CN107234238A - 一种核壳结构Au@Co(OH)2纳米微球的制备方法 - Google Patents

一种核壳结构Au@Co(OH)2纳米微球的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种核壳结构Au@Co(OH)2纳米微球的制备方法。所述Au@Co(OH)2纳米微球采用金纳米簇（Au NCs）作为内核，基于Au NCs表面稳定剂牛血清白蛋白（BSA）上丰富的组氨酸能与Co2+间发生螯合作用的机理，于Au NCs溶液中多次缓慢加入Co(NO3)2溶液，并以氨水作为络合剂，在弱碱性条件下，通过液相化学沉淀包覆法，在Au NCs表面沉积Co(OH)2壳层，制备得到Au@Co(OH)2纳米微球。本发明制备Au@Co(OH)2纳米微球的反应条件温和、可重复性高。该纳米微球具有作为近红外荧光‑磁共振双模态成像探针的潜在应用价值。

Description

一种核壳结构Au@Co(OH)2纳米微球的制备方法
技术领域
本发明涉及一种核壳结构Au@Co(OH)2纳米微球的制备方法，特别涉及荧光强度、Co(OH)2壳层厚度及磁饱和强度可调控的纳米微球的制备方法。
背景技术
荧光与磁共振成像在生物医学领域都具有重要的作用(G. N Wang, Scientific Reports, 2016, 6, 28258)。然而，各种成像模式都有其优点及缺陷。单模态成像探针所获得的信号并不能满足临床生物医学诊断中对准确性的高度需求。多模态成像探针可以将几种成像模式的优势集合起来，从而实现准确、快速的疾病诊断和治疗。因此，制备兼具荧光及磁性的纳米复合微球，对于开发双模态成像探针具有迫切的必要性。
金纳米簇(Au@BSA NCs)是一种新兴的纳米荧光材料。由于其超小的尺寸，良好的生物相容性，近红外荧光发射，发射光谱窄、峰形对称等特点 (J. P. Xie, J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 888–889)，正广泛地作为探针应用于生物荧光成像领域。然而，到目前为止，对于以荧光Au NCs为核，制备兼具荧光及磁性的纳米复合微球的研究工作还相对较少，一定程度上限制了荧光-磁性纳米微球在生物医学成像领域的应用。
发明内容
本发明旨在提供一种核壳结构Au@Co(OH)2纳米微球的制备方法及通过该方法所得产品。该本发明提供的核壳结构Au@Co(OH)2纳米微球的荧光强度及磁饱和强度可控，并且制备方法过程简单、可重复性高、条件温和。
本发明提供了一种核壳结构Au@Co(OH)2纳米微球的制备方法，首先采用Au NCs作为优良的荧光信号源，在pH为7.5-9.5的条件下，以氨水作为络合剂，往Au NCs水溶液中缓慢滴加Co(NO3)2溶液，从而在Au NCs表面沉积得到Co(OH)2壳层，得到核壳结构Au@Co(OH)2纳米微球。
上述制备方法具体包括以下步骤：
①金纳米簇的合成：将反应容器用王水、乙醇、二次蒸馏水依次洗涤后，先加入牛血清白蛋白溶液，再加入氯金酸溶液并搅拌，控制反应温度为35℃-40℃，2分钟后加入氢氧化钠溶液，反应进行12h-18h后得到Au@BSA NCs溶液，所得产物透析36h-48h，从而去除未反应的BSA及NaOH；
②Au@Co(OH)2纳米微球的合成：将上述步骤①制备所得Au@BSA NCs原液用去离子水稀释5-15倍，随后加入稀氨水调节溶液pH为弱碱性（7.5-9.5），随后采用微量进样器移取Co(NO3)2溶液并缓慢滴加到Au NCs溶液中（滴加速度控制为50μL/min -100μL/min），以防止Au@BSA NCs发生局部聚集现象；滴加完毕后混合溶液反应2~4小时得到核壳结构Au@Co(OH)2纳米微球。通过控制Co(NO3)2溶液的浓度及总加入时间，实现对Co(OH)2壳层厚度的调控。
上述制备方法中，所述金纳米簇Au@BSA NCs的合成中，氯金酸溶液的浓度为5-20mM，牛血清白蛋白溶液浓度为30-50mg/mL，氢氧化钠溶液浓度为0.5-1.0mol/L；氯金酸溶液、牛血清白蛋白溶液与氢氧化钠溶液的体积比为5~10:10:1。
上述制备方法中，所述Au@Co(OH)2纳米微球的合成中，所用Au NCs的浓度为0.01-3.0 mg/mL，氨水浓度为1.0-5.0mM、Co(NO3)2溶液的浓度为1.0 -10.0 μM。
上述制备方法中，所述Au@Co(OH)2纳米微球的合成中，Au NCs、氨水、Co(NO3)2溶液的体积比为1:0.2~0.5:5~50，反应温度为20℃-30℃。
本发明提供了一种根据上述方法制备得到的核壳结构Au@Co(OH)2纳米微球。
本发明利用Au NCs表面稳定剂BSA上丰富的组氨酸会与Co2+间发生强螯合作用，在Au NCs水溶液中缓慢滴加Co(NO3)2溶液，以氨作为络合剂，于弱碱性条件下，通过液相化学沉淀包覆的方法在Au NCs表面包覆了一层Co(OH)2壳层，其反应方程式如下：
Co2+ + nNH3 + (n-6) H2O→ [Co(NH3)nH2O(n-6)]2+
[Co(NH3)nH2O(n-6)]2++2OH-+ 6H2O →Co(OH)2↓+ nNH3·H2O
Co2+先与NH3发生络合反应，然后钴氨络合物缓慢释放出Co2+与OH-1反应生成Co(OH)2，根据结晶学原理，当体系的Co(OH)2浓度超过其非均质形核的过饱和度时，Co(OH)2便会在AuNCs表面形核并长大，随着反应时间的延长，Au NCs表面便会均匀的包覆上Co(OH)2层。本发明制备所得Au@Co(OH)2纳米微球兼具优良的近红外荧光及磁性，有望被发展为近红外荧光-磁共振双模态成像探针。
本发明的有益效果：
1）本发明制备Au@Co(OH)2纳米微球的方法过程简单、可重复性高，条件温和；
2）通过控制Au NCs溶液的浓度，可实现对Au@Co(OH)2纳米微球的荧光强度调控；通过控制Co(NO3)2的加入浓度及总加入时间，可实现对Co(OH)2壳层厚度及磁饱和强度的调控；
3）在Au NCs表面形成磁性包覆层后，可以钝化其表面缺陷，对其荧光发射性能起到保护作用，并可赋予其磁性功能，拓宽了Au NCs的应用范围。
附图说明
图1是实施例1中所制备的Au NCs在高分辨透射电子显微镜下的照片。
图2是具有不同Co(OH)2壳层厚度的Au@Co(OH)2纳米微球的荧光光谱图。
图3是实施例1中制备所得Au@Co(OH)2纳米微球的磁化曲线。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
实施例1：一种核壳结构Au@Co(OH)2纳米微球的制备方法
具体制备过程包括如下步骤：
①金纳米簇（Au@BSA NCs）的合成：将反应容器用王水、乙醇、二次蒸馏水依次洗涤后，先加入1mL浓度为50mg/mL的牛血清白蛋白（BSA）溶液，再加入1mL浓度为10mM的氯金酸（HAuCl4）溶液并搅拌（37℃），2分钟后，加入0.1mL浓度为1.0mol/L的氢氧化钠（NaOH）水溶液，反应进行12h后得到Au@BSA NCs溶液，所得产物透析48h，去除未反应的BSA及NaOH；
②Au@Co(OH)2纳米微球的合成：取上述步骤①制备所得Au@BSA NCs原液1.0mL，用去离子水稀释15倍，搅拌均匀后，往锥形瓶中加入0.2mL浓度为1.0mM的稀NH3﹒H2O，调节溶液PH约9.0，再采用微量进样器移取浓度为2.0μM 的Co(NO3)2溶液5mL，缓慢滴加入上述溶液中。为了防止Au@BSA NCs发生局部聚集现象，Co(NO3)2溶液的滴加速度控制为50μL/min，滴加总时间控制为100min，随后，该混合溶液在25℃下继续反应2h，得到Au@Co(OH)2纳米微球。
实施例2：一种核壳结构Au@Co(OH)2纳米微球的制备方法
实验条件和操作步骤与实施例1部分相同，改变的条件如下：
取上述步骤①制备所得Au@BSA NCs原液1.0mL，用去离子水稀释10倍，搅拌均匀后，往锥形瓶中加入0.3mL浓度为3.0mM的稀NH3﹒H2O，调节溶液PH约9.0左右，再采用微量进样器移取浓度5.0μM的Co(NO3)2溶液5mL，缓慢滴加入上述溶液中。为了防止Au@BSA NCs发生局部聚集现象，Co(NO3)2溶液的滴加速度控制为80μL/min，滴加总时间控制为63min，随后，该混合溶液在25℃下继续反应3h，得到Au@Co(OH)2纳米微球。。
实施例3：一种核壳结构Au@Co(OH)2纳米微球的制备方法
实验条件和操作步骤与实施例1部分相同，改变的条件如下：
取上述步骤①制备所得Au@BSA NCs原液1.0mL，用去离子水稀释5倍，搅拌均匀后，往锥形瓶中加入0.5mL浓度为5.0mM的稀NH3﹒H2O，调节溶液PH约9.0左右，再采用微量进样器移取浓度为8.0μM 的Co(NO3)2溶液10mL，缓慢滴加入上述溶液中。为了防止Au@BSA NCs发生局部聚集现象，Co(NO3)2溶液的滴加速度控制为100μL/min，滴加总时间控制为100min，随后，该混合溶液在25℃下继续反应4h，得到Au@Co(OH)2纳米微球。
如图1所示为实施例1中所制备的Au@BSA NCs，其金核粒径约为 1.0nm，但其表面稳定剂BSA因分子密度小，因此在TEM中并不能明显观察到。
如图2所示，用荧光分光光度计测定实施例1~3制备所得的Au@Co(OH)2纳米微球的荧光光谱图（荧光分光光度计：Horiba，日本，FluoroMax-4；激发狭缝10nm，发射狭缝10nm，激发波长设定在400nm，在450-750nm范围内记录荧光发射光谱的实验数据，光电培增管的电压为950V）。如图2中所示：曲线（1）所对应即为按照实施例1的步骤制备所得Au@Co(OH)2纳米微球的荧光光谱图；曲线（2）所对应即为按照实施例2的步骤制备所得Au@Co(OH)2纳米微球的荧光光谱图；曲线（3）所对应即为按照实施例3的步骤制备所得Au@Co(OH)2纳米微球的荧光光谱图。
如图3所示即为按照实施例1的步骤制备所得Au@Co(OH)2纳米微球的磁化曲线。用物性测量系统（Quantum Design，美国，PPMS）测试制备所得的Au@Co(OH)2纳米微球的磁化曲线及饱和磁化强度，在2-300 K的温度范围（温控精确度±1%）、磁场从0.5-9特斯拉。

Claims (7)

1. 一种核壳结构Au@Co(OH)2纳米微球的制备方法，其特征在于：首先采用Au NCs作为优良的荧光信号源，在pH为7.5-9.5的条件下，往Au NCs水溶液中多次缓慢滴加Co(NO3)2溶液，以氨水作为络合剂，从而在Au NCs表面沉积Co(OH)2壳层，制备得到核壳结构Au@Co(OH)2纳米微球。
2.根据权利要求1所述的核壳结构Au@Co(OH)2纳米微球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
①金纳米簇的合成：将反应容器用王水、乙醇、二次蒸馏水依次洗涤后，先加入牛血清白蛋白溶液，再加入氯金酸溶液并搅拌，控制反应温度为35℃-40℃，2分钟后加入氢氧化钠溶液，反应进行12h-18h后得到Au@BSA NCs溶液，所得产物透析36h-48h，从而去除未反应的BSA及NaOH；
②Au@Co(OH)2纳米微球的合成：将上述步骤①制备所得Au NCs原液用去离子水稀释5-15倍，随后加入稀氨水调节溶液pH为7.5-9.5，再采用微量进样器移取Co(NO3)2溶液并缓慢滴加到该溶液中，随后，混合溶液继续反应2-4h，得到核壳结构Au@Co(OH)2纳米微球。
3.根据权利要求2所述的核壳结构Au@Co(OH)2纳米微球的制备方法，其特征在于：所述步骤②中Co(NO3)2溶液的滴加速度控制在50μL/min -100μL/min。
4.根据权利要求2所述的核壳结构Au@Co(OH)2纳米微球的制备方法，其特征在于：所述金纳米簇的合成中，氯金酸溶液的浓度为5-20mM，牛血清白蛋白溶液浓度为30-50mg/mL，氢氧化钠溶液浓度为0.5-1.0mol/L；氯金酸溶液、牛血清白蛋白溶液与氢氧化钠溶液的体积比为5~10:10:1。
5.根据权利要求2所述的核壳结构Au@Co(OH)2纳米微球的制备方法，其特征在于：所述Au@Co(OH)2纳米微球的合成中，所用Au NCs的浓度为0.01-3.0 mg/mL，氨水浓度为1.0-5.0mmol/L、Co(NO3)2溶液的浓度为1.0 -10.0 μmol/L。
6.根据权利要求2所述的核壳结构Au@Co(OH)2纳米微球的制备方法，其特征在于：所述Au@Co(OH)2纳米微球的合成中，Au NCs、氨水、Co(NO3)2溶液的体积比为1:0.2~0.5:5~50，反应温度为20℃-30℃。
7.一种采用权利要求1~6任一项所述的核壳结构Au@Co(OH)2纳米微球的制备方法制备得到的核壳结构Au@Co(OH)2纳米微球。
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