原蛋白溶于100mL去离子水中，加热至60oC并搅拌；
步骤2，用盐酸和氢氧化钠溶液调节步骤1中改性胶原蛋白溶液pH=5；
步骤3，向步骤2中加入1μL 0.1wt%的硝酸银溶液，60oC下反应12h，得到银纳米胶体。
实施例4
步骤1，将0.1g改性胶原蛋白溶于100mL去离子水中，加热至100oC并搅拌；
步骤2，用盐酸和氢氧化钠溶液调节步骤1中改性胶原蛋白溶液pH=8；
步骤3，向步骤2中加入200μL 0.1wt%的醋酸银溶液，100oC下反应48h，得到银纳米胶体。
实施例5
步骤1，将0.1g改性胶原蛋白溶于100mL去离子水中，加热至80oC并搅拌；
步骤2，用盐酸和氢氧化钠溶液调节步骤1中改性胶原蛋白溶液pH=5；
步骤3，向步骤2中加入30μL 0.1wt%的氯铂酸溶液，80oC下反应36h，得到铂纳米胶体。
实施例6
步骤1，将0.1g改性胶原蛋白溶于100mL去离子水中，加热至100oC并搅拌；
步骤2，用盐酸和氢氧化钠溶液调节步骤1中改性胶原蛋白溶液pH=7；
步骤3，向步骤2中加入40μL 0.1wt%的氯铂酸钾溶液，100oC下反应36h，得到铂纳米胶体。
实施例7
步骤1，将10g改性胶原蛋白溶于90mL去离子水中，加热至60oC并搅拌；
步骤2，用盐酸和氢氧化钠溶液调节步骤1中改性胶原蛋白溶液pH=1；
步骤3，向步骤2中加入100μL 0.1wt%的氯金酸溶液，60oC下反应24h，得到金纳米胶体。
实施例8
步骤1，将10g改性胶原蛋白溶于90mL去离子水中，加热至80oC并搅拌；
步骤2，用盐酸和氢氧化钠溶液调节步骤1中改性胶原蛋白溶液pH=3；
步骤3，向步骤2中加入0.5mL 0.1wt%的氯金酸钠溶液，80oC下反应48h，得到金纳米胶体。
实施例9
步骤1，将10g改性胶原蛋白溶于90mL去离子水中，加热至60oC并搅拌；
步骤2，用盐酸和氢氧化钠溶液调节步骤1中改性胶原蛋白溶液pH=5；
步骤3，向步骤2中加入100μL 0.1wt%的硝酸银溶液，60oC下反应12h，得到银纳米胶体。
实施例10
步骤1，将10g改性胶原蛋白溶于90mL去离子水中，加热至100oC并搅拌；
步骤2，用盐酸和氢氧化钠溶液调节步骤1中改性胶原蛋白溶液pH=8；
步骤3，向步骤2中加入200μL 0.1wt%的醋酸银溶液，100oC下反应48h，得到银纳米胶体。
实施例11
步骤1，将10g改性胶原蛋白溶于90mL去离子水中，加热至80oC并搅拌；
步骤2，用盐酸和氢氧化钠溶液调节步骤1中改性胶原蛋白溶液pH=5；
步骤3，向步骤2中加入300μL 0.1wt%的氯铂酸溶液，80oC下反应36h，得到铂纳米胶体。
实施例12
步骤1，将10g改性胶原蛋白溶于90mL去离子水中，加热至100oC并搅拌；
步骤2，用盐酸和氢氧化钠溶液调节步骤1中改性胶原蛋白溶液pH=7；
步骤3，向步骤2中加入400μL 0.1wt%的氯铂酸钾溶液，100oC下反应36h，得到铂纳米胶体。
金-银（Au-Ag）和银-铂（Ag-Pt）双贵金属纳米颗粒制备的实施案例
实施例13
步骤1，将0.1g改性胶原蛋白溶于100mL去离子水中，加热至60oC并搅拌；
步骤2，用盐酸和氢氧化钠溶液调节步骤1中改性胶原蛋白溶液pH=1；
步骤3，向步骤2中加入200μL 0.1wt%的氯金酸溶液，60oC下反应12h，得到Au纳米胶体；
步骤4，向步骤3中加入300μL 0.1wt%的硝酸银溶液，60oC下继续反应12h，得到双金属Ag-Au纳米胶体。
实施例14
步骤1，将0.1g改性胶原蛋白溶于100mL去离子水中，加热至80oC并搅拌；
步骤2，用盐酸和氢氧化钠溶液调节步骤1中改性胶原蛋白溶液pH=3；
步骤3，向步骤2中加入20μL 0.1wt%的氯金酸钠溶液，80oC下反应24h，得到Au纳米胶体；
步骤4，向步骤3中加入30μL 0.1wt%的醋酸银溶液，80oC下继续反应24h，得到双金属Ag-Au纳米胶体。
实施例15
步骤1，将0.1g改性胶原蛋白溶于100mL去离子水中，加热至70oC并搅拌；
步骤2，用盐酸和氢氧化钠溶液调节步骤1中改性胶原蛋白溶液pH=5；
步骤3，向步骤2中加入1μL 0.05wt%的氯金酸钠溶液，70oC下反应12h，得到Au纳米胶体；
步骤4，向步骤3中加入1μL 0.05wt%的硝酸银溶液，70oC下继续反应24h，得到双金属Ag-Au纳米胶体。
实施例16
步骤1，将0.1g改性胶原蛋白溶于100mL去离子水中，加热至100oC并搅拌；
步骤2，用盐酸和氢氧化钠溶液调节步骤1中改性胶原蛋白溶液pH=8；
步骤3，向步骤2中加入100μL 0.1wt%的氯金酸溶液，100oC下反应6h，得到Au纳米胶体；
步骤4，向步骤3中加入100μL 0.1wt%的醋酸银溶液，100oC下继续反应6h，得到双金属Ag-Au纳米胶体。
实施例17
步骤1，将0.1g改性胶原蛋白溶于100mL去离子水中，加热至80oC并搅拌；
步骤2，用盐酸和氢氧化钠溶液调节步骤1中改性胶原蛋白溶液pH=5；
步骤3，向步骤2中加入30μL 0.1wt%的氯铂酸溶液，80oC下反应12h，得到Pt纳米胶体；
步骤4，向步骤3中加入30μL 0.1wt%的醋酸银溶液，80oC下继续反应12h，得到双金属Ag-Pt纳米胶体。
实施例18
步骤1，将0.1g改性胶原蛋白溶于100mL去离子水中，加热至80oC并搅拌；
步骤2，用盐酸和氢氧化钠溶液调节步骤1中改性胶原蛋白溶液pH=7；
步骤3，向步骤2中加入20μL 0.1wt%的氯铂酸钾溶液，80oC下反应18h，得到Pt纳米胶体；
步骤4，向步骤3中加入20μL 0.1wt%的硝酸银溶液，80oC下继续反应18h，得到双金属Ag-Pt纳米胶体。
实施例19
步骤1，将10g改性胶原蛋白溶于90mL去离子水中，加热至60oC并搅拌；
步骤2，用盐酸和氢氧化钠溶液调节步骤1中改性胶原蛋白溶液pH=1；
步骤3，向步骤2中加入50μL 0.1wt%的氯金酸溶液，60oC下反应12h，得到Pt纳米胶体；
步骤4，向步骤3中加入50μL 0.1wt%的硝酸银溶液，60oC下继续反应12h，得到双金属Ag-Au纳米胶体。
实施例20
步骤1，将10g改性胶原蛋白溶于90mL去离子水中，加热至80oC并搅拌；
步骤2，用盐酸和氢氧化钠溶液调节步骤1中改性胶原蛋白溶液pH=3；
步骤3，向步骤2中加入250μL 0.1wt%的氯金酸钠溶液，80oC下反应24h，得到Au纳米胶体；
步骤4，向步骤3中加入250μL 0.1wt%的硝酸银溶液，80oC下继续反应24h，得到双金属Ag-Au纳米胶体。
实施例21
步骤1，将10g改性胶原蛋白溶于90mL去离子水中，加热至60oC并搅拌；
步骤2，用盐酸和氢氧化钠溶液调节步骤1中改性胶原蛋白溶液pH=5；
步骤3，向步骤2中加入50μL 0.1wt%的氯金酸溶液，60oC下反应6h，得到Au纳米胶体；
步骤4，向步骤3中加入50μL 0.1wt%的硝酸银溶液，60oC下继续反应6h，得到双金属Ag-Au纳米胶体。
实施例22
步骤1，将10g改性胶原蛋白溶于90mL去离子水中，加热至100oC并搅拌；
步骤2，用盐酸和氢氧化钠溶液调节步骤1中改性胶原蛋白溶液pH=8；
步骤3，向步骤2中加入100μL 0.1wt%的氯金酸钠溶液，100oC下反应24h，得到Au纳米胶体；
步骤4，向步骤3中加入100μL 0.1wt%的醋酸银溶液，100oC下继续反应24h，得到双金属Ag-Au纳米胶体。
实施例23
步骤1，将10g改性胶原蛋白溶于90mL去离子水中，加热至80oC并搅拌；
步骤2，用盐酸和氢氧化钠溶液调节步骤1中改性胶原蛋白溶液pH=5；
步骤3，向步骤2中加入150μL 0.1wt%的氯铂酸钾溶液，80oC下反应12h，得到Pt纳米胶体；
步骤4，向步骤3中加入150μL 0.1wt%的醋酸银溶液，80oC下继续反应24h，得到双金属Ag-Pt纳米胶体。
实施例24
步骤1，将10g改性胶原蛋白溶于90mL去离子水中，加热至60oC并搅拌；
步骤2，用盐酸和氢氧化钠溶液调节步骤1中改性胶原蛋白溶液pH=7；
步骤3，向步骤2中加入200μL 0.1wt%的氯铂酸溶液，60oC下反应36h，得到Pt纳米胶体；
步骤4，向步骤3中加入200μL 0.1wt%的醋酸银溶液，60oC下继续反应12h，得到双金属Ag-Pt纳米胶体。

Claims (7)

1.一种基于改性胶原蛋白的贵金属纳米颗粒的制备方法，其特征在于所述贵金属纳米颗粒包括单贵金属纳米颗粒和双贵金属纳米颗粒，所述单贵金属纳米颗粒的制备方法包括如下步骤：
步骤1、将改性胶原蛋白溶于去离子水中，加热并搅拌；
步骤2、调节步骤1中溶液pH；
步骤3、向步骤2中加入一种贵金属前驱体，在60～100℃下反应，制得单贵金属纳米颗粒胶体；
所述的双贵金属纳米颗粒是通过在步骤3的产物中加入另一种贵金属前驱体，在60～100℃下继续反应，得到双贵金属纳米颗粒胶体。
2.根据权利要求1所述的基于改性胶原蛋白的贵金属纳米颗粒的制备方法，其特征在于步骤1中所述的改性胶原蛋白是经酸或碱部分水解胶原蛋白，所述的加热温度为60～100℃。
3.根据权利要求1所述的基于改性胶原蛋白的贵金属纳米颗粒的制备方法，其特征在于步骤1中所述的改性胶原蛋白浓度优选0.1wt%～10wt%范围内的任一浓度值。
4.根据权利要求1所述的基于改性胶原蛋白的贵金属纳米颗粒的制备方法，其特征在于步骤2中所述的pH值为1～8。
5.根据权利要求1所述的基于改性胶原蛋白的贵金属纳米颗粒的制备方法，其特征在于所述的贵金属前驱体为金氯酸或氯金酸盐、银盐、氯铂酸或氯铂酸盐。
6.根据权利要求1所述的基于改性胶原蛋白的贵金属纳米颗粒的制备方法，其特征在于制备单贵金属纳米颗粒的反应时间为12～48h；制备双贵金属纳米颗粒的总反应时间为12～48h。
7.根据权利要求1所述的基于改性胶原蛋白的贵金属纳米颗粒的制备方法，其特征在于所述贵金属前驱体总量与改性胶原蛋白的质量比为1×10-5～5×10-3。
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