CN103624266B - 一种改变金纳米棒长径比并且降低其细胞毒性的制备方法 - Google Patents

一种改变金纳米棒长径比并且降低其细胞毒性的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种改变金纳米棒长径比并且降低其细胞毒性的制备方法。该方法首先利用硼氢化钠还原氯金酸或氯金酸盐制备出金种溶液，再向含有硝酸银、氯金酸或氯金酸盐以及抗坏血酸的CTAB溶液中加入金种溶液，继续生长制备出CTAB保护的金纳米棒，再通过向其中加入非离子型含氟表面活性剂(FSN)，制备得到FSN功能化的金纳米棒，实现金纳米棒长径比的改变及细胞毒性的降低。FSN功能化的金纳米棒与CTAB保护的金纳米棒相比长径比明显变小且细胞毒性有所降低。因此FSN功能化的金纳米棒具有更好的生物活性，其在生物分析、药物输送、医学成像等领域有广阔的应用前景。

Description

一种改变金纳米棒长径比并且降低其细胞毒性的制备方法
技术领域
本发明属于纳米金材料研究领域，具体涉及一种通过金纳米棒的功能化实现对金纳米棒长径比的改变同时降低其细胞毒性的方法。
背景技术
近年来，金纳米材料由于其特殊的物理和化学性质，成为广泛研究的纳米材料之一。其中，各向异性（非球形）的金纳米颗粒，如金纳米棒，受到了人们的广泛关注。金纳米棒由于其光学性质独特、长短轴易调控等特性在生物传感、医学成像、癌症光热疗法、癌症诊断标记，特别是在非病毒基因药物载体等领域具有重要的应用价值。然而，金纳米棒制备过程中用到的大量的十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）有着很强的细胞毒性。同时，金纳米棒表面的CTAB双分子层使得生物分子很难与金纳米棒耦联，限制了金纳米棒在生物医学等方面的应用。金纳米棒的功能化能够很好的克服以上缺点，提高金纳米棒的生物相容性。因此，研发低毒性、生物相容性好、适合生物医学领域运用的金纳米棒的合成方法，构建具有荧光特性、生物识别特性、靶向性和光热敏感特性等多功能的金纳米棒复合粒子，成为金纳米棒研究的热点和方向。
金纳米棒的强光学散射和吸收特性，特别是其具有的纵向可调谐的表面等离子体共振吸收峰使其更适合作为光学探针。金纳米棒作为一种新型的近红外荧光探针，具有以下优点：1、用近红外光激发对活细胞的损伤很小，适于活体观察，光漂白作用小。2、在组织中近红外光比可见光的透过率高，可达几个厘米，不受自身背景荧光及光在体内组织上散射等因素的干扰，因而可实现深层组织的生物成像，能够进行体外或体内的非破坏、非介入性分析。L.F.Gou等,[L.F.Gou,C.J.Murphy，Chem.Mater.2003,15:1957-1962]利用种子合成方法在CTAB的存在下合成了棒状金纳米。在金纳米棒合成的基础上，JanaN.R等人[JanaN.R.,GearheartL.,ObareS.O.,Langmuir,2002,18(3):922-927]利用CN-及氧气对金纳米棒长径比进行调控，但CN-对环境不友好，该方法不被推崇。TsungC.K.等人[TsungC.K.,KouX.S.,ShiQ.H.,JournaloftheAmericanChemicalSociety,2006,128(16):5352-5353]报道了在高温条件下，利用CTAB、浓酸及氧气改变金纳米棒的长径比，从而获得具有预期光学性质的金纳米棒，但是反应需要在高温下发生，条件不够温和。SreeprasadT.S.等人[SreeprasadT.S.,SamalA.K.,PradeepT.Langmuir,2007,23(18):9463-9471]通过Cu（Ⅱ）、抗坏血酸及氧气综合作用于金纳米棒获得一系列不同长径比的金纳米棒溶液，但需要高温、Cu2+、及抗坏血酸三重作用，体系较为复杂。因此，研究一种简单、快速改变金纳米棒长径比的方法，同时降低金纳米棒的细胞毒性提高其生物相容性是十分重要的。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种快速、简单的改变金纳米棒长径比的方法，同时这种金纳米棒的细胞毒性明显降低，具有较高的实际应用前景。
本发明先利用种子合成方法在CTAB的存在下合成棒状金纳米，然后再加入非离子含氟表面活性剂（Zonly-FSN，以下简写为FSN）得到FSN功能化的金纳米棒，改变了金纳米棒的长径比，同时降低了金纳米棒的细胞毒性。
本发明具体制备步骤如下：
A．将浓度为50~150mmol/L的十六烷基三甲基溴化铵（简称CTAB）溶液，放入带有加热和搅拌装置的反应器中，在25~35℃温度下，边搅拌边加入浓度为10~15mmol/L的可溶性氯金酸盐或氯金酸溶液，使溶液中氯金酸盐或氯金酸的浓度为0.25~0.375mmol/L，再迅速加入0~4℃的浓度为10~15mmol/L的硼氢化钠溶液，使反应溶液中硼氢化钠浓度为0.6~0.9mmol/L，搅拌1~2min后静置1~2h备用；
B．取浓度为50~150mmol/L的十六烷基三甲基溴化铵溶液加入玻璃反应器中，依次加入浓度为10~15mmol/L的氯金酸盐或氯金酸溶液、浓度为10~15mmol/L的硝酸银溶液和100~150mmol/L的抗坏血酸溶液，使反应溶液中氯金酸盐或氯金酸的浓度为0.5~0.75mmol/L，硝酸银的浓度为0.1~0.15mmol/L，抗坏血酸的浓度为5.5~8.25mmol/L；所述的氯金酸盐为氯金酸钠或氯金酸钾。
C．取步骤A制备的溶液10~15μL加入到10mL步骤B的反应溶液中，使其充分混合后25~35℃静置，反应制备CTAB保护的金纳米棒；
D.取质量浓度为2~5%的非离子含氟表面活性剂FSN加入到步骤C制备的溶液中，使其溶液中FSN的质量百分含量为0.1~0.4%，于25~35℃反应3~6h制备得到FSN功能化的金纳米棒。所述的非离子含氟表面活性剂FSN，其化学式为CF2CF2)3-8CH2CH2O(CH2CH2O)xH；其中X的取值范围是0~25，该活性剂可以在市场购得。
采用紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）、透射电镜（TEM）、表面增强拉曼光谱（SERS）、高分辨透射电镜（HRTEM）、X射线衍射（XRD）等分析手段，系统地对FSN处理前后金纳米棒的形貌、尺寸、晶体结构和性质等进行了表征，结果见图1-6。
图1是本方法FSN处理前后金纳米棒的UV-Vis图，可见FSN处理后金纳米棒的纵向紫外吸收峰明显蓝移，约从749nm蓝移至640nm。
图2是FSN处理前后金纳米棒的TEM图，可见FSN处理后金纳米棒的长径比明显变小。
图3是FSN处理前后金纳米棒的SERS图，可见FSN处理后金纳米棒的表面修饰上了FSN。
图4是FSN处理前后金纳米棒的XRD谱图，位于38.14°、44.34°、64.48°、77.54°和81.68°处的衍射峰，分别对应于金纳米棒的(111)、(200)、(220)、(311)和(222)晶面，表明FSN处理前后晶体结构无明显变化。
图5是FSN处理后金纳米棒的HRTEM图，可见FSN处理后金纳米棒的晶格条纹清晰，晶格间矩约为0.234nm，0.206nm，对应于金晶体的[111]、[200]晶面。
图6是将实施例1步骤C和步骤D制备的金纳米棒应用于对肝癌细胞HepG2毒性的检测。结果显示经过FSN处理后的金纳米棒对细胞的毒性降低。
本发明的有益效果是：在种子合成方法合成CTAB保护的金纳米棒的基础上加入FSN进行功能化，通过控制FSN的质量浓度及其反应时间实现金纳米棒长径比的改变。本发明制备的金纳米棒的细胞毒性与CTAB保护金纳米棒相比明显降低。
附图说明
图1为实施例1步骤C和步骤D制备的金纳米棒的紫外-可见吸收光谱图，其中i是步骤C的谱图，ii是步骤D的谱图。
图2为实施例1步骤C和步骤D制备的金纳米棒的扫描电镜图，其中A是步骤C的谱图，B是步骤D的谱图。
图3为实施例1步骤C和步骤D制备的金纳米棒的表面增强拉曼图。其中i步骤C的谱图，ii是FSN的谱图，iii是步骤D的谱图。
图4为实施例1步骤C和步骤D制备的金纳米棒的X射线衍射谱图。其中i是步骤C的谱图，ii是步骤D的谱图。
图5为步骤D制备的金纳米棒的高分辨电镜图。其中A是金[111]晶面晶格图，B是金[200]晶面晶格图。
图6为实施例1步骤C和步骤D制备的金纳米棒应用于细胞毒性分析检测结果。其中i是步骤C的结果图，ii是步骤D的结果图。
具体实施方式
实施例1
A．将4.875mL浓度为0.1mol/L的CTAB溶液，放入带有加热和搅拌装置的反应器中，在25℃温度下，边搅拌边加入125μL浓度为0.01mol/L的氯金酸溶液，再迅速加入300μL0℃的浓度为0.01mol/L的硼氢化钠溶液，搅拌2min后静置1.5h备用；
B．取9.5mL浓度为0.1mol/L的CTAB溶液加入玻璃反应器中，依次加入80μL浓度为0.01mol/L的硝酸银溶液、500μL浓度为0.01mol/L的氯金酸溶液和55μL0.1mol/L的抗坏血酸溶液。
C．取步骤A制备的溶液12μL加入到步骤B的反应溶液中，使其充分混合后28℃静置，反应制备CTAB保护的金纳米棒；
D.取200μL质量浓度为5%的非离子含氟表面活性剂FSN加入到5mL步骤C制备的溶液中，于25℃反应4h制备得到FSN功能化的金纳米棒。
其中，步骤C制得CTAB保护的金纳米棒的长径比约为4:1，步骤D制得FSN功能化的金纳米棒的长径比约为2:1。
实施例2
A．将4.875mL浓度为0.1mol/L的CTAB溶液，放入带有加热和搅拌装置的反应器中，在25℃温度下，边搅拌边加入125μL浓度为0.01mol/L的氯金酸溶液，再迅速加入300μL0℃的浓度为0.01mol/L的硼氢化钠溶液，搅拌2min后静置1.5h备用；
B．取50mL浓度为0.1mol/L的CTAB溶液加入玻璃反应器中，依次加入526μL浓度为0.01mol/L的硝酸银溶液、2.63mL浓度为0.01mol/L的氯金酸溶液和316μL浓度为0.1mol/L的抗坏血酸溶液。
C．取步骤A制备的溶液63μL加入到步骤B的反应溶液中，使其充分混合后28℃静置，反应制备CTAB保护的金纳米棒；
D.取102μL质量浓度为5%的非离子含氟表面活性剂FSN加入到5mL步骤C制备的溶液中，于25℃反应5h制备得到FSN功能化的金纳米棒。
最终制得FSN功能化的金纳米棒的长径比约为3:1。
实施例3
A．将5mL浓度为0.1mol/L的CTAB溶液，放入带有加热和搅拌装置的反应器中，在25℃温度下，边搅拌边加入150μL浓度为0.012mol/L的氯金酸钠溶液，再迅速加入350μL0℃的浓度为0.013mol/L的硼氢化钠溶液，搅拌2min后静置1.5h备用；
B．取4.5mL浓度为0.1mol/L的CTAB溶液加入玻璃反应器中，依次加入35μL浓度为0.015mol/L的硝酸银溶液、250μL浓度为0.012mol/L的氯金酸钠溶液和20μL0.15mol/L的抗坏血酸溶液；
C．取步骤A制备的溶液6μL加入到步骤B的反应溶液中，使其充分混合后28℃静置，反应制备CTAB保护的金纳米棒；
D.取333μL质量浓度为3%的非离子含氟表面活性剂FSN加入到5mL步骤C制备的溶液中，于25℃反应4h制备得到FSN功能化的金纳米棒。
最终制得FSN功能化的金纳米棒的长径比约为2.7:1。
实施例4
A．将10mL浓度为0.12mol/L的CTAB溶液，放入带有加热和搅拌装置的反应器中，在25℃温度下，边搅拌边加入250μL浓度为0.015mol/L的氯金酸钾溶液，再迅速加入600μL0℃的浓度为0.015mol/L的硼氢化钠溶液，搅拌2min后静置1.5h备用；
B．取9mL浓度为0.1mol/L的CTAB溶液加入玻璃反应器中，依次加入100μL浓度为0.01mol/L的硝酸银溶液、450μL浓度为0.015mol/L的氯金酸钾溶液和50μL0.15mol/L的抗坏血酸溶液；
C．取步骤A制备的溶液12μL加入到步骤B的反应溶液中，使其充分混合后28℃静置，反应制备CTAB保护的金纳米棒；
D.取333μL质量浓度为2%的非离子含氟表面活性剂FSN加入到5mL步骤C制备的溶液中，于25℃反应4h制备得到FSN功能化的金纳米棒。
最终制得FSN功能化的金纳米棒的长径比约为2.5:1。
应用例1
将实施例1步骤C和步骤D中制备的金纳米棒应用于细胞毒性分析。
步骤D制得的FSN功能化的金纳米棒与相同浓度步骤C制得的CTAB保护的金纳米棒相比其细胞毒性也明显降低。以肝癌细胞HepG2为研究对象，采用MTT法对加入不同浓度FSN功能化的金纳米棒及CTAB保护的金纳米棒培育24h后细胞的存活率进行考察，发现相同浓度时FSN功能化的金纳米棒的细胞存活率远大于CTAB保护的金纳米棒。FSN处理后金纳米棒的浓度为1.56×10-5mol/L时，细胞存活率>90%，大大提高了金纳米棒的生物相容性。因此，经FSN处理后的金纳米棒与CTAB保护的金纳米棒相比有着更广泛的生物医学应用前景。

Claims (2)

1.一种改变金纳米棒长径比并且降低其细胞毒性的制备方法，具体制备步骤如下：
A.将浓度为50～150mmol/L的十六烷基三甲基溴化铵CTAB溶液，放入带有加热和搅拌装置的反应器中，在25～35℃温度下，边搅拌边加入浓度为10～15mmol/L的可溶性氯金酸盐或氯金酸溶液，使溶液中氯金酸盐或氯金酸的浓度为0.25～0.375mmol/L，再迅速加入0～4℃的浓度为10～15mmol/L的硼氢化钠溶液，使反应溶液中硼氢化钠浓度为0.6～0.9mmol/L，搅拌1～2min后静置1～2h备用；
B.取浓度为50～150mmol/L的十六烷基三甲基溴化铵溶液加入玻璃反应器中，依次加入浓度为10～15mmol/L的氯金酸盐或氯金酸溶液、浓度为10～15mmol/L的硝酸银溶液和100～150mmol/L的抗坏血酸溶液，使反应溶液中氯金酸盐或氯金酸的浓度为0.5～0.75mmol/L，硝酸银的浓度为0.1～0.15mmol/L，抗坏血酸的浓度为5.5～8.25mmol/L；
C.取步骤A制备的溶液10～15μL加入到10mL步骤B的反应溶液中，使其充分混合后25～35℃静置，反应制备CTAB保护的金纳米棒；
D.取质量浓度为2～5％的非离子含氟表面活性剂FSN加入到步骤C制备的溶液中，使其溶液中FSN的质量百分含量为0.1～0.4％，于25～35℃反应3～6h制备得到FSN功能化的金纳米棒；
所述的非离子含氟表面活性剂FSN，其化学式为(CF2CF2)3-8CH2CH2O(CH2CH2O)xH；其中X的取值范围是0～25。
2.根据权利要求1所述的改变金纳米棒长径比并且降低其细胞毒性的制备方法，其特征是步骤B所述的氯金酸盐为氯金酸钠或氯金酸钾。
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