CN108247041A - 一种Au@Ag核壳结构纳米材料、制备方法及降低细胞毒性的方法 - Google Patents

一种Au@Ag核壳结构纳米材料、制备方法及降低细胞毒性的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种Au@Ag核壳结构纳米材料、制备方法及降低细胞毒性的方法，属于纳米材料技术领域。解决现有的Ag纳米粒子生物安全性差的问题。该纳米材料是以Au纳米颗粒为核，加入硝酸银还原制备得到Au@Ag核壳纳米粒子；所述的Au@Ag核壳纳米粒子的厚度分别为2.4、5.1、7.9和10.1nm。本发明还提供一种Au@Ag核壳结构纳米材料的制备方法。本发明还提供上述Au@Ag核壳结构纳米材料降低细胞毒性的方法。本发明的纳米材料可以降低Ag纳米粒子生物毒性，提高其生物安全性。

Description

一种Au@Ag核壳结构纳米材料、制备方法及降低细胞毒性的 方法
技术领域
本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种Au@Ag核壳结构纳米材料、制备方法及降低细胞毒性的方法。
背景技术
银(Ag)纳米粒子在电学、光学和催化等众多方面具有优异的性能，也同时被广泛应用于医疗保健、食品、化妆品、纺织品及其他各种生活日用品等领域。然而，由于Ag纳米粒子具有一定的生物毒性，随着人们在日常生活中接触到Ag纳米粒子的机会越来越多(如Ag功能化纺织品及塑料制品、食物储存盒、抗菌厨具、保鲜袋等)，Ag纳米粒子能够通过呼吸道、消化道、皮肤甚至生殖道等途径进入机体，从而引发毒副作用；在医学领域，纳米Ag产品可直接应用于人体，与皮肤、血液接触，同样引发毒副作用。总之，Ag纳米粒子可对生物有机体产生毒性，我们在应用的同时要降低其生物毒性，最大程度地减少甚至避免对我们的损害。
Ag纳米粒子引起细胞毒性是由于其表面易于释放的Ag离子能够对细胞中多种细胞器、蛋白和核酸产生损伤。因此，控制Ag离子的释放是设计安全性Ag纳米粒子的关键所在。Ag离子从Ag纳米粒子表面的释放首先要满足表面Ag原子的电子的失去，如果Ag纳米粒子表面富含电子，则形成Ag离子的能力就会显著降低，释放Ag离子的能力也就降低了。而通常使用的纳米材料的安全性设计主要是在纳米粒子表面包覆一些生物分子或者聚合物分子以改变纳米粒子的表面性质从而降低Ag离子的释放。通过在Ag纳米粒子内部嵌入其他金属能够实现对Ag纳米粒子表面持续的电子补偿，从而降低Ag离子的形成能力，同时不改变Ag原有的等离子体性质，满足其在电学和光学等领域的应用。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的Ag纳米粒子生物安全性差的问题，而提供一种Au@Ag核壳结构纳米材料，Au@Ag核壳结构纳米材料制备方法及降低细胞毒性的方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案具体如下：
本发明首先提供一种Au@Ag核壳结构纳米材料，该纳米材料是以Au纳米颗粒为核，加入硝酸银还原制备得到Au@Ag核壳纳米粒子；
所述的Au@Ag核壳纳米粒子的厚度分别为2.4、5.1、7.9和10.1nm。
本发明还提供一种Au@Ag核壳结构纳米材料的制备方法，该方法包括：
步骤一：将氯金酸水溶液加入到沸腾的水中，混合均匀，然后加入柠檬酸钠溶液，反应，得到金纳米球；
步骤二：将步骤一得到的金纳米球和柠檬酸钠溶液混合，搅拌加热至沸腾后加入硝酸银溶液沸腾反应，得到Au@Ag核壳结构纳米材料；
所述的氯金酸水溶液和硝酸银溶液的体积比分别为474：410、474：660、474：910、474：1160。
优选的是，所述的步骤一氯金酸水溶液的浓度为0.01mol/L。
优选的是，所述的步骤一柠檬酸钠溶液的浓度为0.01mol/L。
优选的是，所述的步骤一的反应时间为10-30分钟。
优选的是，所述的步骤一的氯金酸水溶液和柠檬酸钠溶液的体积比为0.474：8。
优选的是，所述的步骤二中硝酸银溶液的浓度为4mmol/L。
优选的是，所述的步骤二柠檬酸钠溶液的浓度为0.01mol/L。
优选的是，所述的步骤二的反应时间为10-30分钟。
本发明还提供上述Au@Ag核壳结构纳米材料降低细胞毒性的方法，包括以下步骤：
步骤1、细胞培养：
分别用1640培养基和DMEM培养基培养人支气管上皮细胞和小鼠巨噬细胞，每隔一天换一次液，细胞在培养瓶长成致密单层后，用胰酶消化进行传代；
步骤2、纳米粒子配制：
将合成得到的不同壳层厚度的Au@Ag核壳结构纳米材料和Ag纳米粒子，用电感耦合等离子体发射光谱仪定量，然后分别计算其颗粒个数，分别用1640培养基和DMEM培养基配置成3.5*1012的纳米粒子的溶液；
步骤3、细胞毒性测试：
将配制好的粒子数为3.5*1012的Au，Au@Ag核壳结构纳米粒子和Ag纳米粒子加入1640培养基或DMEM培养基中，分别对其对倍稀释得到粒子数分别为1.75,0.88,0.44,0.22,0.11,0.06,0.03,0.15,0.008,0(*1010)的溶液，各取100uL加入到96孔板，其中每孔重复三次，24h后每孔加20uL[3-(4,5-二甲基吡啶-2-基)-5-(3-羧基甲氧基苯基)-2-(4-磺苯基)-2氢-四唑](MTS)溶液，培养箱孵育1-3小时后在摇床上混匀，在酶联检测仪上检测490nm处的吸收值，绘制细胞存活曲线。
本发明的有益效果
本发明提供一种Au@Ag核壳结构纳米材料及其制备方法，该纳米材料是以Au纳米颗粒为核，加入不同摩尔量的硝酸Ag还原制备出不同壳层厚度的Au@Ag核壳纳米粒子；所述的Au@Ag核壳纳米粒子的厚度分别为2.4、5.1、7.9和10.1nm。
由于Au比Ag具有更大的功函，电负性强，吸电子，所以Ag壳中的Ag原子易于失去电子并流向Au核，然而合理的调节Ag壳的尺寸能够使得Ag壳在将电子传递向Au核的同时Au核能够向Ag壳产生电子补偿效应，使得Ag壳反而得到电子补偿，表面富含电子，从而形成Ag离子的能力就会显著降低，释放Ag离子的能力也就降低了，因此可以降低Ag纳米粒子生物毒性，提高其生物安全性。
附图说明
图1分别为实施例1-4制备得到的Au纳米球，Au@Ag2.4，Au@Ag5.1，Au@Ag7.9，Au@Ag10.1粒子和对比例1得到的Ag纳米粒子的紫外-可见吸收光谱图；
图2分别为实施例1-4制备得到的Au纳米球，Au@Ag2.4，Au@Ag5.1，Au@Ag7.9，Au@Ag10.1粒子和对比例1得到的Ag纳米粒子的粒径分布图；
图3分别为实施例1-4制备得到的Au纳米球，Au@Ag2.4，Au@Ag5.1，Au@Ag7.9，Au@Ag10.1粒子和对比例1得到的Ag纳米粒子用于BEAS-2B细胞毒性分析检测结果；
图4分别为实施例1-4制备得到的Au纳米球，Au@Ag2.4，Au@Ag5.1，Au@Ag7.9，Au@Ag10.1粒子和对比例1得到的Ag纳米粒子用于Raw 264.7细胞毒性分析检测结果。
具体实施方式
本发明首先提供一种Au@Ag核壳结构纳米材料，该纳米材料是以Au纳米颗粒为核，加入硝酸银还原制备得到Au@Ag核壳纳米粒子；
所述的Au@Ag核壳纳米粒子的厚度分别为2.4、5.1、7.9和10.1nm，记为Au@Ag2.4，Au@Ag5.1，Au@Ag7.9，Au@Ag10.1。
本发明还提供一种Au@Ag核壳结构纳米材料的制备方法，该方法包括：
步骤一：将氯金酸水溶液加入到沸腾的水中，混合均匀，然后加入柠檬酸钠溶液，反应，用蒸馏水离心洗涤，倾去上清溶液，得到金纳米球；所述的氯金酸水溶液的浓度优选为0.01mol/L；所述的柠檬酸钠溶液的浓度优选为0.01mol/L；所述的氯金酸水溶液和柠檬酸钠溶液的体积比优选为0.474：8；
所述的反应是在沸腾条件下进行，反应温度优选为100℃，反应时间优选为10-30分钟，更优选为15分钟；
步骤二：将步骤一得到的金纳米球和柠檬酸钠溶液混合，搅拌加热至沸腾后加入硝酸银溶液沸腾反应，离心分离，将沉淀物用超纯水清洗三次后，得到Au@Ag核壳结构纳米材料；所述的硝酸银溶液的浓度优选为4mmol/L；所述的柠檬酸钠溶液的浓度优选为0.01mol/L；所述的搅拌速度优选为350rpm；所述的反应温度优选为100℃，反应时间优选为10-30分钟，更优选为15分钟；所述的氯金酸水溶液和硝酸银溶液的体积比分别为474：410、474：660、474：910、474：1160。
本发明还提供上述Au@Ag核壳结构纳米材料降低细胞毒性的方法，包括以下步骤：
步骤1、细胞培养：
分别用1640培养基(含10％胎牛血清)和DMEM培养基(含10％胎牛血清)培养人支气管上皮细胞(BEAS-2B)和小鼠巨噬细胞(Raw-264.7)，每隔一天换一次液，细胞在培养瓶长成致密单层后，用胰酶消化进行传代(再培养)；
步骤2、纳米粒子配制：
将合成得到的不同壳层厚度的Au@Ag核壳结构纳米材料和Ag纳米粒子，用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)定量，然后分别计算其颗粒个数，分别用1640培养基和DMEM培养基配置成3.5*1012的纳米粒子的溶液；
步骤3、细胞毒性测试：
将配制好的粒子数为3.5*1012的Au，Au@Ag核壳结构纳米粒子和Ag纳米粒子加入1640培养基或DMEM培养基中，分别对其对倍稀释得到粒子数分别为1.75,0.88,0.44,0.22,0.11,0.06,0.03,0.15,0.008,0(*1010)的溶液，各取100uL加入到96孔板，其中每孔重复三次，24h后每孔加20uL[3-(4,5-二甲基吡啶-2-基)-5-(3-羧基甲氧基苯基)-2-(4-磺苯基)-2氢-四唑](MTS)溶液，培养箱孵育1-3小时后在摇床上混匀，在酶联检测仪上检测490nm处的吸收值，绘制细胞存活曲线。
实施例1Au@Ag2.4的合成
474uL 0.01mol/L的氯金酸水溶液加入到9mL沸腾(100℃)的水中，混合均匀，向其中一次性加入8mL 0.01mol/L的柠檬酸钠溶液，沸腾反应15分钟后，用蒸馏水离心洗涤，倾去上清溶液，得到Au纳米球；
取上述金溶胶，向其中加入2mL 0.01mol/L的柠檬酸钠溶液，在350rpm的搅拌速度下加热至100℃后缓慢滴加410uL 4mmol/L的硝酸银溶液，沸腾反应15分钟后，离心分离，将沉淀物用超纯水清洗三次后，即得到Au@Ag2.4核壳结构纳米粒子。
实施例2Au@Ag5.1的合成
474uL 0.01mol/L的氯金酸水溶液加入到9mL沸腾(100℃)的水中，混合均匀，向其中一次性加入8mL 0.01mol/L的柠檬酸钠溶液，沸腾反应15分钟后，用蒸馏水离心洗涤，倾去上清溶液，得到Au纳米球；
取上述金溶胶，向其中加入2mL 0.01mol/L的柠檬酸钠溶液，在350rpm的搅拌速度下加热至100℃后缓慢滴加660uL 4mmol/L的硝酸银溶液，沸腾反应15分钟后，离心分离，将沉淀物用超纯水清洗三次后，即得到Au@Ag5.1核壳结构纳米粒子。
实施例3Au@Ag7.9的合成
474uL 0.01mol/L的氯金酸水溶液加入到9mL沸腾(100℃)的水中，混合均匀，向其中一次性加入8mL 0.01mol/L的柠檬酸钠溶液，沸腾反应15分钟后，用蒸馏水离心洗涤，倾去上清溶液，得到Au纳米球；
取上述金溶胶，向其中加入2mL 0.01mol/L的柠檬酸钠溶液，在350rpm的搅拌速度下加热至100℃后缓慢滴加910uL 4mmol/L的硝酸银溶液，沸腾反应15分钟后，离心分离，将沉淀物用超纯水清洗三次后，即得到Au@Ag7.9核壳结构纳米粒子。
实施例4Au@Ag10.1的合成
474uL 0.01mol/L的氯金酸水溶液加入到9mL沸腾(100℃)的水中，混合均匀，向其中一次性加入8mL 0.01mol/L的柠檬酸钠溶液，沸腾反应15分钟后，用蒸馏水离心洗涤，倾去上清溶液，得到Au纳米球；
取上述金溶胶，向其中加入2mL 0.01mol/L的柠檬酸钠溶液，在350rpm的搅拌速度下加热至100℃后缓慢滴加1160uL 4mmol/L的硝酸银溶液，沸腾反应15分钟后，离心分离，将沉淀物用超纯水清洗三次后，即得到Au@Ag10.1核壳结构纳米粒子。
对比例1Ag纳米球的合成
500mL 0.01mol/L的硝酸银水溶液中加热到沸腾，向其中一次性加入4mL0.01mol/L的柠檬酸钠溶液，保持沸腾15后自然冷却待用，再用纯水离心两次即可获得49nm的Ag纳米球。
图1分别为实施例1-4制备得到的Au纳米球，Au@Ag2.4，Au@Ag5.1，Au@Ag7.9，Au@Ag10.1粒子和对比例1得到的Ag纳米粒子的紫外-可见吸收光谱图；从图中可以看出，26.5nm Au纳米球的吸收峰位于520nm处，49nm Ag纳米球的吸收峰位于415nm处，当Ag壳的厚度增加时，Au核的吸收峰蓝移，并且出现一个新的吸收峰，当Ag壳的厚度增加到7.9nm时，Ag的吸收峰变得更强，而Au的吸收峰逐渐消失，再增加Ag壳的厚度到达10.1nm时，主要变为Ag的吸收峰。因此Au@Ag核壳结构的吸收峰会随着两种金属的作用变化而产生位移。
图2分别为实施例1-4制备得到的Au纳米球，Au@Ag2.4，Au@Ag5.1，Au@Ag7.9，Au@Ag10.1粒子和对比例1得到的Ag纳米粒子的粒径分布图；从图中可以看出，此种方法可以成功的合成Au纳米球，Au@Ag2.4，Au@Ag5.1，Au@Ag7.9，Au@Ag10.1粒子和Ag纳米粒子。
实施例5细胞毒性测试
分别培养两种细胞，人支气管上皮细胞(BEAS-2B)和小鼠巨噬细胞(Raw-264.7)分别用1640培养基(含10％胎牛血清)和DMEM培养基(含10％胎牛血清)，每隔一天换一次液，细胞在培养瓶长成致密单层后，用胰酶消化进行传代(再培养)；
将实施例1-4和对比例1制备的Au，Au@Ag核壳结构纳米材料Au@Ag2.4，Au@Ag5.1，Au@Ag7.9，Au@Ag10.1和Ag纳米颗粒，用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)定量，然后分别计算其颗粒个数，分别用1640培养基和DMEM培养基配置成3.5*1012的纳米粒子的溶液。
将配制好的粒子数为3.5*1012的Au，Au@Ag核壳结构和Ag纳米粒子加入1640培养基(BEAS-2B细胞)或DMEM培养基(Raw 264.7细胞)中，分别对其对倍稀释得到粒子数分别为1.75,0.88,0.44,0.22,0.11,0.06,0.03,0.15,0.008,0(*1010)的溶液，各取100uL加入到96孔板，其中每孔重复三次，24h后每孔加20uL[3-(4,5-二甲基吡啶-2-基)-5-(3-羧基甲氧基苯基)-2-(4-磺苯基)-2氢-四唑](MTS)溶液，培养箱孵育1-3小时后在摇床上混匀，在酶联检测仪上检测490nm处的吸收值，绘制细胞存活曲线。
图3为实施例1-4得到的Au纳米球，Au@Ag2.4，Au@Ag5.1，Au@Ag7.9，Au@Ag10.1粒子和对比例1得到的Ag纳米粒子用于BEAS-2B细胞毒性分析检测结果。从图中可以看出Au@Ag核壳结构纳米材料均可以降低Ag纳米粒子的生物毒性，而Ag壳层越薄，毒性越低。
图4为实施例1-4得到的Au纳米球，Au@Ag2.4，Au@Ag5.1，Au@Ag7.9，Au@Ag10.1粒子和对比例1得到的Ag纳米粒子用于Raw 264.7细胞毒性分析检测结果。从图中可以看出Au@Ag核壳结构纳米材料均可以降低Ag纳米粒子的生物毒性，而Ag壳层越薄，材料越安全。由此可证明Au@Ag核壳结构纳米材料可以提高Ag纳米颗粒的生物安全性。

Claims (10)

1.一种Au@Ag核壳结构纳米材料，其特征在于，该纳米材料是以Au纳米颗粒为核，加入硝酸银还原制备得到Au@Ag核壳纳米粒子；
所述的Au@Ag核壳纳米粒子的厚度分别为2.4、5.1、7.9和10.1nm。
2.根据权利要求1所述的一种Au@Ag核壳结构纳米材料的制备方法，其特征在于，该方法包括：
步骤一：将氯金酸水溶液加入到沸腾的水中，混合均匀，然后加入柠檬酸钠溶液，反应，得到金纳米球；
步骤二：将步骤一得到的金纳米球和柠檬酸钠溶液混合，搅拌加热至沸腾后加入硝酸银溶液沸腾反应，得到Au@Ag核壳结构纳米材料；
所述的氯金酸水溶液和硝酸银溶液的体积比分别为474：410、474：660、474：910、474：1160。
3.根据权利要求2所述的一种Au@Ag核壳结构纳米材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤一氯金酸水溶液的浓度为0.01mol/L。
4.根据权利要求2所述的一种Au@Ag核壳结构纳米材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤一柠檬酸钠溶液的浓度为0.01mol/L。
5.根据权利要求2所述的一种Au@Ag核壳结构纳米材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤一的反应时间为10-30分钟。
6.根据权利要求2所述的一种Au@Ag核壳结构纳米材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤一的氯金酸水溶液和柠檬酸钠溶液的体积比为0.474：8。
7.根据权利要求2所述的一种Au@Ag核壳结构纳米材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤二中硝酸银溶液的浓度为4mmol/L。
8.根据权利要求2所述的一种Au@Ag核壳结构纳米材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤二柠檬酸钠溶液的浓度为0.01mol/L。
9.根据权利要求2所述的一种Au@Ag核壳结构纳米材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤二的反应时间为10-30分钟。
10.根据权利要求1所述的Au@Ag核壳结构纳米材料降低细胞毒性的方法，包括以下步骤：
步骤1、细胞培养：
分别用1640培养基和DMEM培养基培养人支气管上皮细胞和小鼠巨噬细胞，每隔一天换一次液，细胞在培养瓶长成致密单层后，用胰酶消化进行传代；
步骤2、纳米粒子配制：
将合成得到的不同壳层厚度的Au@Ag核壳结构纳米材料和Ag纳米粒子，用电感耦合等离子体发射光谱仪定量，然后分别计算其颗粒个数，分别用1640培养基和DMEM培养基配置成3.5*1012的纳米粒子的溶液；
步骤3、细胞毒性测试：
将配制好的粒子数为3.5*1012的Au，Au@Ag核壳结构纳米粒子和Ag纳米粒子加入1640培养基或DMEM培养基中，分别对其对倍稀释得到粒子数分别为1.75,0.88,0.44,0.22,0.11,0.06,0.03,0.15,0.008,0(*1010)的溶液，各取100uL加入到96孔板，其中每孔重复三次，24h后每孔加20uL[3-(4,5-二甲基吡啶-2-基)-5-(3-羧基甲氧基苯基)-2-(4-磺苯基)-2氢-四唑](MTS)溶液，培养箱孵育1-3小时后在摇床上混匀，在酶联检测仪上检测490nm处的吸收值，绘制细胞存活曲线。
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