CN111468741A - 一种不同粒径超均匀球形纳米金颗粒制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及纳米金颗粒技术领域，公开了一种不同粒径超均匀球形纳米金颗粒制备方法。本发明先以硼氢化钾法制备了15nm纳米金颗粒作为种子，通过种子生长法，采用抗坏血酸作为还原剂，Gemini表面活性剂和α‑环糊精作为保护剂，通过改变加入氯金酸和还原剂的用量，进一步制备出40‑200nm的粒径、表面光滑、粒径均一的球形纳米金颗粒。

Description

一种不同粒径超均匀球形纳米金颗粒制备方法
技术领域
本发明涉及纳米金颗粒技术领域，具体涉及一种不同粒径超均匀球形纳米金颗粒制备方法。
背景技术
纳米金颗粒是由金盐被还原成金单质后形成的未定、均匀、呈单一分散状态的金颗粒悬浮液。纳米金颗粒以其良好的导电性、稳定性，生物相容性，表面光学特性等，在光学、催化、电子、免疫诊断、生物传感器、生物影像、药物传送等方面有不可替代的作用，近年来生物技术与纳米技术深入结合研究已经成为生物医学研究的前沿和热点领域，纳米金标记已经发展能成为一项重要的免疫标记技术，纳米金免疫分析在药物检测、生物医学等许多领域已得到长足发展。
目前，纳米金颗粒制备方法包括液相还原法、模板法、光化学法、电化学法、微波法、晶种法等，其中液相还原法是制备纳米金颗粒的经典方法，液相还原法常用的还原剂包括柠檬酸钠、硼氢化钠、抗坏血酸、白磷、过氧化氢等，但是此方法制备的胶体金颗粒粒径较小，且均一性、稳定性不理想，工艺操作难以控制等。种子法是先制备分散性较好的小颗粒作为种子，再将种子加入生长液中，在弱还原剂和保护剂下慢慢生长；种子法合成金纳米颗粒，粒径分布较窄，分散性较好，团聚程度低，粒径均一，适宜放大体积。
目前技术采用单一还原剂一次性还原制备纳米金颗粒，过程难以控制，制备的纳米金颗粒粒径不均一，形状不规则；且制备的纳米金颗粒限制了其在医疗检测、化学传感、环境监测等领域的应用。因此急需改变纳米金颗粒制备现状，制备出粒径均一、分散性好、性质稳定的不同粒径纳米金颗粒。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种从40-200nm不同粒径超均匀球形纳米金颗粒制备方法，使得所述制备方法制备的不同粒径的纳米金颗粒粒径分布更均匀，无明显团聚现象，形状规则；
本发明的另外一个目的在于提供Gemini表面活性剂和α-环糊精作为保护剂在制备纳米金颗粒中的应用。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种不同粒径超均匀球形纳米金颗粒制备方法，包括：
步骤1、采用化学还原法制备纳米金颗粒种子；
步骤2、取种子稀释，以Gemini表面活性剂和α-环糊精为保护剂，用抗坏血酸做还原剂，加入氯金酸并通过控制氯金酸与还原剂的用量，制备不同粒径超均匀球形纳米金颗粒。
作为优选，所述步骤1以柠檬酸三钠为保护剂、以硼氢化钾为还原剂与氯金酸反应制备纳米金颗粒种子，粒径为5-15nm。其中，所述氯金酸为浓度2％的氯金酸，柠檬酸三钠为0.04mol/L柠檬酸三钠溶液，硼氢化钾为0.1mol/L硼氢化钾溶液。
在本发明具体实施方式中，步骤1具体为：
取250ml圆底烧瓶，加入100ml超纯水，然后加入0.7ml氯金酸和1ml柠檬酸三钠，冰浴下搅拌均匀后迅速加入4ml新鲜配置的硼氢化钾溶液，快速搅拌均匀后调慢搅拌速度，室温继续反应30min，得到透亮酒红色胶体金溶液。
作为优选，步骤2中每1mL种子使用18-20μmol Gemini表面活性剂和10-15mmolα-环糊精。在本发明具体实施方式中，所述Gemini表面活性剂为1,2-双(N-十六烷基-N,N-二甲基溴化铵)-乙烷。
作为优选，步骤2中每1mL种子稀释至26mL。
作为优选，步骤2中制备40-150nm粒径的纳米金颗粒时抗坏血酸与氯金酸摩尔比例为4-8:1。在本发明具体实施方式中，步骤2中制备40±3nm粒径的纳米金颗粒时抗坏血酸与氯金酸摩尔比例为7.4:1，制备60±5nm粒径的纳米金颗粒时抗坏血酸与氯金酸摩尔比例为6.2:1，制备100±8nm粒径的纳米金颗粒时抗坏血酸与氯金酸摩尔比例为5:1，制备150±10nm粒径的纳米金颗粒时抗坏血酸与氯金酸摩尔比例为4.4:1。
在本发明具体实施方式中，步骤2具体为：
冰浴环境中，加入1ml种子，并用超纯水稀释至26mL，然后加入抗坏血酸作为还原剂，加入600μL Gemini表面活性剂和3.75mlα-环糊精作为保护剂，然后快速搅拌均匀。缓慢滴加氯金酸至圆底烧瓶中，继续搅拌30min，通过控制氯金酸与还原剂的用量最终可获得不同粒径超均匀球形纳米金颗粒。
按照本发明提供的制备方法制备粒径40±3nm、60±5nm、100±8nm、150±10nm的纳米金颗粒，进行紫外可见光谱(UV-Vis)分析、透射电子显微镜(TEM)分析，结果显示各粒径的纳米金粒子呈现较好的分散性和均一性。
此外，通过对比不同保护剂的制备方法，显示出本发明制备方法能够获得无明显团聚现象、形状规则、粒径分布均匀的纳米金颗粒，而其他保护剂的制备方法所获得的纳米金颗粒出现了团聚现象、形状不规则以及粒径分布不均一的问题。
由此，本发明提出了Gemini表面活性剂和α-环糊精作为保护剂在制备纳米金颗粒中的应用，特别是利用种子法制备纳米金颗粒中的应用。
由以上技术方案可知，本发明先以硼氢化钾法制备了15nm纳米金颗粒作为种子，通过种子生长法，采用抗坏血酸作为还原剂，Gemini表面活性剂和α-环糊精作为保护剂，通过改变加入氯金酸和还原剂的用量，进一步制备出40-200nm的粒径、表面光滑、粒径均一的球形纳米金颗粒。
附图说明
图1所示为不同粒径球形纳米金颗粒溶液图片；其中，颜色从左至右为酒红色逐渐变淡；
图2所示为40nm左右粒径大小球形纳米金颗粒的透射电子显微镜(TEM)图片及粒径分布图；
图3所示为60nm左右粒径大小球形纳米金颗粒的透射电子显微镜(TEM)图片及粒径分布图；
图4所示为100nm左右粒径大小球形纳米金颗粒的透射电子显微镜(TEM)图片及粒径分布图；
图5所示为150nm左右粒径大小球形纳米金颗粒的透射电子显微镜(TEM)图片及粒径分布图；
图6所示不同保护剂制备的纳米金颗粒的透射电子显微镜(TEM)图片；其中，a图的保护剂为Gemini表面活性剂和α-环糊精，b图保护剂为Gemini表面活性剂，c图保护剂为α-环糊精，d图保护剂为柠檬酸三钠。
具体实施方式
本发明公开了一种不同粒径超均匀球形纳米金颗粒制备方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明所述制备方法已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述制备方法进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
以下就本发明所提供的一种不同粒径超均匀球形纳米金颗粒制备方法做进一步说明。
实施例1：溶液配制和种子制备
1、溶液制备
将所有容器用王水处理，用超纯水清洗干净，烘干备用。准确称取1g氯金酸粉末溶于50ml超纯水中，配制成终浓度2％的氯金酸，储存于棕色试剂瓶中4℃备用；准确称量0.539g硼氢化钾溶于100ml超纯水中，配置成浓度为0.1mol/L溶液，现配现用；准确称量1.18g二水合柠檬酸三钠溶于100ml超纯水中，配置成浓度为0.04mol/L溶液，用0.22μm滤膜过滤，4℃备用；准确称量11.68gα-环糊精溶于100ml超纯水中，配置成浓度为0.12mol/L溶液，用0.22μm滤膜过滤，4℃备用。准确称量0.0574g 1,2-双(N-十六烷基-N,N-二甲基溴化铵)-乙烷溶于100ml超纯水中，配置成浓度为1m mol/L溶液，用0.22μm滤膜过滤，4℃备用。
2、种子制备
取250ml圆底烧瓶，加入100ml超纯水，然后加入0.7ml氯金酸和1ml柠檬酸三钠，冰浴下搅拌均匀后迅速加入4ml新鲜配置的硼氢化钾溶液，快速搅拌均匀后调慢搅拌速度，室温继续反应30min，得到透亮的酒红色纳米金溶液，备用。
取适量上述纳米金颗粒溶液进行紫外可见光谱(UV-Vis)分析、透射电子显微镜(TEM)分析。该纳米金颗粒的最大吸收峰位于520nm，且通过TEM分析可知其粒径为15nm，纳米金粒子呈现较好的分散性和均一性。
实施例2：制备纳米金颗粒
1、试剂
2％的氯金酸、0.2mol/L抗坏血酸溶液、0.12mol/Lα-环糊精溶液，1mmol/L 1,2-双(N-十六烷基-N,N-二甲基溴化铵)-乙烷溶液，配制方法见实施例1；
2、制备方法
将100ml圆底烧瓶置于冰浴环境中，加入1ml的种子，并用超纯水稀释至26mL，然后加入0.18ml的抗坏血酸作为还原剂，加入600μL Gemini表面活性剂和3.75ml的α-环糊精作为保护剂，然后快速搅拌均匀。取0.1ml氯金酸，缓慢滴加入圆底烧瓶中，可以观察到颜色变为酒红色，继续搅拌30min，备用。
取适量上述纳米金颗粒溶液进行紫外可见光谱(UV-Vis)分析、透射电子显微镜(TEM)分析。该纳米金颗粒的最大吸收峰位于524nm，且通过TEM分析可知其粒径为40±3nm，纳米金粒子呈现较好的分散性和均一性，见图1和图2。
实施例3：制备纳米金颗粒
1、试剂
2％的氯金酸、0.2mol/L抗坏血酸溶液、0.12mol/Lα-环糊精溶液，1mmol/L 1,2-双(N-十六烷基-N,N-二甲基溴化铵)-乙烷溶液，配制方法见实施例1；
2、制备方法
将100ml圆底烧瓶置于冰浴环境中，加入1ml的种子，并用超纯水稀释至26mL，然后加入0.225ml的抗坏血酸作为还原剂，加入600μL Gemini表面活性剂和3.75ml的α-环糊精作为保护剂，然后快速搅拌均匀。取0.15ml氯金酸，缓慢滴加入圆底烧瓶中，可以观察到颜色从酒红色变为紫红色，继续搅拌30min，备用。
取适量上述纳米金颗粒溶液进行紫外可见光谱(UV-Vis)分析、透射电子显微镜(TEM)分析。该纳米金颗粒的最大吸收峰位于536nm，且通过TEM分析可知其粒径为60±5nm，纳米金粒子呈现较好的分散性和均一性，见图1和图3。
实施例4：制备纳米金颗粒
1、试剂
2％的氯金酸、0.2mol/L抗坏血酸溶液、0.12mol/Lα-环糊精溶液，1mmol/L 1,2-双(N-十六烷基-N,N-二甲基溴化铵)-乙烷溶液，配制方法见实施例1；
2、制备方法
将100ml圆底烧瓶置于冰浴环境中，加入上述2中制备的种子1ml，并用超纯水稀释至26mL，然后加入0.4ml的抗坏血酸作为还原剂，加入600μL Gemini表面活性剂和3.75ml的α-环糊精作为保护剂，然后快速搅拌均匀。取0.327ml氯金酸，缓慢滴加入圆底烧瓶中，可以观察到颜色从酒红色变为紫红色，继续搅拌30min，备用。
取适量上述纳米金颗粒溶液通过透射电子显微镜(TEM)分析，可知其粒径为100±8nm，纳米金粒子呈现较好的分散性和均一性，见图1和图4。
实施例5：制备纳米金颗粒
1、试剂
2％的氯金酸、0.2mol/L抗坏血酸溶液、0.12mol/Lα-环糊精溶液，1mmol/L 1,2-双(N-十六烷基-N,N-二甲基溴化铵)-乙烷溶液，配制方法见实施例1；
2、制备方法
将100ml圆底烧瓶置于冰浴环境中，加入上述2中制备的种子1mL，，并用超纯水稀释至26mL，然后加入0.7mL的抗坏血酸作为还原剂，加入600μL Gemini表面活性剂和3.75mL的α-环糊精作为保护剂，然后快速搅拌均匀。取0.656mL氯金酸，缓慢滴加入圆底烧瓶中，可以观察到颜色从酒红色变为砖红色，继续搅拌30min，备用。
取适量上述纳米金颗粒溶液进行透射电子显微镜(TEM)分析，可知其粒径为150±10nm，纳米金粒子呈现较好的分散性和均一性，见图1和图5。
实施例6：不同保护剂制备纳米金颗粒
本实施例分别将以20μmol Gemini表面活性剂(1,2-双(N-十六烷基-N,N-二甲基溴化铵)-乙烷)、15mMα-环糊精和0.4mM柠檬酸三钠为保护剂制备的纳米金颗粒进行透射电子显微镜(TEM)分析，并与以本发明Gemini表面活性剂(1,2-双(N-十六烷基-N,N-二甲基溴化铵)-乙烷)和α-环糊精作为复合保护剂制备的纳米金颗粒进行比较，制备方法参照实施例2方法，均制备预期粒径40nm左右的纳米金颗粒，区别在于各保护剂不同，结果见图6。
结果显示，以Gemini表面活性剂作为保护剂制备的纳米金颗粒形状不规则，且有团聚现象；以α-环糊精作为保护剂制备的纳米金颗粒，形状较规则，但大小分布不均，金颗粒大多集中在45-55nm之间，颗粒偏大；以柠檬酸三钠作为保护剂制备的金纳米颗粒形状较规则，大小分布不均一，从20-60nm均有分布；以Gemini表面活性剂和α-环糊精作为复合保护剂制备的金纳米颗粒形状比较规则，接近球形，粒径分布更均一，颗粒大小集中在40±3nm，且无团聚现象。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种不同粒径超均匀球形纳米金颗粒制备方法，其特征在于，包括：
步骤1、采用化学还原法制备纳米金颗粒种子；
步骤2、取种子稀释，以Gemini表面活性剂和α-环糊精为保护剂，用抗坏血酸做还原剂，加入氯金酸并通过控制氯金酸与还原剂的用量，制备不同粒径超均匀球形纳米金颗粒。
2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤1为以柠檬酸三钠为保护剂、以硼氢化钾为还原剂与氯金酸反应制备纳米金颗粒种子。
3.根据权利要求1或2所述制备方法，其特征在于，所述纳米金颗粒种子的粒径为5-15nm。
4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤2中制备40-150nm粒径的纳米金颗粒时抗坏血酸与氯金酸摩尔比例为4-8：1。
5.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤2中每1mL种子使用18-20μmolGemini表面活性剂和10-15mmolα-环糊精。
6.根据权利要求1或5所述制备方法，其特征在于，所述Gemini表面活性剂为1,2-双(N-十六烷基-N,N-二甲基溴化铵)-乙烷。
7.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤2中每1mL种子稀释至26mL。
8.Gemini表面活性剂和α-环糊精作为保护剂在制备纳米金颗粒中的应用。
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