CN109500405B

CN109500405B - 一种三角银纳米片的制备方法

Info

Publication number: CN109500405B
Application number: CN201910044406.2A
Authority: CN
Inventors: 江婷婷
Original assignee: Ludong University
Current assignee: Ludong University
Priority date: 2019-01-17
Filing date: 2019-01-17
Publication date: 2022-02-22
Anticipated expiration: 2039-01-17
Also published as: CN109500405A

Abstract

本发明属于纳米技术领域，公开了一种三角银纳米片的制备方法。本发明制得的三角银纳米片纯度高，在环境条件下具有暗储存至少30天的稳定性(该稳定性是通过紫外可见光光谱的吸收峰波长的位移不超过10nm所测定)；具有良好的热稳定性，耐热温度可达到95℃；具有高达42％的光热转换效率；具有良好的生物相容性，材料本身呈中性，不会改变生物体系的pH环境，生物毒性小；在近红外光照射下，能够产生稳定的表面增强拉曼散射信号。

Description

一种三角银纳米片的制备方法

技术领域

本发明属于纳米技术领域，尤其涉及一种三角银纳米片的制备方法。

背景技术

三角银纳米片作为一种特定二维等离子纳米结构，具有特殊的光学、电学和催化等性能，在电子、化工、生物、医疗等方面表现出巨大应用价值。与其他形状的纳米晶体结构相比，三角银纳米片具有较大的表面积，能够作为拉曼活性基底提供更大的接触面，产生较强的表面增强拉曼信号。另外，三角银纳米片本身具有极强的各向异性，可以通过控制纳米片的几何大小精确调控等离子共振吸收峰的位置。并且，近红外区的强吸收峰使其能够作为光热转换材料用于肿瘤或者耐药致病菌的光热治疗。

目前合成三角银纳米片的方法很多，最主要的有光照还原法和化学还原法等。相较于光照还原法，化学还原法在合成速度、产率、纯度方面均存在明显的优势。在化学还原法中，目前大多采用双氧水作为塑型剂，柠檬酸钠作为包裹剂，硼氢化钠作为还原剂，然而此种方法合成的三角银纳米片在光热稳定性和生物相容性方面存在缺陷。比如，在近红外光照下，三角银纳米片因其近红外区的强吸收峰可将光能转化成热能，而产生的热量却会导致上述三角银纳米片从大粒径的三角片层结构缩小为小粒径的银纳米颗粒，导致其在近红外区的吸收峰消失，进而影响其表面增强拉曼散射信号和光热转换效率的稳定性。另外，上述三角银纳米片表面附着大量的柠檬酸钠，导致材料本身呈强碱性(pH为8-10)，当用于生物体时，会导致生物体内的pH环境发生变化，进而产生生物毒性。上述方法合成的三角银纳米片在光热稳定性和生物相容性方面的缺陷极大的限制了其在表面增强拉曼效应和光热治疗等方面的应用。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的不足，提供一种三角银纳米片的制备方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种三角银纳米片的制备方法，步骤如下：

(1)制备种子

在15-30℃、搅拌条件下，将银源溶液和包裹剂溶液混合，再依次加入塑型剂溶液和还原剂溶液，搅拌至溶液从无色变为棕黄色，继续搅拌使其充分反应，即得银纳米颗粒；

(2)制备三角银纳米片

在搅拌和沸水浴条件下，以步骤(1)的银纳米颗粒为种子，依次加入包裹剂溶液、银源溶液和还原剂溶液，控制水浴温度为90-100℃,继续搅拌至溶液从无色变为蓝色，制得三角银纳米片；

其中，步骤(2)中，所述的包裹剂为4-羟乙基哌嗪乙磺酸HEPES、3-吗啉丙磺酸MOPS、3-吗啉-2-羟基丙磺酸MOPSO或4-(2-羟乙基)哌嗪-1-2-羟基丙磺酸；所述的还原剂为对苯二酚。

进一步，步骤(1)中，所述的银源为硝酸银，包裹剂为柠檬酸钠，还原剂为硼氢化钠，塑型剂为双氧水；

所述银源溶液的终浓度为100μM-300μM；所述包裹剂溶液的终浓度为1mM-3mM；所述塑型剂溶液的终浓度为0.024wt％-0.048wt％；所述还原剂溶液的终浓度为0.5mM-1.5mM；

所述银源与包裹剂、塑型剂和还原剂的用量摩尔比为1：(15-30)：(300-600)：0.4。

进一步，步骤(2)中，所述的银源为硝酸银；所述银源溶液的终浓度为100-300μM；所述包裹剂溶液的终浓度为15-30mM；所述还原剂溶液的终浓度为0.73-3.65mM；

所述银源与银纳米颗粒质量浓度比为1：(0.00325-0.075)；

所述银源与包裹剂、还原剂的用量摩尔比为1：(150-300)：(7.3-36.5)。

进一步，步骤(1)中的银纳米颗粒大小为5-10nm。

进一步，步骤(2)中，所得三角银纳米片的边长为30-100nm，厚度为4-5nm。

进一步，所得三角银纳米片用作光热转换材料，在808nm光照条件下，光热转换效率达到28-42％。

进一步，所得三角银纳米片在近红外光照射下产生稳定的表面增强拉曼信号。

进一步，所得三角银纳米片在耐万古霉素肠球菌和人胶质母细胞瘤细胞的光热抑菌治疗方面的应用。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过使用包裹剂4-羟乙基哌嗪乙磺酸HEPES及其磺酸类似物和还原剂对苯二酚。其中，包裹剂通过磺酸根选择性地附着于银{111}平面上，抑制银颗粒在该平面的生长。银颗粒在银{100}平面的定向生长形成了平面的三角片结构；对苯二酚的酚羟基一方面能够作为还原剂还原银离子，促进银种子的生长，另一方面其氧化产物亦可用于分解可能产生的非平面孪晶银种子，保证体系中的银种子均为平面孪晶结构，进而提高三角银纳米片的产率。

2、本发明制得的三角银纳米片纯度高，在环境条件下具有暗储存至少30天的稳定性(该稳定性是通过紫外可见光光谱的吸收峰波长的位移不超过10nm所测定)；具有良好的热稳定性，耐热温度可达到95℃；具有高达42％的光热转换效率；具有良好的生物相容性，材料本身呈中性，不会改变生物体系的pH环境，生物毒性小；在近红外光照射下，能够产生稳定的表面增强拉曼散射信号。

附图说明

图1为本发明实施例1制得的三角银纳米片的透射电镜图；

图2为本发明实施例1制得的三角银纳米片的紫外-可见分光光谱图；

图3为不同组分的浓度变化条件下制备的三角银纳米片的紫外-可见分光光谱；

图4(a)为本发明应用例1的三角银纳米片的体外光热转换性能测试结果；(b)为同一三角银纳米片溶液经过三次反复光照处理的光热转换测试结果；(c)为同一三角银纳米片溶液光照前后的紫外可见光谱图；

图5(a)为本发明应用对比例1的三角银纳米片的体外光热转换性能测试结果；(b)为同一三角银纳米片溶液经过三次反复光照处理的光热转换测试结果；(c)为同一三角银纳米片溶液光照前后的紫外可见光谱图；

图6为本发明应用例2的三角银纳米片的表面增强拉曼散射光谱图；

图7为本发明应用对比例2的三角银纳米片的表面增强拉曼散射光谱图；

图8为本发明应用例3的三角银纳米片对耐万古霉素肠球菌的体外光热抑菌治疗结果；

图9为本发明应用例4的三角银纳米片对人胶质母细胞瘤(U87—MG)细胞的体外光热治疗结果。

具体实施方式

以下结合实例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

一种三角银纳米片的制备方法，步骤如下：

(1)制备种子

在15-20℃、搅拌条件下，取96mL的双蒸水于大烧杯中，依次加入终硝酸银溶液(终浓度为200μM)和柠檬酸钠溶液(终浓度为1.5mM)；搅拌5min后，加入双氧水(终浓度为0.03％)和硼氢化钠溶液(终浓度为1mM)，继续搅拌反应30min后，溶液颜色从无色变为棕黄色，即得银纳米颗粒；

(2)制备三角银纳米片

在搅拌和沸水浴条件下，取1.5mL步骤(1)的银纳米颗粒为种子，依次加入HEPES溶液(终浓度为25mM)、2mL、20mM的硝酸银溶液(终浓度为300μM)和对苯二酚溶液(终浓度为1.46mM)，控制水浴温度为90-100℃,继续搅拌30min至溶液从无色变为蓝色，即可得边长为100nm，厚度为4nm的三角银纳米片。

本实施例制备的三角银纳米片的透射电镜和紫外可见光分光光谱见图1、图2所示。

对比例1三角银纳米片的常规制备

在15-20℃、搅拌条件下，取96mL的双蒸水于大烧杯中，依次加入200μL、100mM硝酸银溶液和2mL、75mM柠檬酸钠溶液；搅拌5min后，加入400μL、30wt％双氧水和1mL、100mM硼氢化钠溶液，继续搅拌反应30mi n后，溶液颜色从无色变为蓝色，即得三角银纳米片。

应用例1三角银纳米片的体外光热转换性能测试

取实施例1制得的500μL三角银纳米片于比色皿中，使用808nm、2W/cm²的激光照射，观察随照射时间增加、溶液温度的变化，并记录；且上述所测样品经过反复多次进行光热转换性能测试；同时测定光照前后样品的紫外可见光谱图。结果见图4所示。

应用对比例1

取对比例1制得的500μL常规三角银纳米片于比色皿中，使用808nm、2W/cm²的激光照射，观察随照射时间增加、溶液温度的变化，并记录；且上述所测样品经过反复多次进行光热转换性能测试；同时测定光照前后样品的紫外可见光谱图。结果见图5所示。

图4(b)中的三次光照产生的温度增加值几乎相同，故三条光热曲线重合，并且从图4(c)中可以看出，光照前后的实施例1中三角银纳米片的紫外可见光谱并没有明显的发生蓝移。

而图5(b)中三次光照产生的温度变化明显不同，且随着光照次数的增加，光热产生的温度增加值明显减少。而且，图5(c)中显示的对比例1中的三角银纳米片的紫外可见光谱图却发生了明显的蓝移(从780nm移动到610nm)。

由此可见，采用本发明的制备方法获得的三角银纳米片较对比例1方法中制备的三角银纳米片具有显著的光热稳定性，在光热转换方面具有更高的应用价值。

应用例2三角银纳米片的近红外表面增强拉曼散射信号测试

取实施例1制得的500μL三角银纳米片与10μL、5mM 4-巯基苯甲酸溶液混合后，取10μL混合液滴于硅片上，采用785nm、30mW/cm²激光的拉曼电镜进行拉曼光谱扫描，记录光照30min后的拉曼光谱结果。测试结果见图6所示。

应用对比例2

取对比例1制得的500μL三角银纳米片与10μL、5mM 4-巯基苯甲酸溶液混合后，取10μL混合液滴于硅片上，采用785nm、30mW/cm²激光的拉曼电镜进行拉曼光谱扫描，记录光照30min后的拉曼光谱结果。测试结果见图7所示。

由图6中可以看出，实施例1中三角银纳米片经过30min光照前后，其拉曼光谱并未发生明显变化；而图7中显示的对比例1中的三角银纳米片经过30min光照后，其拉曼光谱信号较光照前显著降低。

由此可以看出，采用本发明的制备方法获得的三角银纳米片较对比例1方法中制备的三角银纳米片具有显著的光热稳定性，在表面增强拉曼散射方面具有更高的应用价值。

应用例3三角银纳米片用于耐万古霉素场球菌Enterococcus Faecalis(ATCC51299)的体外光动力学抑菌治疗

从LB平板上挑取单克隆菌株到5mL LB培养液中，37℃过夜培养；4000rpm离心收集细菌，并用无菌PBS缓冲液洗涤3次后，用PBS缓冲液重悬细菌沉淀后调节OD₆₀₀为0.5；然后取500μL菌液与不同浓度的三角银纳米片混合，于37℃培养箱中放置15min后，进行光照或者非光照处理。

所有光照实验均采用激光(808nm，2W/cm²)照射5min。将上述处理后的菌液用无菌PBS缓冲液稀释10⁶倍数，吸取100μL稀释后菌液加入于LB培养板中，37℃过夜培养，最后记录细菌克隆数目。

本应用例中三角银纳米片对耐万古霉素场球菌Enterococcus Faecalis(ATCC51299)的光热抑菌治疗结果见图8所示。

由图8可以看出，在非光照条件下，本应用例中三角银纳米片对耐万古霉素场球菌Enterococcus Faecalis没有显著的杀菌作用，由此可见，其本身的生物毒性较低，具有良好的生物相容性。然而，该三角银纳米片在光照条件下，其致死率可高达99.99％，具有良好的光热抑菌治疗效果。

应用例4三角银纳米片用于肿瘤细胞U87-MG的体外光热抑菌治疗

人胶质母细胞瘤(U87—MG)细胞的培养使用含有10％FBS和1％抗生素(青霉素和链霉素)的DMEM培养基；所述细胞在37℃、5％的CO₂条件下培养。

将5×10⁴数量的细胞接种于96孔板中，过夜培养后，将不同浓度的三角银纳米片与细胞孵育；在黑暗中、37℃条件下持续2h，用磷酸缓冲液漂洗细胞；使用2W/cm²、808nm近红外光处理5min，或者黑暗条件下放置5min；再将细胞进一步培养24h，加入0.8mg/mL的3-(4-5-二甲基噻唑-2-基)2，5-二苯基四唑溴化铵(MTT)溶液孵育4h，取出培养基，加入1mLDMSO；孵育过夜后，将200μL所得溶液转移到96孔板中，测定细胞成活率。

本应用例中三角银纳米片对人胶质母细胞瘤(U87—MG)细胞的光热学治疗结果见图9所示。

由图9可以看出，在非光照条件下，本应用例中三角银纳米片对人胶质母细胞瘤(U87—MG)细胞没有显著的杀灭作用，由此可见，其本身的生物毒性较低，具有良好的生物相容性。然而，浓度为8nM三角银纳米片在光照条件下，其致死率可高达80％，具有良好的光热杀灭肿瘤细胞的效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种三角银纳米片的制备方法，其特征在于，步骤如下：

(1)制备种子

(2)制备三角银纳米片

其中，步骤(2)中，所述的包裹剂为4-羟乙基哌嗪乙磺酸HEPES、3-吗啉丙磺酸MOPS、3-吗啉-2-羟基丙磺酸MOPSO或4-(2-羟乙基)哌嗪-1-2-羟基丙磺酸；所述的还原剂为对苯二酚；

步骤(2)中，所述银源溶液的终浓度为100-300μM；所述包裹剂溶液的终浓度为15-30mM；所述还原剂溶液的终浓度为0.73-3.65mM；所述银源与银纳米颗粒的质量浓度比为1：(0.00325-0.075)；所述银源与包裹剂、还原剂的用量摩尔比为1：(150-300)：(7.3-36.5)。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的银源为硝酸银，包裹剂为柠檬酸钠，还原剂为硼氢化钠，塑型剂为双氧水。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述银源溶液的终浓度为100μM-300μM；所述包裹剂溶液的终浓度为1mM-3mM；所述塑型剂溶液的终浓度为0.024wt％-0.048wt％；所述还原剂溶液的终浓度为0.5mM-1.5mM；

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的银源为硝酸银。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的银纳米颗粒大小为5-10nm。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所得三角银纳米片的边长为30-100nm，厚度为4-5nm。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所得三角银纳米片用作光热转换材料，在808nm光照条件下，光热转换效率达到28-42％。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所得三角银纳米片在近红外光照射下产生稳定的表面增强拉曼信号。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所得三角银纳米片在耐万古霉素肠球菌和人胶质母细胞瘤细胞的光热抑菌治疗方面的应用。