CN110666186A

CN110666186A - 一种基于微流控技术可控合成金纳米星的方法

Info

Publication number: CN110666186A
Application number: CN201911092280.2A
Authority: CN
Inventors: 魏琴; 宋先震; 任祥; 王雪莹; 马英明; 包宇; 吴同舜; 孙旭; 罗川南; 代笠
Original assignee: University of Jinan
Current assignee: University of Jinan
Priority date: 2019-11-11
Filing date: 2019-11-11
Publication date: 2020-01-10

Abstract

本发明公开了一种基于微流控技术可控合成金纳米星的方法。在本发明中，采用分步合成法，通过制备多孔分步进料的微流控芯片可控合成不同尺寸金纳米星。所述多孔分步进料微流控芯片包括进样区1、8、13，混合区4、12，加热区4，反应区5、15和出样区6、16五个部分。通过改变反应溶液的浓度、微流控管道的内径尺寸、反应溶液在微流控管道内的流速和反应剂与还原剂的比率来调控合成金纳米星的尺寸。本发明设计的一种基于微流控技术可控合成金纳米星的方法，合成过程节省材料，操作简便，合成结果精确可控，结构优化实现多孔分步进料，实现了不同尺寸金纳米星的制备。

Description

一种基于微流控技术可控合成金纳米星的方法

技术领域

本发明设计的一种基于微流控技术可控合成金纳米星的方法，具体采用分步合成法，通过制备多孔分步进料的微流控芯片可控合成不同尺寸金纳米星。

背景技术

纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺寸0.1-100 nm或由它们作为基本单元构成的材料。自20世纪70年代纳米材料问世以来，到今天纳米材料的研究已取得了长足的进步。目前，实验室中探索用各种方法制备各种材料的纳米颗粒，研究其评估表征方法，探索纳米材料不同于普通材料的特殊性能等过程更加成熟化和系统化。纳米材料由于其独特的光、电、热、化学和力学性能，在色谱分析、电化学分析、光谱分析、成像分析、生命分析和药物分析等分析化学的诸多领域都有广泛的应用，且其在分析化学中的应用已经成为现代分析化学发展最重要的前沿领域之一。

纳米金属材料是指形成纳米晶粒的金属与合金，其具有比表面能、晶界比例和表面原子比例大等优点。金纳米粒子作为纳米金属材料的一种，直径在1-100 nm之间，具有高电子密度、高介电特性和高催化作用等优势，能与多种生物大分子结合且不影响其生物活性。目前利用氯金酸通过还原法可制备各种不同粒径的纳米金，其颜色依直径大小从红色至紫色发生变化。金纳米粒子具有广阔的应用前景，其对蛋白质有很强的吸附功能，可以与葡萄球菌蛋白、免疫球蛋白、毒素、糖蛋白、酶、抗生素、激素和牛血清白蛋白等生物分子非共价结合，因而在基础研究中成为非常有用的工具。

随着纳米技术的发展，传统的纳米材料的合成方法日渐成熟，如蒸发凝聚法、真空沉积法、球磨法、水热法和高温水解法等。水热法作为纳米材料合成最常用的方法，是指在高温高压下，以水为溶剂，通过粉体溶解和再结晶生成纳米材料。该方法制得的纳米颗粒具有晶粒发育完整、粒度小、分布均匀和颗粒团聚较轻等优点，但因其反应条件苛刻，高温高压的反应环境对设备依赖性较强，阻碍了其进一步发展。

微流控是指使用尺寸为数十到数百微米的微管道处理体积为纳升到阿升的微小流体的系统所涉及的科学，是一门涉及化学、流体物理学、生物学、新材料和微电子的新兴交叉学科，其早期概念可以追溯到19世纪70年代采用光刻技术在硅片上制作的气相色谱仪，后发展为微流控毛细管电泳仪和微反应器等。微流控具有微型化、集成化等特征，故其装置通常称为微流控芯片。微流控的重要特征之一是微尺度环境下独特的流体性质，如层流和液滴等，借助这些独特的流体现象，可以实现一系列常规方法所难以完成的微加工和微操作，故其在生物医学研究中具有巨大的发展潜力和广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的之一是构建多孔分步进料的微流控芯片。

本发明的目的之二是采用分步合成法，通过制备多孔分步进料的微流控芯片可控合成不同尺寸金纳米星。

本发明的目的之三是进行条件优化，分析反应溶液浓度、微流控管道内径尺寸、反应溶液在微流控管道内流速和反应剂与还原剂比率的变化对可控合成不同尺寸金纳米星的影响。

附图说明

图1是本发明提供的多孔分步进料的微流控芯片的结构示意图。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

1. 分别将1 mmol/L的HAuCl₄溶液和质量分数为1 %的Na₃C₆H₅O_7·2H₂O溶液通过注射器同时注入到进样口2、3中，上述混合溶液通过加热区4加热，通过反应区5充分反应，所生成金纳米种子溶液通过出样口7收集；分别将0.2-0.4 mmol/L的 HAuCl₄溶液，3 mmol/L的AgNO₃溶液和上述合成的金纳米种子溶液通过注射器同时注入到进样口9、10、11中，上述混合溶液通过混合区12充分生长，然后将还原剂AA溶液通过注射器注入到进样口14中，溶液通过混合区12充分混合，通过反应区15充分反应，所生成金纳米星溶液通过出样口17收集；本发明通过多孔分步进料的微流控芯片可控合成不同尺寸金纳米星，合成过程操作简便，试剂消耗少，反应时间短；合成结果可控强，精确度高，可通过参数改变制备不同尺寸的金纳米星；与传统方法相比，通过制备的多孔分步进料的微流控芯片合成的金纳米星分布更均匀，尺寸调节更可控。

2. 采用分步合成法可控合成金纳米星，该反应体系包括两个多孔分步进料的微流控芯片；所述多孔分步进料微流控芯片包括进样区1、8、13，混合区4、12，加热区4，反应区5、15和出样区6、16五个部分；其中进样区1包括进样口2、3，进样区8包括进样口9、10、11，进样区13包括进样口14；出样区6包括出样口7，出样区16包括出样口17；所述进样口2和3的夹角为60^o，内径为500 μm，更有利于HAuCl₄溶液和Na₃C₆H₅O_7·2H₂O溶液的相遇混合，使后续的混合反应更加均匀彻底；所述出样口内径为800 μm，更有利于产物的收集；所述混合区，加热区和反应区均由反应管构成，所述反应管内径尺寸均一，是芯片的主体部分；进样区包括进样口和进样管两部分，进样管一端连接进样口，另一端深入反应管内部；出样区包括出样口和出样管两个部分，出样管一端深入反应管内部，另一端连接出样口；本发明设计的多孔分步进料的微流控芯片结构优化，操作方便，多孔分步进料可以实现材料的不同浓度和不同时间进样，从而合成的金纳米星形貌更好，分布更均匀；采用分步合成法，设计包括两个多孔分步进料的微流控芯片的反应体系，使合成过程更加可控，实现了不同尺寸金纳米星的制备。

3. 金纳米种子溶液合成过程中，所述加热区加热温度为100 ^oC；本发明通过设计多孔分步进料的微流控芯片，利用加热片在加热区加热，操作更加方便；特定区域加热使温控更精准，从而合成金纳米星形貌更好，实现了不同尺寸金纳米星的制备。

4. 所述HAuCl₄溶液的浓度为0.2-0.4 mmol/L；所述微流控芯片管道尺寸为100-300 μm；所述反应溶液在管道中的流速为10-50 μL/min；所述反应剂HAuCl₄和还原剂AA的浓度比为1:5-2:1；本发明通过分析反应溶液浓度、微流控管道内径尺寸、反应溶液在微流控管道内流速和反应剂与还原剂比率的变化对可控合成不同尺寸金纳米星的影响来优化实验条件，得到形貌更好的金纳米星，实现了不同尺寸金纳米星的制备。

本发明的有益成果

1. 本发明成功构建了多孔分步进料的微流控芯片。

2. 本发明采用分步合成法，通过制备的多孔分步进料的微流控芯片可控合成了不同尺寸金纳米星，且合成金纳米星形貌更好，分布更均匀。

3. 本发明通过条件优化，探究了反应溶液浓度、微流控管道内径尺寸、反应溶液在微流控管道内流速和反应剂与还原剂比率的变化对可控合成不同尺寸金纳米星的影响。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述，本发明保护范围不仅局限于实施例，该领域专业人员对本发明技术方案所作的改变均属于本发明保护范围。

实施例1

一种基于微流控技术可控合成金纳米星的方法，步骤如下：

分别将1 mmol/L的HAuCl₄溶液和质量分数为1 %的Na₃C₆H₅O_7·2H₂O溶液通过注射器同时注入到进样口2、3中，上述混合溶液通过加热区4加热，通过反应区5充分反应，所生成金纳米种子溶液通过出样口7收集；分别将0.2 mmol/L的 HAuCl₄溶液，3 mmol/L的AgNO₃溶液和上述合成的金纳米种子溶液通过注射器同时注入到进样口9、10、11中，上述混合溶液通过混合区12充分生长，然后将还原剂AA溶液通过注射器注入到进样口14中，溶液通过混合区12充分混合，通过反应区15充分反应，所生成金纳米星溶液通过出样口17收集。

实施例2

一种基于微流控技术可控合成金纳米星的方法，步骤如下：

分别将1 mmol/L的HAuCl₄溶液和质量分数为1 %的Na₃C₆H₅O_7·2H₂O溶液通过注射器同时注入到进样口2、3中，上述混合溶液通过加热区4加热，通过反应区5充分反应，所生成金纳米种子溶液通过出样口7收集；分别将0.3 mmol/L的 HAuCl₄溶液，3 mmol/L的AgNO₃溶液和上述合成的金纳米种子溶液通过注射器同时注入到进样口9、10、11中，上述混合溶液通过混合区12充分生长，然后将还原剂AA溶液通过注射器注入到进样口14中，溶液通过混合区12充分混合，通过反应区15充分反应，所生成金纳米星溶液通过出样口17收集。

实施例3

一种基于微流控技术可控合成金纳米星的方法，步骤如下：

分别将1 mmol/L的HAuCl₄溶液和质量分数为1 %的Na₃C₆H₅O_7·2H₂O溶液通过注射器同时注入到进样口2、3中，上述混合溶液通过加热区4加热，通过反应区5充分反应，所生成金纳米种子溶液通过出样口7收集；分别将0.4 mmol/L的 HAuCl₄溶液，3 mmol/L的AgNO₃溶液和上述合成的金纳米种子溶液通过注射器同时注入到进样口9、10、11中，上述混合溶液通过混合区12充分生长，然后将还原剂AA溶液通过注射器注入到进样口14中，溶液通过混合区12充分混合，通过反应区15充分反应，所生成金纳米星溶液通过出样口17收集。

实施例4

一种基于微流控技术可控合成金纳米星的方法，所述微流控反应器的制备，步骤如下：

采用分步合成法可控合成金纳米星，该反应体系包括两个多孔分步进料的微流控芯片；所述多孔分步进料微流控芯片包括进样区1、8、13，混合区4、12，加热区4，反应区5、15和出样区6、16五个部分；其中进样区1包括进样口2、3，进样区8包括进样口9、10、11，进样区13包括进样口14；出样区6包括出样口7，出样区16包括出样口17；所述进样口2和3的夹角为60^o，内径为500 μm；所述出样口内径为800 μm；混合区，加热区和反应区均由反应管构成，所述反应管内径尺寸均一，是芯片的主体部分；进样区包括进样口和进样管两部分，进样管一端连接进样口，另一端深入反应管内部；出样区包括出样口和出样管两个部分，出样管一端深入反应管内部，另一端连接出样口。

实施例5

金纳米种子溶液合成过程中，加热区加热温度为100 ^oC。

实施例6

微流控芯片管道尺寸为100 μm。

实施例7

微流控芯片管道尺寸为200 μm。

实施例8

微流控芯片管道尺寸为300 μm。

实施例9

反应溶液在管道中的流速为10 μL/min。

实施例10

反应溶液在管道中的流速为30 μL/min。

实施例11

反应溶液在管道中的流速为50 μL/min。

实施例12

反应剂HAuCl₄和还原剂AA的浓度比为1:5。

实施例13

反应剂HAuCl₄和还原剂AA的浓度比为1:2。

实施例14

反应剂HAuCl₄和还原剂AA的浓度比为2:1。

Claims

1.一种基于微流控技术可控合成金纳米星的方法，其特征在于：

分别将1 mmol/L的氯金酸HAuCl₄溶液和质量分数为1 %的二水柠檬酸钠Na₃C₆H₅O_7·2H₂O溶液通过注射器同时注入到进样口2、3中，上述混合溶液通过加热区4加热，通过反应区5充分反应，所生成金纳米种子溶液通过出样口7收集；分别将0.2-0.4 mmol/L的 HAuCl₄溶液，3 mmol/L的硝酸银AgNO₃溶液和上述合成的金纳米种子溶液通过注射器同时注入到进样口9、10、11中，上述混合溶液通过混合区12充分生长，然后将还原剂抗坏血酸AA溶液通过注射器注入到进样口14中，溶液通过混合区12充分混合，通过反应区15充分反应，所生成金纳米星溶液通过出样口17收集。

2.一种基于微流控技术可控合成金纳米星的方法，所述微流控反应器的制备，其特征在于：

采用分步合成法可控合成金纳米星，该反应体系包括两个多孔分步进料的微流控芯片；所述多孔分步进料微流控芯片包括进样区1、8、13，混合区4、12，加热区4，反应区5、15和出样区6、16五个部分；其中进样区1包括进样口2、3，进样区8包括进样口9、10、11，进样区13包括进样口14；出样区6包括出样口7，出样区16包括出样口17；所述进样口2和3的夹角为60^o，内径为500 μm；所述出样口内径为800 μm；所述混合区，加热区和反应区均由反应管构成，所述反应管内径尺寸均一，是芯片的主体部分；进样区包括进样口和进样管两部分，进样管一端连接进样口，另一端深入反应管内部；出样区包括出样口和出样管两个部分，出样管一端深入反应管内部，另一端连接出样口。

3.如权利要求书1所述的一种基于微流控技术可控合成金纳米星的方法，其特征在于，金纳米种子溶液合成过程中，所述加热区加热温度为100 ^oC。

4.如权利要求书1所述的一种基于微流控技术可控合成金纳米星的方法，其特征在于，所述微流控芯片管道尺寸为100-300 μm。

5.如权利要求书1所述的一种基于微流控技术可控合成金纳米星的方法，其特征在于，所述反应溶液在管道中的流速为10-50 μL/min。

6.如权利要求书1所述的一种基于微流控技术可控合成金纳米星的方法，其特征在于，所述反应剂HAuCl₄和还原剂AA的浓度比为1:5-2:1。