CN106075470A - 金纳米片合成方法及金纳米片在乳腺癌诊疗方面的应用 - Google Patents

金纳米片合成方法及金纳米片在乳腺癌诊疗方面的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了金纳米片合成方法，属于金纳米片技术领域，包括如下步骤：1)合成单分散的二氧化硅纳米片；2)对单分散的二氧化硅纳米片进行表面修饰；3)二氧化硅纳米片对氯金酸离子的表面吸附；4)金纳米片/二氧化硅片复合材料的合成；5)刻蚀硬模板二氧化硅片，生成单分散的金纳米片。本发明的金纳米片合成方法为贵金属纳米材料的合成提供了一种新思路，本发明的方法合成的金纳米片在乳腺癌诊疗方面的应用，通过SERS增强进行信号放大来监测癌细胞，同时独有的近红外吸收功能，使金纳米片在乳腺癌治疗过程集监测和治疗一体，从而提高了此材料的应用价值。

Description

金纳米片合成方法及金纳米片在乳腺癌诊疗方面的应用
技术领域
本发明属于金纳米片技术领域，具体涉及金纳米片合成方法及金纳米片在乳腺癌诊疗方面的应用。
背景技术
近几年，贵金属纳米材料凭借其在催化、电子、化学传感方面的卓越性能受到越来越多人的关注。同时，也逐渐暴露出贵金属纳米颗粒的诸多不足，如较高的表面能、反应过程中易于团聚、资源有限且不再生。
为了优化贵金属自身性能以达到降低生产成本、提高资源利用率的目的，研究人员提出了两种方案，方案一是借助于可控生长，合成出多种多样的纳米颗粒，以增加贵金属自身的特性，如钯纳米片、金纳米牢笼都具有较多的活性位点。方案二是将纳米颗粒和无机材料相结合，如金属/二氧化硅、金属/金属有机框架、金属/碳，形成壳核结构，有效的阻止纳米颗粒的聚沉。但是，壳核结构也暴露出一个非常严重的问题，即催化剂的特性因无机材料包裹而出现降低或者隐藏，如催化剂较低的催化反应效率及SERS信号的减弱。
近些年，虽然贵金属纳米颗粒负载在各种各样的无机材料之中，但是至今没有贵金属纳米颗粒负载在二氧化硅片上的报道，尤其是二氧化硅纳米片的合成。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提供一种金纳米片合成方法，不但可以增加反应的速率，而且具有近红外吸收功能；本发明另一目的是公开金纳米片在乳腺癌诊疗方面的应用。
技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
金纳米片合成方法，包括如下步骤：
1)合成单分散的二氧化硅纳米片
取去离子水、氢氧化钠/氢氧化钾混合得到混合溶液，该混合溶液pH为12，之后依次滴加正硅酸四乙酯、乙酸乙酯，常温搅拌反应结束后，离心去除上清液，水洗、醇洗后得到单分散二氧化硅纳米片醇溶液；本步骤仅使用了单一溶剂水；
2)对单分散的二氧化硅纳米片进行表面修饰
向单分散的二氧化硅纳米片醇溶液中在搅拌条件下，滴加三氨丙基三乙氧基硅烷，室温反应至少24h；离心得到三氨丙基三乙氧基硅烷包裹的二氧化硅片，醇洗后分散在去离子水中，得到表面修饰的二氧化硅片；
合成的二氧化硅片大小尺寸均一，厚度在6nm以内，表面光滑、平整、致密。其次，再合成二氧化硅片的使用去离子水作为单一溶剂，摆脱了传统法中的双溶剂法，节约了资源，简化了反应步骤。
3)二氧化硅纳米片对氯金酸离子的表面吸附
将表面修饰的二氧化硅片和氯金酸常温搅拌后离心脱除多余的氯金酸，最终将吸附了AuCl4 -的二氧化硅纳米片分散在去离子水之中，得到吸附了氯金酸离子的二氧化硅片水溶液；此过程中，表面修饰了三氨丙基三乙氧基硅烷的二氧化硅纳米片，表面呈现正电性，离子吸附的关键在于离子间的静电吸引；
4)金纳米片/二氧化硅片复合材料的合成
将吸附了氯金酸离子的二氧化硅片水溶液、抗坏血酸水溶液混合常温搅拌，离心、水洗后，将离心底物分散在去离子水中，得到金纳米片/二氧化硅片复合材料；
5)刻蚀硬模板二氧化硅片，生成单分散的金纳米片
将金纳米片/二氧化硅片复合材料和HF酸溶液，常温搅拌后离心去除多余的HF酸，水洗后得到单分散的金纳米片。
步骤4)-5)中，合成的金纳米片使用硬模板二氧化硅片，弱还原剂抗坏血酸(AA酸)还原AuCl4 -生成单分散金纳米片，其尺寸约在110nm；在合成金纳米片的过程，无需使用额外的表面活性剂，极大降低了材料本身的毒性。
所述的氢氧化钠/氢氧化钾、正硅酸四乙酯、乙酸乙酯、三氨丙基三乙氧基硅烷和HF酸的摩尔比为1:3:7:0.5:0.6；HAuCl4和抗坏血酸的摩尔比为1:1。
步骤1)中，所述的搅拌反应时间为2.5h，离心转速为11000～13000r/min，时间为5～10min。
步骤3)中，所述的搅拌反应时间为4～6h，离心转速为12500r/min，时间为6～10min。
步骤4)中，所述的搅拌反应时间为2～3h，离心转速为12000～13000r/min，时间为5～8min。
步骤5)中，所述的搅拌反应时间为3h，离心转速为13000r/min，时间为5～10min。
所述的金纳米片合成方法合成的金纳米片在乳腺癌诊疗方面的应用。
工作原理：本发明是以二氧化硅纳米片为硬模板剂生成单分散的金纳米片，金纳米片颗粒相比于普通的立方体、双锥体贵金属纳米颗粒具备超大的比表面积及更好的SERS增强效果，此外同样为纳米颗粒，金纳米片具备金纳米球不具有的近红外吸收功能，相比于金纳米棒，金纳米片具有更大的比表面积、更高反应活性位及更明显的信号放大功能；在实际的应用当中，具备超大的比表面积的金纳米片不但可以增加反应的速率，而且二氧化硅片与金纳米片的结合进一步阻止了颗粒在生长过程中出现聚沉，同时金纳米片特有的近红外吸收功能，也能在肿瘤热疗方面得到应用。
通过先合成无机负载材料，之后通过缓慢的还原过程逐渐在无机材料二氧化硅片上生成金纳米片及刻蚀二氧化硅片的方法合成了新型金纳米片材料。这种新型材料中，金纳米片颗粒相比于普通的纳米立方、双锥体贵金属纳米颗粒具备超大的比表面积表明其具有更强的信号放大功能。在实际应用过程中，808激光器所发出来的激光可以直接在金纳米片表面进行光热转换且SERS信号的传出不需要承受来自无机材料所形成网格的阻挡，从而极大地提高了金纳米片的应用的效率。此外，二氧化硅片的全新独特设计在不影响贵金属纳米材料自身特性的同时还起到硬模板的作用，促进金纳米片的形成，类似于可控生长但是相比于条件苛刻的可控生长此合成方法相对比较简单而且不需要多余的配体，从而简化了反应过程。
有益效果：与现有技术相比，本发明的金纳米片合成方法为贵金属纳米材料的合成提供了一种新的思路，本发明的方法合成的金纳米片在乳腺癌诊疗方面的应用，通过SERS增强进行信号放大来监测癌细胞的同时独有的近红外吸收功能，使金纳米片在乳腺癌治疗过程集监测和治疗一体，从而提高了此材料的应用价值。
附图说明
图l是金纳米片/二氧化硅片的电镜图(TEM)、场发射扫描电镜图(SEM)、原子力显微镜图和二氧化硅片的能谱图(EDX)；
图2是经过APTS表面修饰的二氧化硅纳米片的透射电镜图(TEM)；
图3是金纳米片/二氧化硅片新型复合材料不同分辨率的透射电子显微镜图(TEM)及金纳米片的衍射图；
图4为制备的单分散金纳米片的TEM图；
图5为金纳米颗粒的SERS光谱图；
图6为金纳米片/二氧化硅片新型复合材料的近红外吸收UV-vis吸收光谱图、金纳米片/二氧化硅片新型复合材料的近红外光热效应温度和照射时间的关系图；
图7为金纳米片材料的细胞毒性测试图；
图8为金纳米片材料的体外细胞热疗过程的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。
化学反应原料如下，
正硅酸四乙酯(TEOS)；氢氧化钠；无水乙醇；乙酸乙酯；三氨丙基三乙氧基硅烷(APTS)；氯金酸(1％)；抗坏血酸(AA)；氢氟酸；去离子水是双重蒸馏水。以上试剂均为分析纯。
金纳米片复合材料的合成主要分为五步，首先是先合成二氧化硅纳米片；然后，对二氧化硅纳米片进行表面修饰；之后就是氯金酸离子在二氧化硅片的表面进行吸附并通过缓慢的还原作用促使金纳米片在二氧化硅片表面的生长；最终刻蚀掉二氧化硅片模板，从而可以得到单分散的金纳米片；其具体的操作步骤如下：
1)首先合成单分散的二氧化硅纳米片
取50mL的去离子水、0.35mL的2M氢氧化钠/氢氧化钾依次加入到单口圆底烧瓶，之后0.5mL正硅酸四乙酯缓慢滴加上述溶液中，1分钟后滴加0.5mL乙酸乙酯，在常温条件下，搅拌反应2.5小时。反应结束后，将上述溶液通过离心(11000～13000r/min，5～10min)去除上清液，之后水洗一次，醇洗一次；最终将离心底物分散在5mL的无水乙醇中，得到单分散二氧化硅纳米片；其中，氢氧化钠/氢氧化钾：正硅酸四乙酯：乙酸乙酯：APTS＝1:3:7:0.5(摩尔比)；
如图1所示，图1(a)是金纳米片/二氧化硅片的电镜图(TEM)，图l(b)场发射扫描电镜图(SEM)，图l(c)原子力显微镜图，图l(d)二氧化硅片的能谱图(EDX)；图l(a)、图1(b)可以看出二氧化硅纳米片的表面光滑致密，存在轻微褶皱；图1(c)分析纳米片厚度的原子力显微镜图，可以看出二氧化硅纳米片表面光滑，厚度相对比较均匀且二氧化硅纳米片的厚度小于6nm，图1(d)能谱图进一步证明了二氧化硅纳米片的合成；
2)用APTS对单分散的二氧化硅纳米片进行表面修饰
将步骤1)中二氧化硅片醇溶液5mL加入到25mL单口圆底烧瓶中，之后再搅拌条件下，滴加70uL三氨丙基三乙氧基硅烷(APTS)，在室温条件下反应至少24h；最后，通过离心(12000～13500r/min，5～10min)去除上清液得到APTS包裹的二氧化硅片，醇洗两次后分散在5mL去离子水之中，得到表面修饰的二氧化硅片，备用。由图2可以看出，经过表面修饰的二氧化硅片依然能保持原来的形貌，表明其较好的稳定性；
3)二氧化硅纳米片对氯金酸离子的表面吸附
室温条件下，向25mL单口圆底烧瓶中依次加入5mL经APTS表面修饰的二氧化硅片水溶液、0.5mL氯金酸(HAuCl4，1％)，之后常温搅拌4～6h，之后借助离心(12500r/min，6～10min)水洗一次以除去多余的HAuCl4，最终将吸附了AuCl4 -的二氧化硅纳米片分散在5mL去离子水之中，备用。此过程中，表面修饰了APTS的二氧化硅纳米片，表面呈现正电性，离子吸附的关键在于离子间的静电吸引；
4)金纳米片/二氧化硅片复合材料的合成
将5mL吸附了氯金酸离子的二氧化硅片水溶液、0.2mL0.1M的抗坏血酸水溶液(AA酸)依次加入到25mL单口圆底烧瓶，并且快速搅拌2min，之后该反应溶液继续在室温条件下搅拌2～3h。最后，将上述溶液离心(12000～13000r/min，5～8min)去掉上清液，水洗一次后，将离心底物重新分散在5mL去离子水中，使其浓度为0.1mg/mL。最终的复合材料通过TEM图得到验证，如图3(a)、图3(b)可以得知金纳米片在二氧化硅片表面生成，图3(c)是金颗粒的衍射图；
步骤3)和步骤4)中，HAuCl4：抗坏血酸＝1:1(摩尔比)；
5)刻蚀硬模板二氧化硅片，生成单分散的金纳米片
向25mL的单口圆底烧瓶中一次加入5mL，0.1mg/mL金纳米片/二氧化硅片新型复合材料及150uL HF酸溶液，常温条件下温和搅拌3h。最后通过离心(13000r/min，5～10min)，去除多余的HF酸，之后水洗一次，最终把单独的金纳米片分散于3mL去离子水之中；其中，正硅酸四乙酯：HF酸＝5:1(摩尔比)；
图4为制备的单分散金纳米片的TEM图。图5为金纳米颗粒的SERS光谱图。
如图6所示，图6(a)为金纳米片的UV-vis图，从紫外可见光谱图可以看出，此材料的最大吸收峰的位置在840nm处，正好符合肿瘤热疗的要求；图6(b)体外光热效应的测定，即在808激光器照射下照射时间和温度的关系图，进一步说明了此新型纳米材料是可以应用于癌细胞的热疗。
图7为金纳米片材料的细胞毒性测试实验图，表明该材料具有较好的生物相容性。
图8体外细胞热疗过程的示意图表明金纳米片在肿瘤热疗方面具有较好应用价值，其中图8(a)为对照组，未吞噬金纳米片的乳腺癌细胞用808激光器(5W)照射；图8(b)组为实验组，吞噬了金纳米片的乳腺癌细胞，其中对照组和实验组经808激光器(5W)照射相同的时间后，通过加入染色剂-钙黄绿素Am/碘化丙啶(用于检测活细胞/死细胞的试剂盒)来检测细胞的凋亡情况(细胞用的是人体乳腺癌细胞，MCF-7，亮点代表细胞是活的，暗点代表细胞已经死亡)。

Claims (7)

1.金纳米片合成方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)合成单分散的二氧化硅纳米片
取去离子水、氢氧化钠/氢氧化钾混合得到混合溶液，该混合溶液pH为12，之后依次滴加正硅酸四乙酯、乙酸乙酯，常温搅拌。反应结束后，离心去除上清液，水洗、醇洗后得到单分散二氧化硅纳米片醇溶液；
2)对单分散的二氧化硅纳米片进行表面修饰
在搅拌条件下，向单分散的二氧化硅纳米片醇溶液中，滴加三氨丙基三乙氧基硅烷，室温反应至少24h；离心得到三氨丙基三乙氧基硅烷包裹的二氧化硅片，醇洗后分散在去离子水中，得到表面修饰的二氧化硅片；
3)二氧化硅纳米片对氯金酸离子的表面吸附
将表面修饰的二氧化硅片和氯金酸常温搅拌后离心脱除多余的氯金酸，最终将吸附了AuCl4 -的二氧化硅纳米片分散在去离子水之中，得到吸附了氯金酸离子的二氧化硅片水溶液；
4)金纳米片/二氧化硅片复合材料的合成
将吸附了氯金酸离子的二氧化硅片水溶液、抗坏血酸水溶液混合常温搅拌，离心、水洗后，将离心底物分散在去离子水中，得到金纳米片/二氧化硅片复合材料；
5)刻蚀硬模板二氧化硅片，生成单分散的金纳米片
将金纳米片/二氧化硅片复合材料和HF酸溶液常温搅拌后，离心去除多余的HF酸，水洗后得到单分散的金纳米片。
2.根据权利要求1所述的金纳米片合成方法，其特征在于：所述的氢氧化钠/氢氧化钾、正硅酸四乙酯、乙酸乙酯、三氨丙基三乙氧基硅烷和HF酸的摩尔比为1:3:7:0.5:0.6；HAuCl4和抗坏血酸的摩尔比为1:1。
3.根据权利要求1所述的金纳米片合成方法，其特征在于：步骤1)中，所述的搅拌反应时间为2.5h，离心转速为11000～13000r/min，时间为5～10min。
4.根据权利要求1所述的金纳米片合成方法，其特征在于：步骤3)中，所述的搅拌反应时间为4～6h，离心转速为12500r/min，时间为6～10min。
5.根据权利要求1所述的金纳米片合成方法，其特征在于：步骤4)中，所述的搅拌反应时间为2～3h，离心转速为12000～13000r/min，时间为5～8min。
6.根据权利要求1所述的金纳米片合成方法，其特征在于：步骤5)中，所述的搅拌反应时间为3h，离心转速为13000r/min，时间为5～10min。
7.权利要求1～6中任意一项所述的金纳米片合成方法合成的金纳米片在乳腺癌诊疗方面的应用。
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