CN103894625B

CN103894625B - 一种仿生纳米银的制备方法

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Publication number: CN103894625B
Application number: CN201410159687.3A
Authority: CN
Inventors: 张其清; 关嫚; 段瑞平; 周志敏; 陈汉; 李学敏; 刘玲蓉
Original assignee: Institute of Biomedical Engineering of CAMS and PUMC
Current assignee: Institute of Biomedical Engineering of CAMS and PUMC
Priority date: 2014-04-21
Filing date: 2014-04-21
Publication date: 2016-09-21
Anticipated expiration: 2034-04-21
Also published as: CN103894625A

Abstract

本发明涉及一种仿生纳米银的制备方法。以硝酸银和天然高分子或其衍生物为原料，日光或可见光激发下在水溶液中进行反应。天然高分子为保护剂、还原剂和光敏剂，在日光或低功率可见光激发下室温产生纳米银。本发明所制备的纳米银由于受到天然高分子的保护具有很好的安全性，可应用于生物医学材料或日化产品中，发挥抗菌作用。用作拉曼基底材料，能显著增强待测分子的拉曼信号。本发明制备方法简单可靠，能够满足生物医学领域或光谱技术领域对纳米银形貌和性能的要求。生物安全性好，对产物形貌和粒径的可控，应用广泛。

Description

一种仿生纳米银的制备方法

技术领域

本发明属于纳米技术领域，具体涉及一种仿生纳米银的制备方法。

背景技术

纳米银是金属纳米粒子中最具代表性的一种新兴功能材料，它既可用做微电子、光学、催化材料，又能在DNA探测、细胞成像等尖端领域发挥巨大作用，甚至成为合成其它金属纳米粒子的绝佳模版。

生物学方法制备纳米银具有产物粒径均匀，不污染环境等优势，但存在产量低、成本高、难于从生物体中分离等问题。体外模拟生物学还原过程，利用生物分子和日光或可见光的共同作用实现银离子的还原和纳米银的制备，可解决生物学方法制备纳米银面临的难题。该方法制备纳米银具有操作简单、可控性好和产物生物安全性好等优势。

中国专利CN1775300A公开了一种纳米银生物仿生敷料及其制备方法，配制硝酸银溶液后置于容器中搅拌并加热，沸腾后滴加柠檬酸三钠溶液，反应一定时间后，自然冷却；将壳聚糖膜浸泡在纳米银粒子溶液中，通过自组装技术使纳米银粒子组装到壳聚糖膜上，即得到纳米银生物仿生敷料。该方法制备过程复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种仿生纳米银的制备方法。本发明所制备的纳米银由于受到天然高分子的保护具有很好的安全性，可应用于生物医学材料或日化产品中，发挥抗菌作用。用作拉曼基底材料，能显著增强待测分子的拉曼信号。本发明制备方法简单可靠，能够满足生物医学领域或光谱技术领域对纳米银形貌和性能的要求。生物安全性好，对产物形貌和粒径可控，应用广泛。

本发明提供的仿生纳米银的制备方法包括下述步骤：室温下，以硝酸银和天然高分子或其衍生物为原料，日光或可见光激发下在水溶液中进行反应。

本发明提供的仿生纳米银的制备方法包括下述步骤:

1）将质量体积比为0.01-5%的硝酸银水溶液与质量体积比为0.01-5%的天然高分子水溶液或乙酸水溶液均匀混合；体积比：1:5000-100:1。

2）日光下或波长小于500nm，照度高于300 Lux的可见光激发下室温反应3分钟-30小时，既得纳米银产物。

所述的天然高分子为可溶于水或可溶于乙酸水溶液的天然来源的蛋白、多糖或其衍生物。所述的天然高分子或其衍生物溶于水中；肝素钠、胶原或壳聚糖等水不溶性的蛋白或多糖可溶于0.05 M的乙酸水溶液。

所述的天然高分子在纳米银合成过程中同时作为保护剂、还原剂和光敏剂，通过介导激发光的作用对银离子进行还原，室温下，天然高分子本身不能单独还原银离子。

所使用的激发光应为地表日光、室内日光或波长小于500nm，照度高于300 lux而不超过20000lux的可见光为激发光。

可选地，本发明提供的仿生纳米银的制备方法包括下述步骤：

1）将质量体积比为0.01-5%的硝酸银水溶液与质量体积比为0.01-5%的胶原的乙酸水溶液均匀混合；体积比：1:5000-100:1。

2）日光下室温反应4-30小时，既得纳米银产物。

本发明包括天然高分子、硝酸银、日光或低功率可见光以及水或弱酸性溶剂构成，能够通过对天然高分子的选择和激发光参数的调节获得球形、片状、枝状或核/壳结构的纳米银。可通过天然高分子种类、激发光波长控制纳米银结构。

本发明与中国专利CN1775300A “纳米银生物仿生敷料的制备方法” 存在本质的不同：

1）纳米银的制备原理不同：纳米银生物仿生敷料的制备方法中以Na₃C₆H₅CV2H₂0为还原剂在高温下（沸腾的溶液中）还原银离子，制备纳米银；

本发明模拟自然界生物体还原银离子的过程，以地表日光、室内日光或波长小于500nm的可见光为激发光，室温下，诱导蛋白、多糖等天然高分子溶液中的银离子还原，在该过程中蛋白、多糖等天然高分子自身不具备单独还原银离子的功能，但可作为光敏剂诱导银离子还原并作为稳定剂稳定产物纳米银。

2）天然高分子（如：壳聚糖）与纳米银的结合方式不同：纳米银生物仿生敷料的制备方法中先要完成纳米银和壳聚糖膜的制备才能通过壳聚糖分子上的-NH₂将纳米银组装在壳聚糖膜上。

本发明中使用的天然高分子（如：壳聚糖）先与银离子结合，并在光激发下原位还原产生天然高分子保护的纳米银，之后根据需求可干燥成膜片，制备成凝胶，冻干成海绵等实现其不同领域的作用。

本发明所制备的纳米银由于受到天然高分子的保护具有很好的安全性，可应用于生物医学材料或日化产品中，发挥抗菌作用。通过水洗、酸洗或碳化等方法脱除天然高分子后，用作拉曼基底材料，能显著增强待测分子的拉曼信号。所属纳米银制备方法可用于上述领域，但不限于上述领域。

附图说明

图1为本发明合成的纳米银产物呈核/壳结构透射电镜图。

图2为本发明合成的纳米银产物呈球形结构电镜图。

图3为本发明合成的纳米银产物呈片状多边形结构电镜图。

图4 为抗菌性能评价结果。

图5为结晶紫的拉曼光谱图。

具体实施方式

本发明结合实施详细说明如下，但不能视为对本发明保护范围的任何限制。

实施例1

1)室温下，将硝酸银溶于水中，制成质量体积比为0.1%的硝酸银水溶液；

2)室温下，将冰醋酸溶于水中，制成0.05 M的乙酸水溶液；

3)将胶原蛋白溶于0.05 M的乙酸水溶液中，制成质量体积比为0.5%的胶原蛋白水溶液；

4）搅拌胶原蛋白的乙酸水溶液，以2mL/min的速率向其中滴加0.1%的硝酸银水溶液，直至胶原蛋白的乙酸水溶液与0.1%的硝酸银水溶液的体积比为1:1，继续搅拌20min，使胶原分子与银离子充分混合，停止搅拌，日光下反应4小时，既得核/壳结构的纳米银产物。透射电镜观察显示（图1），该纳米银产物呈核/壳结构。

实施例2

1)室温下，将硝酸银溶于水中，制成质量体积比为0.01%的硝酸银水溶液；

2)将肝素钠溶于水中，制成质量体积比为5%的肝素钠水溶液2mL；

3)避光搅拌肝素钠水溶液，以2mL/min的速率向其中滴加0.01%的硝酸银水溶液200mL，使硝酸银水溶液与肝素钠水溶液的体积比为100:1，继续搅拌20min，使肝素分子与银离子充分混合，停止搅拌。

4)取1mL该混合溶液置于适应比色皿中，用波长465-495nm的蓝色可见光（照度1523 lux）照射液面3分钟，溶液由无色变为红色，透射电镜观察显示，该纳米银产物呈球形结构（图2）。

实施例3

1)室温下，将硝酸银溶于水中，制成质量体积比为5%的硝酸银水溶液；

2)室温下，将冰醋酸溶于水中，制成0.05 M的乙酸水溶液；

3)将壳聚糖（M_w=10⁵，脱乙酰度=87%）溶于0.05 M的乙酸水溶液中，制成质量体积比为0.01%的壳聚糖乙酸水溶液1000mL；

4)用IKA T18分散机高速搅拌壳聚糖乙酸水溶液，向其中滴加200微升5%的硝酸银水溶液，使硝酸银水溶液与壳聚糖乙酸水溶液的体积比为1:5000，继续高速搅拌1min，使壳聚糖分子与银离子充分混合，停止搅拌，日光下静置反应6小时，溶液由淡黄色变为棕红色，透射电镜观察显示，该纳米银产物呈片状多边形结构（图3）。

抗菌性应用实验：

实验组（CH-Ag）：通过实施例3的方法制备的纳米银产物溶液。

对照组1（Vc-PVP-Ag）：专利“一种纳米银胶体水溶液的制备方法”（CN 1586774 A）中实施例2提供的方法制备纳米银胶体水溶液（以抗坏血酸为还原剂、PVP为保护剂），加水稀释使其中银元素浓度与实验组相等。

对照组2（Vc-CH-Ag）：参考专利“一种纳米银胶体水溶液的制备方法”（CN 1586774A）中实施例2提供的方法制备纳米银胶体水溶液（以抗坏血酸为还原剂、壳聚糖为保护剂），加水稀释使其中银元素浓度与实验组相等，壳聚糖与乙酸的种类及在产物中的终浓度与实验组相同。

对照组3（CH）：与实验组相同种类和浓度的壳聚糖乙酸水溶液。

阴性对照组（NC）：双蒸水

LB液体培养基的配制：在950ml去离子水中加入10g胰化蛋白胨、5g酵母提取物、10gNaCl，摇动容器直至溶质溶解。滴加5M NaOH (约0.2ml)将其pH调至7.0，用去离子水定容至1L。在1.05kg/cm²的压力下121^oC湿热灭菌20min，4^oC保存。

大肠杆菌菌液的制备：向无菌的三角瓶中注入50ml液体LB培养基，用移液枪枪头沾取pGL3大肠杆菌的单克隆菌落后投入液体LB培养基中，37^oC、200rpm条件下摇菌15h，备用。

抗菌性能评价：

在15ml试管中加入5ml LB液体培养基，100μl pGL3大肠杆菌菌液，100μl实验组或对照液液体（平行样5个），37℃震荡过夜，600nm测吸光度。实验结果如图4所示，该图表明实验组的抗菌作用显著优于全部对照组，而对照组1（Vc-PVP-Ag）与阴性对照组（NC）组相比不仅不能抑制或杀灭细菌，相反还能促进细菌生长，说明专利CN 1586774 A中实施例2提供的方法制备的纳米银胶体水溶液不适宜作为抗菌剂使用，其中的小分子还原剂抗坏血酸能够促进细菌生长。对照组1与对照组2相对比，可以发现以壳聚糖

为保护剂更够明显改善该类纳米银胶体水溶液的抗菌性，但与实验组相比仍有较大差距，说明本发明以天然高分子为光敏剂和保护剂，在室内日光或可见光激发下制备纳米银，不仅避免了小分子毒性物质（专利CN 1586774 A的实施例3）对产物生物安全性的破坏，也避免了小分子活性物质（专利CN 1586774 A的实施例2）对体系抗菌性能的影响，在抗菌材料应用领域具有突出的优势。

在光谱学中应用实验的研究：

将专利“纳米银或纳米金的微波制备方法”（CN 100563879 C）中提供的方法制备的纳米银胶体水溶液，取200微升滴加到石英玻璃表面，避光干燥作为对照组；将本发明实施例3中提供的方法制备的纳米银胶体水溶液以相同方法处理后作为实验组。以结晶紫为拉曼信号分子，将50μL 2μmol的结晶紫水溶液分别滴加到石英玻璃、对照组纳米银、实验组纳米银表面，在界面处测得的拉曼光谱分别为图5中A、B、C曲线所示的三条谱图。该图显示在没有纳米银作为基底材料的情况下，2μmol的结晶紫水溶液无特征吸收，对照组纳米银基底对不同波数区域的拉曼信号增强作用不同，而实验组的拉曼增强效率明显高于对照组，且结晶紫的各个特征峰信号均得到显著增强。这表明专利CN 100563879 C虽然可以提供具有拉曼增强作用的纳米银制备方法，但微波法制备的纳米银形貌单一，不能在该类方法的框架内实现纳米银形貌的调控，无法提供各向异性的纳米银基底，不利于获得高增强因子的纳米银基底材料。而本发明可通过调节天然高分子的种类和激发光参数控制纳米银形貌，十分有利于获得理想的纳米银基底材料，从而拓展拉曼光谱的应用领域。

Claims

1.一种仿生纳米银的制备方法，其特征在于它包括下述步骤：

1）将质量体积比为0.01-5%的硝酸银水溶液与质量体积比为0.01-5%的天然高分子水溶液或乙酸水溶液均匀混合；体积比：1:5000-100:1；

2）波长小于500nm，照度为300-20000lux的可见光激发下反应3分钟-30小时，既得纳米银产物；

所述的天然高分子为胶原、肝素钠或壳聚糖;

所述的天然高分子的乙酸水溶液为0.05 M的乙酸水溶液。

2.一种仿生纳米银的制备方法，其特征在于它包括下述步骤：

1）将质量体积比为0.01-5%的硝酸银水溶液与质量体积比为0.01-5%的胶原的乙酸水溶液均匀混合；

2）日光下反应4-30小时，既得纳米银产物；

所述的硝酸银水溶液与胶原的乙酸水溶液的体积比为：1:5000-100:1。

3.根据权利要求2所述的仿生纳米银制备方法，其特征在于所述的硝酸银水溶液的浓度为0.1%。

4.根据权利要求2所述的仿生纳米银制备方法，其特征在于所述的胶原的乙酸水溶液的浓度为0.5%。

5.权利要求1-4任一所述的制备方法得到的仿生纳米银。