CN110227816A - 一种具有核壳结构的金银纳米花颗粒及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有核壳结构的金银纳米花颗粒及其制备方法和应用，其以茶多酚为还原剂和稳定剂快速合成金银纳米花颗粒，无需使用额外的表面活性剂及晶种，低能环保。所得金银纳米花颗粒表面分布着致密的呈多枝状的金花瓣，使其表现出显著的近红外光吸收性质和良好的光热升温性能，能应用于基于近红外光的光热治疗；同时，所得金银纳米花颗粒还表现出优异的稳定性好的表面增强拉曼性能，有望用于细胞的拉曼成像，故其在癌症诊断和治疗方面应用前景良好。

Description

一种具有核壳结构的金银纳米花颗粒及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于纳米材料制备和生物医学领域，具体涉及一种具有核壳结构的金银纳米花颗粒及其制备方法和应用。
背景技术
癌症是一大类恶性肿瘤的统称，已成为危害公众健康和阻碍全球经济发展的全球性大难题。近年来，纳米医学的兴起为发展高效靶向的癌症治疗新方法带来了新的契机。由于具有独特的光、热、声和磁等性质，纳米材料被广泛用于光成像（如光声成像、光学成像）以及光治疗（如光热治疗、光动力治疗、光促发化学治疗）等邻域，可建立疾病诊断和治疗一体化的平台，能大大提高癌症治疗的效果，降低多次给药带来的副作用。
金纳米材料因具有朗道阻尼效应能有效地将吸收到的光子能量转换成热量，因此成为光热治疗应用的明星材料。通过形貌、尺寸和结构的改变，金纳米材料的局部表面等离子共振（LSPR）吸收峰能被调节至近红外光区域。相比于短波长光，近红外光具有更深的组织穿透力和更微小的组织损伤。目前具有单一近红外光响应的各向异性金纳米材料有金纳米壳、金纳米棒、金纳米立方体、金纳米盒子和金纳米花等。金纳米花由中心核体和突出的金臂膀构成，也叫做金纳米星或多枝状金纳米颗粒。金纳米花的金臂膀的尖端处可形成强大的电磁场，因此在近红外光区域表现出优异的LSPR性质。近年来，金纳米花颗粒在光热治疗、光声成像、表面增强拉曼光谱等方面得到很好的发展。
目前，文献已报道的金纳米花颗粒的合成方法普遍存在合成步骤复杂、合成条件苛刻、后修饰过程繁琐、及以具有生物毒性的表面活性剂为稳定剂等问题，限制了金纳米花颗粒在生物医学的进一步应用。因此，开发一种制备简单、形貌可控、绿色友好、可大批量合成的具有近红外光响应的金纳米花颗粒的合成技术，并探索其在生物医学诊疗方面的应用是非常必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有核壳结构的金银纳米花颗粒及其制备方法和应用，其无需使用额外的表面活性剂，无需使用晶种，低能环保，能快速合成金银纳米花颗粒。且合成的金银纳米花颗粒表面分布着致密的呈多枝状的金花瓣，使金银纳米花颗粒表现出显著的近红外光吸收性质和良好的光热升温性能，能应用于基于近红外光的光热治疗。同时，金银纳米花颗粒还表现出优异的表面增强拉曼性能，有望用于细胞的拉曼成像。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种具有核壳结构的金银纳米花颗粒，其是以银为内核、金为壳层构成的多枝状花形颗粒，颗粒粒径为50-200纳米，具有可见光区到近红外光区的吸收。
所述具有核壳结构的金银纳米花颗粒是采用微波辅助加热结合室温置换反应制得；其制备方法包括以下步骤：
1）将茶多酚粉末溶解在水中，加入硝酸银溶液快速混匀后，进行微波辅助加热反应；
2）在快速搅拌条件下，向步骤1）所得混合溶液中加入氯金酸溶液，进行室温置换反应；
3）反应结束后，离心水洗4次，得金银纳米花颗粒，分散在水中保存。
其中，所用茶多酚和硝酸银的质量比是100:3，所用氯金酸和硝酸银的摩尔比为3:1。
步骤1）中所述微波辅助加热反应的条件为加热温度100-150 ℃，加热功率1000-1500 W，运行时间为1-10分钟。
步骤2）中所述室温置换反应的时间为1-10分钟。
所得具有核壳结构的金银纳米花颗粒可应用于癌细胞的光热治疗或光学成像，在应用于细胞前需在所述金银纳米花颗粒的表面修饰生物相容性配体，具体的方法是将金银纳米花颗粒与生物相容性配体在室温条件下混合，经离心水洗后分散于水中保存。
所述生物相容性配体为氨基聚乙二醇、透明质酸、巯基聚乙二醇、二氧化硅、壳聚糖、脂质体、明胶、白蛋白中的一种或多种。
与现有的技术相比，本发明的显著优点如下：
（1）本发明提供的金银纳米花颗粒的合成方法具有简单、快速、环境友好等优势，适合于纳米生物医学的应用。
（2）本发明中使用天然物质茶多酚为还原剂和稳定剂，其价廉易得，安全无毒，适合于纳米生物医学的应用。
（3）本发明中采用微波辅助加热法能较好地控制纳米颗粒的形成，有利于获得大小均一的纳米颗粒。
（4）本发明中采用室温置换反应法条件温和，对产物形貌大小的控制度较好。
（5）本发明所得金银纳米花颗粒表现出良好的光热转换效率（24.78%）和光热稳定性，同时生物兼容性好，细胞毒性低，可用于癌症的光热治疗。
（6）本发明所得金银纳米花颗粒中的银内核表现出灵敏的表面增强拉曼活性，其表面的金壳层能较好地保护银内核，提高银拉曼信号的稳定性，因此有望用于细胞的拉曼成像。
附图说明
图1为实施例1制备的金银纳米花颗粒的X射线光电子能谱图。
图2为实施例1制备的银内核纳米颗粒（a）和金银纳米花颗粒（b）的透射电镜表征图。
图3为氯金酸和硝酸银按不同摩尔比合成的金银纳米花颗粒的吸收光谱图。
图4为不同浓度的金银纳米花颗粒在激光（808 nm，2 W cm-2）照射下的光热温度随时间变化图。
图5为不同浓度金银纳米花颗粒在无光照射条件下对HeLa细胞的细胞存活率对比情况图。
图6为金银纳米花颗粒与银纳米颗粒和金纳米颗粒为基底的表面增强拉曼光谱对比图。
具体实施方式
为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。
实施例1 金银纳米花颗粒的制备：
（1）茶多酚包裹的银内核纳米颗粒的制备：在150 mL烧杯中加入20 mg茶多酚粉末，加入15 mL水使其溶解，再加入20 mM的硝酸银溶液176 μL，搅拌混合均匀后，烧杯盖上表面皿，至于微波炉中，在高温档（100-150 ℃，1000-1500 W）的状态下反应2分钟，反应结束后在8000 rpm的转速下离心10分钟，再用水清洗3次，获得银内核纳米颗粒；
（2）具有核壳结构的金银纳米花颗粒的制备：在圆底烧瓶中加入10 mL步骤（1）获得的银内核纳米颗粒溶液，在快速搅拌下，加入400 μL 17.6mM的氯金酸溶液，室温反应5分钟，反应结束后在8000 rpm的转速下离心10分钟，再用水清洗3次，所得金银纳米花颗粒保存在4 ℃环境中。
图1为本实施例氯金酸和硝酸银按摩尔比3:1制得的金银纳米花颗粒的X射线光电子能谱图。由图1可见，谱图同时出现了Ag 3d峰和Au 4f峰，证明金银纳米花颗粒合成成功。
图2为本实施例制备的银内核纳米颗粒（a）和金银纳米花颗粒（b）的透射电镜表征图。由图2可见，金纳米粒子包覆在银内核纳米颗粒表面，形成表面具紧凑致密分枝状金花瓣的金银纳米花颗粒。
图3为氯金酸和硝酸银按不同摩尔比合成的金银纳米花颗粒的吸收光谱图。如图3所示，采用不同摩尔比的氯金酸和硝酸银合成出来的金银纳米花颗粒在近红外光区域表现出不同强度的吸收宽峰。当氯金酸和硝酸银的摩尔比为3:1时，金银纳米花颗粒在600~1000纳米波长区间具有较宽的LSPR吸收峰。
实施例2 金银纳米花颗粒的光热升温性能
配制不同浓度（0-50 μg mL-1）的金银纳米花颗粒溶液，置于石英比色皿中，调节激光器的波长为808纳米，功率为2 瓦/平方厘米。溶液用激光照射10分钟。期间溶液的温度由插在其中的热电偶探头记录，结果如图4所示。由图4可见，金银纳米花颗粒在激光照射下能迅速吸收光能，产生热量，使得水迅速升温。并且，金银纳米花颗粒的浓度越大，升温效果越显著，有望用于光热治疗。
实施例3 金银纳米花颗粒的光热细胞毒性
巯基聚乙二醇2000修饰的金银纳米花颗粒的制备：将巯基聚乙二醇2000（购自西安瑞禧生物科技有限公司）加入到2mL 1 mg mL-1金银纳米花颗粒溶液中，配成巯基聚乙二醇2000终浓度为20 mM的混合溶液，反应12小时，产物用水洗3次，最后保存在4 ℃环境中。
采用CCK-8法评价金银纳米花颗粒的光热细胞毒性。HeLa细胞先在96孔板中孵育24小时，加入不同浓度（0-50 μg mL-1）表面修饰的金银纳米花颗粒溶液，再进行6小时的孵育。之后，每孔用激光器照射5分钟，再继续培养12小时，然后加入CCK-8试剂进行1小时的孵育，最后测定每孔在405纳米处的吸收值，计算细胞存活率，并以未经激光照射的细胞作为对比，结果如图5所示。由图5可见，随着金银纳米花颗粒浓度的增加，激光光照导致细胞的存活率逐渐降低。当金银纳米花颗粒浓度为50 μg mL-1时，绝大多数的细胞被光热破坏。而无光照的细胞仍表现出良好的存活率，表明金银纳米花颗粒可用于癌细胞的定位光热灼杀。
实施例4 金银纳米花颗粒的表面增强拉曼性能
以常用的细胞拉曼成像探针异硫氰酸罗丹明B作为表面增强拉曼检测的目标物。10 μM的异硫氰酸罗丹明B与金银纳米花颗粒混合反应10小时。水洗后，将10 μL的上述混合液滴在铝片上，进行表面增强拉曼的检测。相同制备条件合成的银纳米颗粒和金纳米颗粒作为参照。测试条件：激光波长785纳米，积分时间10秒。用Nuspec Pro软件获得谱图，结果如图6所示。由图6可见，金银纳米花颗粒对异硫氰酸罗丹明B表现出更优于银纳米颗粒和金纳米颗粒的拉曼信号增强效果，表明金银纳米花颗粒有望开发为细胞拉曼成像的造影剂。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (8)

1.一种具有核壳结构的金银纳米花颗粒，其特征在于：所述金银纳米花颗粒是以银为内核、金为壳层构成的多枝状花形颗粒，其颗粒粒径为50-200纳米。
2.一种如权利要求1所述的具有核壳结构的金银纳米花颗粒的制备方法，其特征在于：其是采用微波辅助加热结合室温置换反应制得。
3.根据权利要求2所述的具有核壳结构的金银纳米花颗粒的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）将茶多酚粉末溶解在水中，加入硝酸银溶液快速混匀后，进行微波辅助加热反应；
2）在快速搅拌条件下，向步骤1）所得混合溶液中加入氯金酸溶液，进行室温置换反应；
3）反应结束后，离心水洗4次，得金银纳米花颗粒，分散在水中保存。
4.根据权利要求3所述的具有核壳结构的金银纳米花颗粒的制备方法，其特征在于：所用茶多酚和硝酸银的质量比是100:3，所用氯金酸和硝酸银的摩尔比为3:1。
5. 根据权利要求3所述的具有核壳结构的金银纳米花颗粒的制备方法，其特征在于：所述微波辅助加热反应的条件为加热温度100-150 ℃，加热功率1000-1500 W，运行时间1-10分钟。
6.根据权利要求3所述的具有核壳结构的金银纳米花颗粒的制备方法，其特征在于：所述室温置换反应的时间为1-10分钟。
7.一种如权利要求1所述的具有核壳结构的金银纳米花颗粒的应用，其特征在于：将所述金银纳米花颗粒用于制备光热治疗药剂。
8.一种如权利要求1所述的具有核壳结构的金银纳米花颗粒的应用，其特征在于：将所述金银纳米花颗粒用于制备细胞拉曼成像的造影剂。
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