CN105642909A - 银纳米粒子的一种合成方法 - Google Patents

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Abstract

银纳米粒子的一种合成方法，本发明涉及绿色、稳定的金属纳米粒子的生产技术领域。将硝酸银水溶液与羧甲基壳聚糖水溶液混合均匀，加入葡萄糖水溶液，形成混合体系，将混合体系在搅拌条件下室温进行反应，获得银纳米粒子。本发明采用蒸馏水为分散介质，葡萄糖作为还原剂，该还原剂具有温和、可再生、便宜以及无毒性等特点。羧甲基壳聚糖为保护剂，羧甲基壳聚糖是可再生的聚合物壳聚糖的一种生物相容且具有抗菌性的衍生物。采用本发明方法取得的粒子平均粒径为10？nm以下，粒径分布均匀，贮存长期稳定的金属纳米粒子。

Description

银纳米粒子的一种合成方法
技术领域
本发明涉及绿色、稳定的金属纳米粒子的生产技术领域。
背景技术
在过去的30年，“绿色”化学及化工过程是一个越来越受重视的主题。发展“绿色”化学及化工目的在于完全消除或至少让产生的废弃物最小化，实施可持续发展。为了达到这些目标在设计合成路线、化学分析以及化工过程必须全面考虑“绿色”化。采用非毒性的化学物质、环境友好的溶剂以及可再生的原材料在绿色合成策略中是值得考虑的关键问题。
在新兴的纳米科学与技术领域金属及半导体纳米粒子由于具有潜在的应用而倍受关注。尺寸、形状以及表面化学在控制纳米尺度材料的物理、化学、光学以及电子性质方面至关重要。制备金属纳米粒子一般可采用在溶液中或高温气体环境中还原金属离子。纳米粒子的高表面能使其具有极高的反应活性，如果对其表面不进行保护或钝化，在绝大多数体系纳米粒子将不可避免地发生团聚现象。常用的表面稳定方法有：自组装单层，如普遍采用的硫醇功能基保护法；反相微乳液胶囊化以及聚合物吸附保护法。
从绿色化学角度评价纳米粒子的制备主要有三个步骤，合成中使用的溶剂介质的选择，环境友好的起始还原剂的选择以及稳定纳米粒子生物相容保护剂的选择。至今纳米粒子的绝大多数合成方法均采用有机溶剂。这主要是由于使用了疏水封端剂。然而在合成纳米粒子尺寸小、尺寸分散均匀、贮存长期稳定以及全过程采用绿色化学方法还未见报导。
虽然超临界二氧化碳被成功地用来制备纳米粒子，然而亲二氧化碳表面活性剂的分离与纳米粒子的纯化存在较大的困难。同时微乳液组成成分中具有毒性问题无法解决。绿色纳米粒子制备方法中另一个关心的问题是还原剂的选择。自今报导的绝大多数方法采用的还原剂有水合肼、硼氢化钠以及二甲基甲酰胺。这些还原剂具有非常高的还原性存在潜在的环境与生物危险。
在制备纳米粒子过程中，最后，也许是最重要问题是用来保护纳米粒子稳定的封端材料的选择。选择封端剂必须考虑以下几个问题，例如需要考虑目标应用时需要的纳米粒子尺寸范围及形貌。
发明内容
本发明目的是提出安全、绿色、稳定的银纳米粒子的一种合成方法。
本发明技术方案是：将硝酸银水溶液与羧甲基壳聚糖水溶液混合均匀，加入葡萄糖水溶液，形成混合体系，将混合体系在搅拌条件下室温进行反应，获得银纳米粒子。
本发明采用蒸馏水为分散介质，葡萄糖作为还原剂，该还原剂具有温和、可再生、便宜以及无毒性等特点。羧甲基壳聚糖为保护剂，羧甲基壳聚糖是可再生的聚合物壳聚糖的一种生物相容且具有抗菌性的衍生物。
本发明采用羧甲基壳聚糖作为保护剂具有以下优势：首先，羧甲基壳聚糖中丰富的羟基、羧基有利于银离子复合进入大分子基体。其次，羧甲基壳聚糖可以分散在水中，这就可以完全避免使用有机溶剂。第三，相比纳米粒子与典型的硫醇基保护基团，羧甲基壳聚糖与金属纳米粒子间结合的相互作用较弱。这意味着在相对高的温度羧甲基壳聚糖可以从复合物中脱出来，使得纳米粒子的分离成为可能。而且可以采用交换反应使纳米粒子很容易地功能化。第四，相比其它保护剂，羧甲基壳聚糖起到模板作用，可以催化葡萄糖还原金属离子，使得室温反应成为可能。最后，可能是最重要的：本发明制备的纳米银具有优异抑菌效果，羧甲基壳聚糖保护的纳米粒子可以直接用于制药和生物医学应用。
采用本发明方法取得的粒子平均粒径为10nm以下，粒径分布均匀，贮存长期稳定的金属纳米粒子。
进一步地，本发明所述硝酸银水溶液中硝酸银与葡萄糖水溶液中葡萄糖的混合摩尔比为1∶1。等摩尔比目的是让反应物同时达到完全反应的状态，残留的反应物浓度最低，得到的产物将更加纯净。
所述混合体系中硝酸银、葡萄糖、羧甲基壳聚糖和蒸馏水的质量比为0.02827～0.2809∶0.02993～0.2974∶0.09984～0.1984∶100。在上述质量比范围，不仅可以得到稳定的纳米银胶体，而且反应速度适中。
所述葡萄糖为β-D葡萄糖或L-葡萄糖。葡萄糖均能还原银离子，特别是常见的β-D葡萄糖和L-葡萄糖。
所述反应时间为20～40小时。反应时间的长短取决于反应物的浓度，在该时间范围内可使银离子全部转化为单质银。
附图说明
图1为实施例1取得的产品的UV-vis吸附光谱图。
图2为实施例1的取得的产品的TEM图。
图3为实施例1制备的银纳米胶体贮存6个月后的悬浮分散照片。
图4为不加纳米银胶体的抗菌活性测试结果照片。
图5为添加8ppm实施例5制备的纳米银胶体的抗菌活性测试结果照片。
图6为添加12ppm实施例5制备的纳米银胶体的抗菌活性测试结果照片。
具体实施方式
一、制备工艺：
实施例1：
将1mL0.1M硝酸银水溶液加入到58.0mL的0.1(wt)%羧甲基壳聚糖水溶液中。当上述组份分散均匀后，加入1mL0.1Mβ-D葡萄糖水溶液，继续搅拌。将上述混合物室温反应持续24h。反应1h后，溶液变为亮黄色，表示银纳米粒子开始形成。最后产品的UV-vis吸附光谱测试结果显示了银单质粒子的表面等离子体的吸附。
实施例2：
将2mL0.1M硝酸银水溶液加入到56.0mL的0.1(wt)%羧甲基壳聚糖水溶液中。当上述组份分散均匀后，加入2mL0.1Mβ-D葡萄糖水溶液，继续搅拌。将上述混合物室温反应持续40h。反应1h后，溶液变为亮黄色，表示银纳米粒子开始形成。最后产品的UV-vis吸附光谱测试结果显示了银单质粒子的表面等离子体的吸附。
实施例3：
将3mL0.1M硝酸银水溶液加入到54.0mL的0.15(wt)%羧甲基壳聚糖水溶液中。当上述组份分散均匀后，加入3mL0.1ML-葡萄糖水溶液，继续搅拌。将上述混合物室温反应持续30h。反应1h后，溶液变为亮黄色，表示银纳米粒子开始形成。最后产品的UV-vis吸附光谱测试结果显示了银单质粒子的表面等离子体的吸附。
实施例4：
将4mL0.1M硝酸银水溶液加入到52.0mL的0.15(wt)%羧甲基壳聚糖水溶液中。当上述组份分散均匀后，加入4mL0.1ML-葡萄糖水溶液，继续搅拌。将上述混合物室温反应持续25h。反应1h后，溶液变为亮黄色，表示银纳米粒子开始形成。最后产品的UV-vis吸附光谱测试结果显示了银单质粒子的表面等离子体的吸附。
实施例5：
将10mL0.1M硝酸银水溶液加入到40.0mL的0.2(wt)%羧甲基壳聚糖水溶液中。当上述组份分散均匀后，加入10mL0.1Mβ-D葡萄糖水溶液，继续搅拌。将上述混合物室温反应持续35h。反应1h后，溶液变为亮黄色，表示银纳米粒子开始形成。最后产品的UV-vis吸附光谱测试结果显示了银单质粒子的表面等离子体的吸附。
二、取得的产品鉴定结果：
1、银纳米粒子性能测试结果表：
从上表可见：银纳米胶体的Zeta电位处于-15.2~-19.2mV之间，可以通过静电排斥作用以及羧甲基壳聚糖的空间位阻作用得以稳定，银纳米粒子的粒径处于1.7~2.1纳米之间。
2、将实施例1取得的产品制成UV-vis吸附光谱图，如图1所示，最大吸附波长为422nm。测试结果显示了银单质粒子的表面等离子体的吸附。
3、图2为实施例1的TEM图，可见，粒子呈现规整的球形。粒径分布均匀，平均粒径为2nm。
4、图3为实施例1制备的银纳米胶体贮存6个月后的悬浮分散照片。结果表明银纳米粒子胶体呈现透明的亮黄色，可以长期贮存稳定。
5、图4至图6为实施例5制备的银纳米粒子的抗菌活性测试结果。
试验过程及材料：
（1）细菌培养：在经过高压灭菌的培养基中接种细菌，37℃培养12h以上。
（2）配置含不同浓度的纳米银的0.9%生理盐水溶液：在超净台中取20mL的0.9%生理盐水到50mL的无菌锥形瓶中，其中纳米银的浓度分别为8以及12ppm，对照试验为生理盐水。
（3）抗菌实验：
将准备好的菌液加入上述锥形瓶，37℃培养7h，后将锥形瓶中菌液涂布到固体培养基上，37℃培养过夜。计算菌落数，考察抗菌效果。
结果：其中图4为不加纳米银胶体的对比样；图5为添加8ppm纳米银胶体的试样；图6为添加12ppm纳米银胶体的试样。结果表明，不加纳米银胶体的对比样长满了黄色葡萄球菌，添加12ppm极低的纳米银胶体的试样可以达到完全抑菌的效果。

Claims (5)

1.银纳米粒子的一种合成方法，其特征在于：将硝酸银水溶液与羧甲基壳聚糖水溶液混合均匀，加入葡萄糖水溶液，形成混合体系，将混合体系在搅拌条件下室温进行反应，获得银纳米粒子。
2.根据权利要求1所述银纳米粒子的一种合成方法，其特征在于：所述硝酸银水溶液中硝酸银与葡萄糖水溶液中葡萄糖的混合摩尔比为1∶1。
3.根据权利要求1或2所述银纳米粒子的一种合成方法，其特征在于：所述混合体系中硝酸银、葡萄糖、羧甲基壳聚糖和蒸馏水的质量比为0.02827～0.2809∶0.02993～0.2974∶0.09984～0.1984∶100。
4.根据权利要求1或2或3所述银纳米粒子的一种合成方法，其特征在于：所述葡萄糖为β-D葡萄糖或L-葡萄糖。
5.根据权利要求1所述银纳米粒子的一种合成方法，其特征在于：所述反应时间为20～40小时。
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