CN105364066B - 一种在离子液体中的金纳米粒子表面改性的方法 - Google Patents

一种在离子液体中的金纳米粒子表面改性的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种在疏水性离子液体中实现的金纳米颗粒的异相表面修饰方法，通过两次相转移，用MUA快速高效地替换掉金纳米颗粒表面的CTAB分子。该方法主要利用离子液体[BMIM]Tf2N作为良溶剂，从水相中萃取金纳米颗粒，并弱化CTAB在纳米金表面的致密排列，有利于MUA与金表面的结合，特别有意义的是，经MUA修饰的纳米金颗粒由于表面带羧基而表现为水溶性，能快速转移回水相，得到表面修饰的纳米金的水溶胶。本发明解决了之前报导的表面修饰不完全、操作繁琐费时等不足。利用本发明，表面修饰可以在数分钟内完成，几乎所有的CTAB都被MUA所替换，显著降低了生物毒性，有助于进一步的生物分子修饰及在生物医学方面的应用。

Description

一种在离子液体中的金纳米粒子表面改性的方法
技术领域
本发明涉及一种改性方法，更具体的，涉及一种在离子液体中的金纳米粒子表面改性的方法，更进一步的，涉及一种在离子液体中实现的用MUA替换金纳米粒子表面CTAB的方法。
背景技术
金纳米颗粒由于具有可调节的形状和尺寸，特殊的光学性质、光热效应，以及易偶联生物分子等特性受到了来自材料科学和生物化学等领域的极大关注。金纳米棒(GNRs)是一种棒状金纳米颗粒，长度在20nm到200nm范围连续可调，宽度在5nm到100nm范围连续可调。通过改变GNRs的长径比，其纵向表面等离子体共振吸收可以从可见光区调节到近红外光区(The Journal of Physical Chemistry B 1999；103: 8410-26)，对于生物体来说，近红外波段的辐射具有窗口效应，该频段的辐射能够以微弱的损失穿透生物体组织。研究表明GNRs能高效地将吸收的近红外光通过晶格弛豫转化为热能，这种特殊的近红外光热效应使得GNRs作为一种潜在的光热试剂成为最近研究的热点。近年来基于 GNRs的潜在应用有大量的相关报导，比如可将GNRs用于基因传递(Nat Mater 2003；2:668-71)，药物传输(ACSNano 2011；5:4919-26)，表面增强拉曼光谱(Proceedings of the National Academy ofSciences 2011；108:8157-61)，生物成像(Angewandte Chemie 2010；122:2771-5)，生物传感(Analytical Chemistry 2007；79:5278-83)，癌症治疗(Journal of the AmericanChemical Society 2006；128:2115-20)等诸多领域。
已经有大量的关于GNRs合成方法的报道，诸如晶种生长法(Chemistry ofMaterials 2003；15:1957-62)，电化学方法(The Journal of Physical Chemistry B1997；101:6661-4)，模版生长法(Chemical Physics Letters 2006；422:303-7)等。在这些制备方法中，晶种生长法由于方法简单且能得到高产率的GNRs，受到广泛关注。用绝大多数方法制得的GNRs 表面都会包覆一层致密的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)双分子层。 CTAB不仅在GNRs的定向生长过程中起到非常重要的模板作用，并且还作为稳定剂包覆在GNRs表面，使其在水溶液中能稳定存在。但是作为一种阳离子表面活性剂，CTAB分子具有很高的细胞毒性(Small 2005；1: 325-7)，这一缺点极大限制了GNRs的生物应用；此外，自组装形成的双分子层结构不是非常稳定，有可能会受到高离子强度或其他条件的破坏，使得GNRs发生不可逆的聚沉(Analytical Chemistry 2013；85:6580-6)。
目前有两种方式可以解决这个问题，一种方式是在GNRs 表面包覆一层聚电解质(Chemistry of Materials 2005；17:1325-30)或者无机材料，如形成金银的核壳结构(TheJournal of Physical Chemistry B 2004；108:5882-8)或二氧化硅包覆(Nano Letters2001；1:601-3)，这样可以阻止CTAB从GNRs表面解吸附，并且为纳米金表面的进一步功能化修饰和应用提供了可能性。另一种方式是利用与金有强结合能力的配体去替换GNRs表面的CTAB双分子层，如阳离子脂质体(Chemical Communications 2007:3777-9)或含巯基的化合物(Langmuir 2007；23: 9114-9)。相比较于阳离子脂质体，选择含巯基的配体更为普遍，这是因为巯基能与GNRs表面形成的稳定的Au-S键，其结合能力远强于静电吸附，并且保护层不易解离。在众多巯基衍生物中，关于用11-巯基十一烷酸(MUA)来替代GNRs表面CTAB的报导最多，该分子既具有能与金键合的巯基，又在分子的另一端带有羧基，可作进一步的功能化修饰。目前报导的所有用MUA替换GNRs表面CTAB的方法中均存在一些共同的难题，主要表现在修饰过程中GNRs发生不可逆的聚沉(Angewandte Chemie International Edition2007；46:2195-8)，或者只能在GNRs长轴的两端进行替换，即替换不完全(ChemicalCommunications 2005:1092-4)。
室温下的离子液体具有独特的物理化学性质，诸如室温条件下不会挥发、良好的化学稳定性等。这些性质使其成为经常被选用的环境友好绿色溶剂，具有广泛的应用(Chemical Reviews 1999；99: 2071-84)。在纳米科学领域中，已经有文献报道离子液体可以作为溶剂或稳定剂来制备合成纳米颗粒(Journal of the American Chemical Society2002；124:4228-9)，此外还可以将离子液体作为相转移剂从水相中萃取制备好的纳米颗粒(Journal of the American Chemical Society 2004；126: 5036-7)。
基于GNRs表面修饰存在的各种困难及反应操作复杂和花费时间长等问题，我们开发了一种用离子液体作为反应介质的GNRs表面修饰的方法，很大程度上简化了反应步骤，将反应时间缩短到了几分钟的量级，85％以上的GNRs可以用这种方法进行表面修饰，表面修饰改性后的GNRs变现出非常出色的生物相容性，该方法用于纳米材料表面修饰改性在生物医学方面具有很大的应用前景。
目前现有技术文献中还没有关于在离子液体中进行绿色高效的金纳米粒子表面修饰改性成功案例的报道。
发明内容
本发明的一个目的，是解决传统方法耗时时间长，实验方案复杂难操作的问题。
本发明的另一个目的，是使得修饰改性后的金纳米粒子的生物相容性得到了出色的提高。
本发明的再一个目的，为大量制备表面修饰金纳米粒子提供了方便可靠的方法。
本发明的上述技术效果是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种在离子液体中进行的金纳米粒子表面修饰改性方法，其至少包括如下步骤：
步骤(1)、制备水相金纳米粒子溶液；
步骤(2)、将水相金纳米粒子溶液与离子液体进行混合，并且将金纳米粒子完全转移到离子液体相中；
步骤(3)、所述金纳米粒子在离子液体相中与表面修饰分子反应；
步骤(4)、修饰改性后的金纳米粒子用超纯水或者磷酸缓冲液洗涤，重新分散。
进一步的，在步骤(1)中，将金纳米粒子用超纯水或磷酸缓冲溶液洗涤，离心除去上清液，并重新分散。
优选的，所述金纳米粒子水溶液的浓度为0.15-0.35nM；
优选的，离心的温度为25-60℃，离心速度为 11000-13500rpm；
优选的，每次离心时间为10-20min，离心次数为两次；
优选的，2次离心后，使用中性的超纯水或者pH5.5-7.0的磷酸缓冲溶液重新分散。
进一步的，在步骤(2)中，混合和转移的温度为25-60℃；
优选的，采用涡旋的方式将金纳米粒子转移到离子液体；
优选的，涡旋的转速为2500-3500rpm；
优选的，涡旋的转速3000rpm；
优选的，涡旋条件使用涡旋仪。
进一步的，在步骤(2)中，所述离子液体为疏水性离子液体；
优选的，所述疏水性离子液体包括1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、或1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐；
优选的，离子液体的体积为100-500μL；
优选的，离子液体可以是新制的、也可以是重复使用回收的。
进一步的，在步骤(3)中，所述表面修饰分子采用含有 HS-的分子；
优选的，所述表面修饰分子包括11-巯基十一烷酸、8-巯基辛酸、12-巯基十二酸、12-巯基十二酸NHS酯、16-巯基十六酸中的一种；
优选的，所述表面修饰分子为11-巯基十一烷酸(MUA)；
优选的，所述MUA的浓度为15-100nM；
优选的，表面修饰反应时间从1.5min到24h。
进一步的，所述表面修饰分子在步骤(3)中加入所述离子液体中；或者，所述表面修饰分子在步骤(2)之前加入所述离子液体中。
优选的，所述纳米粒子包括纳米棒、纳米线、纳米片、纳米球颗粒、纳米核壳结构中的至少一个。
本发明还提供一种金纳米粒子，其由上述任意一种方法制备得到。
该发明提供的金纳米粒子具有更好的生物相容性，在浓度10nM时，约83％的MCF-7细胞仍能保持细胞活性；
进一步的，还具有如下细胞生存能力的数据：
优选的，浓度0.001nM，MCF-7细胞活性高达99％；
优选的，浓度0.003nM，MCF-7细胞活性高达93％；
优选的，浓度0.01nM，MCF-7细胞活性高达90％；
优选的，浓度0.03nM，MCF-7细胞活性高达88％；
优选的，浓度0.1nM，MCF-7细胞活性高达87％；
优选的，浓度0.3nM，MCF-7细胞活性高达85％；
优选的，浓度1nM，MCF-7细胞活性高达84％；
优选的，浓度3nM，MCF-7细胞活性高达84％；
优选的，浓度10nM，MCF-7细胞活性高达83％；
进一步的所述金纳米粒子表面具有与氨基酸或其他带有 -NH2的蛋白质、核酸、或染料分子偶联的能力。这是由于在用于表面修饰的MUA分子中，其远离巯基的另一端有活泼的-COOH，能够与氨基酸或其他带有-NH2的蛋白质、核酸、或染料分子偶联，从而使得修饰后的纳米颗粒可用于分子识别、成像等领域。
本发明还提供离子液体在金纳米粒子表面修饰改性方法中的应用，其中，
所述离子液体为疏水性离子液体；
优选的，所述疏水性离子液体包括1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、或1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐；
优选的，所述纳米粒子包括纳米棒、纳米线、纳米片、纳米球颗粒、纳米核壳结构中的至少一个。
本发明具有如下技术效果：
本发明首先通过步骤(1)得到了纯化好的金纳米粒子，然后通过后续步骤将纳米粒子转移到离子液体中借助纳米粒子表面保护分子层在离子液体中变松散的特性，在剧烈的涡旋条件下加入表面修饰分子使其发生竞争反应，得到表面修饰改性的纳米粒子。
本发明中的方法主要利用离子液体[BMIM]Tf2N作为良溶剂，从水相中萃取金纳米粒子颗粒，并弱化CTAB在金纳米粒子表面的致密排列，有利于MUA与金表面的结合。本发明方法简单高效安全，且保持了修饰前纳米粒子的各种特性。
实验证明，经过表面修饰改性的纳米粒子具有非常出色的生物相容性，因此此方法很大的解决了纳米材料在生物领域应用的限制。
特别有意义的是，经MUA修饰的纳米金颗粒由于表面带羧基而表现为水溶性，能快速转移回水相，得到表面修饰的纳米金的水溶胶。本发明解决了之前报导的表面修饰不完全、操作繁琐费时等不足。利用本发明，表面修饰可以在数分钟内完成，几乎所有的CTAB都被MUA 所替换，显著降低了生物毒性，有助于进一步的生物分子修饰及在生物医学方面的应用。
附图说明
图1：图1(a)用种子生长法制备的GNRs扫描隧道电子显微镜图片；图1(b)是本发明第一实施例中在离子液体中进行MUA表面功能化修饰后的GNR-MUA扫描隧道显微镜图片。
图2：水相中的GNRs紫外光谱：离子液体相转移前(实线)和后(虚线)。
图3：水相GNRs进行MUA修饰前(实线)和后(虚线) 的紫外光谱。
图4：水相GNRs进行MUA修饰前(实线)和后(虚线) 的局域表面等离子体共振强度的紫外光谱，此光谱说明约85％的 GNR-CTAB能通过此方法转变为GNR-MUA。
图5：MCF-7细胞实验的结果图，黑色柱体为GNR-CTAB 的细胞活性，白色柱体表示GNR-MUA的细胞活性。
图6：是本发明第二实施例的水相中GNRs经过在离子液体中进行一步法修饰后的紫外光谱。
图7：是本发明第三实施例的水相中GNRs经过在重复使用的离子液体进行两步法修饰后的紫外光谱。
图8：是本发明第四实施例的水相中GNPs经过在离子液体中进行两步法修饰后的紫外光谱。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
下述实施例中的制备方法，如无特殊说明，均为常规方法；所用的实验材料，如无特殊说明，均为常规生化试剂厂商购买得到。
第一实施例
首先进行预备步骤：用经典的晶种生长法制备尺寸均一，分散性好的GNRs(图1(a) )：
(1)金种制备：向5mL浓度为0.2M的CTAB水溶液中加入5mL 浓度为0.5mM的氯金酸(HAuCl4)水溶液，然后混合均匀。在涡旋的条件下向上述溶液中快速加入0.6mL浓度为10mM冰冷的硼氢化钠 (NaBH4)溶液，加入完毕后，混合均匀，静放在27℃水浴中，2-3小时后结束反应，紫外可见光谱确认。
(2)GNRs制备：向5mL浓度为0.2M的CTAB水溶液中加入 5mL浓度为1mM的HAuCl4水溶液，然后混合均匀。向上述溶液中加入0.2mL浓度为4mM的硝酸银(AgNO3)水溶液，手摇动混合均匀。向上述溶液中继续添加70μl浓度为78.8mM的抗坏血酸(AA) 水溶液，手摇动混合均匀，使溶液颜色变为无色。然后加入第一步中已经制备好的金种120μL，手轻摇几次。最后放入27℃水浴中，静置生长20-24小时。反应结束后，用紫外可见光谱确认。由图1( a) 中可以看出， GNRs没有发生聚集，分散性好。
GNRs在离子液体中进行两步法绿色高效表面功能化修饰改性，其包括如下步骤：
步骤(1)，制备水相金纳米粒子溶液。首先将上述1.5mL已经制备好的GNRs转移到离心管中，在温度为25-60℃的条件下进行两次 12000rpm/20min的离心，离心后去掉上清液，剩余的部分用100μL超纯水或者pH5.5-7.0的磷酸缓冲溶液重新分散。
步骤(2)，将步骤(1)中的100μL GNRs在涡旋仪中3000rpm 的剧烈涡旋条件下转移到离子液体([BMIM]Tf2N){1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐}中。
步骤(3)，当所有的GNRs从水相中转移到[BMIM]Tf2N相中后(图2)，加入表面修饰分子MUA/[BMIM]Tf2N(20mM 20μL)，在涡旋仪中3000rpm的剧烈涡旋条件下进行反应，反应时间是90秒。
步骤(4)，当表面修饰改性后的GNR-MUA从[BMIM]Tf2N 相中转移到水相中时，即看到淡灰色的物质从下层逐渐变为红棕色，并发生相转移到上层，停止涡旋反应，通过4000rpm的低速离心使两相界面明晰，取出水相中修饰后的GNR-MUA到离心管中，再进行两次 12000rpm/5min的离心清洗除去可能残留的表面修饰分子，最后用100μL 超纯水或者pH7.0-8.5的磷酸缓冲溶液重新分散，即得。于4℃条件储存。
实验结果表明：
如图1( b) 扫描隧道电镜照片和图3紫外光谱所示，表面功能化修饰后的GNR-MUA的形状尺寸和分散性等与修饰之前的GNR-CTAB 相比均没有发生变化，形状保持棒状结构，尺寸长约50nm宽约15nm保持没变，GNRs之间没有聚集，分散性好，以此证明了该实验的良好效果。相对于文献记载的现有技术(Angewandte Chemie International Edition 2007；46:2195-8)，本发明不发生聚沉，分散性良好，故而具有明显的进步。
如图2紫外光谱所示，相转移后，水相中已经检测不到GNRs 的存在了，GNRs从水相转移到离子液体相的效率达到了99％以上。
如图3所示的紫外光谱图给出了两个信息：1：修饰前后的金棒GNR-CTAB(实线)和GNR-MUA(虚线)都保持了棒状的结构，并且它的长径比保持不变。2：GNR-MUA(虚线)的图相比较于GNR-CTAB (实线)发生了红移(也就是向长波方向移动)，说明了修饰之后的 GNR-MUA外层的MUA分子的折光率比修饰前的CTAB分子折光率大。最终是证明了MUA成功替换了CTAB。
如图4紫外光谱所示，GNR-CTAB在离子液体中经过相转移和表面修饰，GNR-MUA的产率约为85％。(根据朗伯比尔定律A＝εbc，根据吸光度A的大小就可以定量比较溶液里面金颗粒的浓度)
图5为细胞活性实验结果图，实验中加入的GNRs的终浓度分别为10,3,1,0.3,0.1,0.03,0.01,0.003,0.001nM，将GNRs加入到MCF-7细胞培养液中，在最佳孵化条件下(5％CO2,37℃)培养48小时。在该 MCF-7细胞实验的结果图中，黑色柱体为GNR-CTAB的细胞活性，白色柱体表示MUA修饰的金纳米棒的细胞活性。图中将没有加入GNRs的 MCF-7细胞存活率定为100％，数据结果均为三组平行实验的平均结果。
根据该细胞活性实验结果可知，应用该种方法进行的表面修饰后的GNR-MUA和修饰之前的GNR-CTAB相比，其生物相容性得到显著的提高。MTT结果表明，GNR-CTAB对MCF-7细胞的半抑制浓度IC50约为0.01nM；修饰后的GNR-MUA即使在10nM浓度下，细胞生存能力 (细胞存活率)依旧保持在80％以上。
几个浓度下的GNR-MUA细胞生存能力的数据如下：浓度 0.001nM，MCF-7细胞活性为99％；浓度0.003nM，MCF-7细胞活性为 93％；浓度0.01nM，MCF-7细胞活性为90％；浓度0.03nM，MCF-7细胞活性为88％；浓度0.1nM，MCF-7细胞活性为87％；浓度0.3nM，MCF-7 细胞活性为85％；浓度1nM，MCF-7细胞活性为84％；浓度3nM，MCF-7 细胞活性为84％；浓度10nM，MCF-7细胞活性为83％。
而作为对比：GNR-CTAB为浓度0.001nM，MCF-7细胞活性为95％；浓度0.003nM，MCF-7细胞活性为78％；浓度0.01nM，MCF-7 细胞活性为40％；浓度0.03nM，MCF-7细胞活性为30％；浓度0.1nM， MCF-7细胞活性为8％；浓度0.3nM，MCF-7细胞活性为4％；浓度1nM， MCF-7细胞活性为2％；浓度3nM，MCF-7细胞活性为4％；浓度10nM， MCF-7细胞活性为4.5％。在高浓度条件下(10nM)GNR-CTAB对应的细胞生存能力低于5％，而该浓度下GNR-MUA对应的细胞生存能力保持在80％以上，而该浓度已经远大于实际应用的浓度0.1nM，由以上的实验数据可以推出用本方法进行修饰的纳米粒子其生物相容性得到显著的提高。
作为对比：0.003nM浓度条件下，GNR-CTAB对应的细胞生存能力(细胞存活率)为80％，而该浓度下GNR-MUA对应的细胞生存能力保持在99％左右。在高浓度条件下(10nM)GNR-CTAB对应的细胞生存能力低于5％，而该浓度下GNR-MUA对应的细胞生存能力保持在80％以上，而该浓度已经远大于实际应用的浓度(即一般细胞实验的条件，低于0.1nM)，由以上的实验数据可以推出用本方法进行修饰的纳米粒子其生物相容性得到显著的提高。
另外，在室温25摄氏度下，分别测量修饰改性后的 GNR-MUA和修饰改性前的GNR-CTAB的Zeta电位(Zeta potential，又叫电动电位或电动电势(ζ-电位或ζ-电势)，是指剪切面(Shear Plane)的电位，是表征胶体分散系稳定性的重要指标)，得到如下的表一数据。
表一
样品 GNR-CTAB GNR-MUA
Zeta电位(mV) 53.5±0.6 -51.5±0.6
根据上述表一中的测量数据，GNR-CTAB的Zeta电位为 53.5±0.6mV，而GNR-MUA的Zeta电位为-51.5±0.6mV。结果表明，经MUA修饰后，GNRs表面由原来的带正电(来自CTAB)转换为带负电 (来自于MUA)，且修饰前后的电荷密度非常接近，说明几乎所有在 GNRs表面的CTAB分子都被MUA分子替换，这不同于以前许多报导中的只能在GNRs两端进行替换。与现有技术中只能在GNRs长轴的两端进行替换，即替换不完全的技术方案(ChemicalCommunications 2005:1092-4)进行比较，该现有技术方案中修饰前GNR-CTAB的Zeta 电位为55mV，修饰后GNR-NUA的Zeta电位为37mV，大约10～20％CTAB 被MUA替换。在本发明方法中，修饰前GNR-CTAB为53.5mV，修饰改性后GNR-NUA为-51.5mV，几乎所有CTAB被MUA替换。
此外，所述金纳米粒子表面具有与氨基酸或其他带有-NH2的蛋白质、核酸、或染料分子偶联的能力。这是由于在用于表面修饰的 MUA分子中，其远离巯基的另一端有活泼的-COOH，能够与氨基酸或其他带有-NH2的蛋白质、核酸、或染料分子偶联，从而使得修饰后的纳米颗粒可用于分子识别、成像等领域。
从本实验的时间性，易操作性和高效率的修饰方面我们可以知道这为大量制备表面修饰纳米粒子提供了方便可靠的方法，进一步促进了纳米材料在生物相关领域的应用。
第二实施例
GNRs在离子液体中进行一步法绿色高效表面功能化修饰改性。
预备步骤、用经典的晶种生长法制备尺寸均一，分散性好的 GNRs(图1a)，具体方法参考实施例一。
接下来，GNRs在离子液体中进行表面功能化修饰改性：
步骤(1)，制备水相金纳米粒子溶液。该步骤首先将上述1.5mL已经制备好的GNRs转移到离心管中，在温度为25-60℃的条件下进行两次12000rpm/20min的离心，离心后去掉上清液，剩余的部分用 100μL超纯水或者pH5.5-7.0的磷酸缓冲溶液重新分散。
步骤(2)，将MUA溶解到离子液体中得到2.35mM 150μL的反应体系。然后，将步骤(1)中的100μL GNRs在3000rpm剧烈涡旋的条件下逐滴加入反应体系(MUA/[BMIM]Tf2N)中。
步骤(3)，当所有GNRs从水相中转移到MUA/[BMIM]Tf2N 反应体系后，在涡旋仪中继续以3000rpm的速度混匀，促进反应进行，反应时间为90秒。
步骤(4)，当表面修饰改性后的GNR-MUA从[BMIM]Tf2N 相中转移到水相中时，停止涡旋，低速离心使两相界面明晰，从水相中移取修饰后的GNR-MUA至离心管中，再进行两次12000rpm/5min的离心清洗，除去可能残留的表面修饰分子，最后用100μL超纯水或者pH7.0-8.5的磷酸缓冲溶液重新分散，即得。于4℃条件储存。
实验结果表明：如图6紫外光谱所示，GNRs用这种简单的一步法修饰得到和两步法修饰一样的结果。
第三实施例
GNRs在重复使用的离子液体中进行两步法绿色高效表面功能化修饰改性。
预备步骤：用经典的晶种生长法制备尺寸均一，分散性好的 GNRs(图1( a) )，具体方法参考第一实施例。
接下来，GNRs在离子液体中表面功能化修饰改性：
步骤(1)，制备水相金纳米粒子溶液。首先将上述1.5mL已经制备好的GNRs转移到离心管中，在温度为25-60℃的条件下进行两次 12000rpm/20min的离心，离心后去掉上清液，剩余的部分用100μL超纯水或者磷酸缓冲溶液(PH5.5-7.0)重新分散。
步骤(2)，将步骤(1)中的100μL GNRs在剧烈的涡旋条件 (3000rpm转速)下转移到第一实施例或第二实施例中使用过的离子液体 ([BMIM]Tf2N)中。
步骤(3)，当所有的GNRs从水相中转移到[BMIM]Tf2N相中后(图2)，加表面修饰分子MUA/[BMIM]Tf2N(20mM 20μL)，或者在上一步骤(2)中转移之前在重复使用的[BMIM]Tf2N中加入适量的MUA (<20mM)，在剧烈的涡旋条件(3000rpm转速)下进行反应，反应时间 90秒。
步骤(4)，当表面修饰改性后的GNR-MUA从[BMIM]Tf2N 相中转移到水相中时，停止涡旋反应，低速离心使两相界面明晰，取出水相中修饰后的GNR-MUA到离心管中，再进行两次12000rpm/5min的离心清洗，除去可能残留的表面修饰分子，最后用100μL超纯水或者磷酸缓冲溶液(PH7.0-8.5)重新分散，即得。于4℃条件储存。
实验结果表明：如图7紫外光谱所示，GNRs用重复使用的离子液体采用两步法修饰可得到与第一实施方案基本一致的结果，这也为离子液体的重复使用提供了有力的证据。
第四实施例：
CTAB稳定的球形纳米金颗粒(GNP-CTAB)在离子液体中进行两步法绿色高效表面功能化修饰改性。
首先进行预备步骤：用经典的晶种生长法制备尺寸均一，分散性好的GNP-CTAB实验步骤：
(1)金种制备：向5mL浓度为0.2M的CTAB水溶液中加入5mL浓度为0.5mM的HAuCl4水溶液，然后混合均匀。在涡旋的条件下向上述溶液中快速加入0.6mL浓度为10mM冰冷的NaBH4溶液，加入完毕后，混合均匀，静放在27℃水浴中，2-3小时后结束反应，用紫外可见光谱确认。
(2)纳米金球颗粒制备：向5mL浓度为0.2M的CTAB水溶液中加入 5mL浓度为1mM的HAuCl4水溶液，然后混合均匀。向上述溶液中继续添加70μL浓度为78.8mM的抗坏血酸(AA)水溶液，手摇动混合均匀，使溶液颜色变为无色。然后加入第一步中已经制备好的金种120μL，手轻摇几次。最后放入27℃水浴中，静置生长5-10 小时。反应结束后，用紫外可见光谱确认。
GNP-CTAB在离子液体中进行两步法绿色高效表面功能化修饰改性，其包括如下步骤：
步骤(1)，制备水相金纳米粒子溶液。首先将上述1.5mL 已经制备好的GNP-CTAB转移到离心管中，在温度为25-60℃的条件下进行两次12000rpm/20min的离心，离心后去掉上清液，剩余的部分用 100μL超纯水或者pH5.5-7.0的磷酸缓冲溶液重新分散。
步骤(2)，将步骤(1)中的100μL GNP-CTAB在涡旋仪中 3000rpm的剧烈涡旋条件下转移到离子液体([BMIM]Tf2N){1-丁基-3- 甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐}中。
步骤(3)，当所有的GNP-CTAB从水相中转移到 [BMIM]Tf2N相中后(图2)，加入表面修饰分子MUA/[BMIM]Tf2N (20mM 20μL)，在涡旋仪中3000rpm的剧烈涡旋条件下进行反应，反应时间是90秒。
步骤(4)，当表面修饰改性后的GNP-MUA从[BMIM]Tf2N 相中转移到水相中时，即看到淡灰色的物质从下层逐渐变为红棕色，并发生相转移到上层，停止涡旋反应，通过4000rpm的低速离心使两相界面明晰，取出水相中修饰后的GNP-MUA到离心管中，再进行两次 12000rpm/5min的离心清洗除去可能残留的表面修饰分子，最后用100μL 超纯水或者pH7.0-8.5的磷酸缓冲溶液重新分散，即得。于4℃条件储存。
实验结果表明：
如图8紫外光谱所示，GNP-CTAB在离子液体中经过相转移和表面修饰，产物GNP-MUA的收率达85％以上(根据朗伯比尔定律)。
本发明中的方法主要利用离子液体[BMIM]Tf2N作为良溶剂，从水相中萃取金纳米粒子颗粒，并弱化CTAB在金纳米粒子表面的致密排列，有利于MUA与金表面的结合。
特别有意义的是，经MUA修饰的纳米金颗粒由于表面带羧基而表现为水溶性，能快速转移回水相，得到表面修饰的纳米金的水溶胶。本发明解决了之前报导的表面修饰不完全、操作繁琐费时等不足。利用本发明，表面修饰可以在数分钟内完成，几乎所有的CTAB都被MUA所替换，显著降低了生物毒性，有助于进一步的生物分子修饰及在生物医学方面的应用。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (11)

1.一种离子液体中金纳米粒子表面修饰改性的方法，其特征在于至少包括如下步骤：
步骤(1)、制备水相金纳米粒子溶液；
步骤(2)、将水相金纳米粒子溶液与离子液体进行混合，并且将纳米粒子完全转移到离子液体相中；
步骤(3)、所述金纳米粒子在离子液体相中与表面修饰分子反应；
步骤(4)、修饰改性后的纳米粒子用超纯水或者磷酸缓冲液洗涤，重新分散。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，
将金纳米粒子用超纯水或磷酸缓冲溶液洗涤，离心除去上清液，并重新分散；
所述金纳米粒子水溶液的浓度为0.15-0.35nM；
离心的温度为25-60℃，离心速度为11000-13500rpm；
每次离心时间为10-20min，离心次数为两次；
2次离心后，使用中性的超纯水或者pH5.5-7.0的磷酸缓冲溶液重新分散。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，
混合和转移的温度为25-60℃；
采用涡旋的方式将金纳米粒子转移到离子液体；
涡旋的转速为2500-3500rpm；
涡旋条件使用涡旋仪。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，
所用到的离子液体为疏水性离子液体；
所述疏水性离子液体包括1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、或1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐；
离子液体的体积为100-500μL；
离子液体可以是新制的、也可以是重复使用回收的。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，
所述表面修饰分子采用含有HS-的分子。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，
所述表面修饰分子包括11-巯基十一烷酸、8-巯基辛酸、12-巯基十二酸、12-巯基十二酸NHS酯、16-巯基十六酸中的一种。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述表面修饰分子为11-巯基十一烷酸(MUA)；
所述11-巯基十一烷酸的浓度为15-100nM；
表面修饰反应时间从90s到24h。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述表面修饰分子在步骤(3)中加入所述离子液体中；或者，
所述表面修饰分子在步骤(2)之前加入所述离子液体中。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述纳米粒子包括纳米棒、纳米线、纳米片、纳米球颗粒、纳米核壳结构中的至少一个。
10.一种改性金纳米粒子，其特征在于，
根据权利要求1-9中任意一种中所述的方法制备得到。
11.根据权利要求10所述的金纳米粒子，其特征在于，
具有生物相容性，在浓度10nM，具有为83％的MCF-7细胞活性；
还具有如下细胞生存能力的数据：
浓度0.001nM，MCF-7细胞活性为99％；
浓度0.003nM，MCF-7细胞活性为93％；
浓度0.01nM，MCF-7细胞活性为90％；
浓度0.03nM，MCF-7细胞活性为88％；
浓度0.1nM，MCF-7细胞活性为87％；
浓度0.3nM，MCF-7细胞活性为85％；
浓度1nM，MCF-7细胞活性为84％；
浓度3nM，MCF-7细胞活性为84％；
所述金纳米粒子表面具有与氨基酸偶联的能力。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105928923A (zh) * 2016-04-22 2016-09-07 上海应用技术学院 一种青色素类染料纳米金sers探针及其制备方法
CN106018295A (zh) * 2016-05-11 2016-10-12 上海应用技术学院 一种相萃取法中金纳米粒子表面所需正-负离子对的测定方法
CN108020258A (zh) * 2017-11-09 2018-05-11 清华大学 制备偏光下可视的图案的方法
CN110208249A (zh) * 2019-07-15 2019-09-06 辽宁大学 一种基于三元共负载型离子液体基聚脂质体sers基底的拉曼光谱检测方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7019120B2 (en) * 2002-12-19 2006-03-28 Novozymes A/S Cloud-point extraction of enzymes and polypeptides from a fermentation broth using a non-ionic surfactant
US20070065954A1 (en) * 2005-09-15 2007-03-22 Minoru Taya Surface plasmon resonance biosensor system for detection of antigens and method for determining the presence of antigens
CN101458242B (zh) * 2007-12-11 2010-12-08 郑州轻工业学院 对重金属离子响应的金纳米溶胶及其制备方法
CN101766923B (zh) * 2008-12-30 2011-12-21 中国科学院生态环境研究中心 用于纳米材料的分离和再分散的方法
CN101780378B (zh) * 2010-03-19 2011-12-07 浙江大学 一种以离子液体为制膜介质制备含氟聚合物微孔膜的方法
CN102169119B (zh) * 2010-12-31 2013-12-11 西安交通大学 一种纳米金免疫探针的制备方法
CN103833885B (zh) * 2014-03-14 2016-01-06 福州大学 一种离子液体聚合物毛细管微萃取整体柱及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Aqueous&#8722;Organic Phase Transfer of Gold Nanoparticles and Gold Nanorods Using an Ionic Liquid;Guor-Tzo Wei等;《journal of the american chemical society》;20040104;第126卷(第16期);第5036-5037页 *
表面修饰基团对金纳米颗粒非线性光学效应的影响研究;郑立思等;《物理学报》;20121231;第61卷(第5期);第054212（1-7）页 *

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