CN113020616A - 一种用槲皮素绿色合成纳米金的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了纳米材料合成领域内的一种用槲皮素绿色合成纳米金的方法，其采用四氯金酸溶液加入到槲皮素溶液中制备合成槲皮素‑纳米金粒子。该方法是以水作为溶剂，使用可再生生物资源槲皮素作为还原剂和稳定剂，一步法合成了槲皮素‑纳米金粒子。该合成方法有效的避免对环境的危害，合成的槲皮素‑纳米金粒子的生物相容性好，粒径小，稳定性好，合成时间短，易于大规模生产。其可应用于生物分析及医药研究领域。

Description

一种用槲皮素绿色合成纳米金的方法
技术领域
本发明属于纳米材料合成领域，具体涉及一种纳米金合成技术领域。
背景技术
纳米粒子是当前生物学家和纳米技术专家研究的热点领域，研究表明纳米粒子展现出独特和可调的物理化学特性，如导热/电性、表面增强拉曼散射、催化活性、抗菌活性和抗癌活性等，由于它们大的比表面积。金属纳米粒子（MNPs）应用更加广泛，如用于分子诊断、药物输送、药物载体、生物标记、集成电路、催化剂和抗菌剂等。
传统的物理化学法合成的纳米粒子往往不稳定且毒性高，并涉及环境污染和经济效益等问题。因此，生物活性物质作为还原剂用于合成纳米粒子，引起纳米技术专家的关注。大自然为各种生物活性物质提供了丰富的来源，以天然化合物对MNPs进行包覆可提高稳定性和降低毒性，节约了成本，提高了效益，从而开启了一个新时代。天然化合物既可以作为纳米粒子形成的还原剂和稳定剂，又可以提高了某些生物活性和生物相容性，从而可能在生物医学等领域得到应用。
纳米金是指尺寸小于100nm的金颗粒。自16世纪Paracelsus制备“饮用金”治疗精神疾病以来，纳米金便开始走向科学的舞台。金纳米颗粒由于其独特的表面等离子共振特性，近年来被用于免疫标记和无创光热治疗等。但是传统法合成的金纳米颗粒不可生物降解性阻碍了其在生物医学方面的应用，随着纳米金的应用需求增加，寻求更加高效、安全、绿色的纳米金制备方法成为关键。
天然化合物参与反应制备的纳米粒子无论是在生物相容性、粒子稳定性等方面都展现出独特的优势。无疑，通过绿色合成方法获得的高生物相容性、生物可降解的纳米金粒子，用于临床等领域一直是纳米科学技术追求的目标。
发明内容
本发明目的是提供一种用槲皮素绿色合成纳米金的方法，其采用绿色合成的理念，可有效的避免对环境的危害，合成的槲皮素-纳米金粒子的生物相容性强，粒径小，稳定性好，合成时间短，易于大规模生产。
为此，本发明采用如下技术方案：一种用槲皮素绿色合成纳米金的方法，其采用四氯金酸溶液加入到槲皮素溶液中反应制备合成纳米金粒子。
具体而言，一种用槲皮素绿色合成纳米金的方法，包括如下步骤：
（1）配制摩尔浓度4.2×10-5 M的槲皮素溶液若干毫升，置于圆底烧瓶中；
（2）用氢氧化钾和硝酸调pH到3-11，搅拌并加热至80-100℃后；
（3）加入质量浓度1%的HAuCl4•4H2O溶液，持续搅拌并加热15-60min；加热维持温度为80-100℃；所述槲皮素溶液与HAuCl4•4H2O溶液用量满足n(Au3+)：n(Q)=1:（0.17-0.18），其中n(Au3+)为金离子的摩尔数， n(Q)为槲皮素的摩尔数；
（4）结束后冷却至室温，再用up水定容到槲皮素溶液原始用量，所述溶液中含有目标产物槲皮素-纳米金粒子（记为：AuNPsQ）。
所述槲皮素可以从芦笋、卷心菜、芥菜、青椒、红枣、槐米、山楂、银杏叶及金荞麦中的一种或多种中提取获得。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
一、该合成方法绿色环保无毒。该方法以水作为溶剂，使用可再生生物资源槲皮素作为还原剂和稳定剂，一步法合成了槲皮素-纳米金粒子。槲皮素为自然界可再生生物资源，有一定的药用价值，如抑菌、抗氧化、抗炎和抗肿瘤等，相比物理化学合成纳米金的方法，更加绿色环保。绿色合成的槲皮素-金纳米粒子（AuNPsQ）在未来生物医学等领域将发挥更多的优势。
二、粒径小、用时少。本发明优化了槲皮素作为还原剂和稳定剂的合成条件，合成出的槲皮素-金纳米粒子（AuNPsQ）最小粒径为22.13±4.01nm，小于已有的用槲皮素作为还原剂合成纳米金的粒径，且制备时间短。
三、生物相容性好。槲皮素广泛存在于芦笋、卷心菜、芥菜、青椒、红枣、槐米、山楂、银杏叶、金荞麦等植物中，具有抗氧化性、抗癌活性、抗炎症等作用。槲皮素本身来源于自然界，绿色合成的槲皮素-金纳米粒子（AuNPsQ）具有生物相容性好和经济效益高等优势。
四、稳定性好。稳定性实验表明，绿色合成的AuNPsQ室温下避光保存，可持续稳定10天。
其可应用于生物分析及医药研究领域。
附图说明
图1 不同pH条件下制备的纳米金的紫外-可见光谱图。
图2 不同pH条件下槲皮素的紫外-可见光谱图，图2中的插入图（f）为四氯金酸的UV-Vis吸收光谱图。
图3 不同反应时间下制备的AuNPsQ的紫外-可见光谱图。
图4 15min反应时间合成的AuNPsQ的TEM图像。
图5 15min反应时间合成的AuNPsQ的统计直方图分析。
图6 30min反应时间合成的AuNPsQ的TEM图像。
图7 30min反应时间合成的AuNPsQ的统计直方图分析。
图8 60min反应时间合成的AuNPsQ的TEM图像。
图9 60min反应时间合成的AuNPsQ的统计直方图分析。
图10 不同温度下制备的AuNPsQ的紫外-可见光谱图。
图11 80℃反应温度合成的AuNPsQ的TEM图像。
图12 80℃反应温度合成的AuNPsQ的统计直方图分析。
图13 100℃反应温度合成的AuNPsQ的TEM图像。
图14 100℃反应温度合成的AuNPsQ的统计直方图分析。
图15 不同浓度的槲皮素制备的不同粒径AuNPsQ的紫外-可见光谱图。
图16 n(Au3+):n(Q)=1: 0.17条件下合成的AuNPsQ的TEM图像。
图17 n(Au3+):n(Q)=1: 0.17条件下合成的AuNPsQ的统计直方图分析。
图18 n(Au3+):n(Q)=1: 0.14条件下合成的AuNPsQ的TEM图像。
图19 n(Au3+):n(Q)=1: 0.14条件下合成的AuNPsQ的统计直方图分析。
图20 n(Au3+):n(Q)=1: 0.12条件下合成的AuNPsQ的TEM图像。
图21 n(Au3+):n(Q)=1: 0.12条件下合成的AuNPsQ的统计直方图分析。
图22 AuNPsQ和槲皮素的傅立叶变换红外光谱图。
图23 不同粒径的AuNPsQ在室温下15天的520nm波长下的紫外吸收值。
具体实施方式
实施例1
一种用槲皮素绿色合成纳米金的方法，具体包括如下步骤：
（1）配制摩尔浓度4.2×10-5 M的槲皮素溶液若干毫升；
（2）用氢氧化钾和硝酸调pH到11，搅拌并加热至80-100℃后；
（3）向槲皮素溶液中加入质量浓度1%的HAuCl4•4H2O溶液，持续搅拌并加热15-60min；加热维持温度为80-100℃；所述槲皮素溶液与HAuCl4•4H2O溶液用量满足n(Au3+)：n(Q)=1:（0.17-0.18），其中n(Au3+)为金离子的摩尔数， n(Q)为槲皮素的摩尔数；
（4）结束后冷却至室温，再用up水定容到槲皮素溶液原始用量，所述溶液中含有目标产物槲皮素-纳米金粒子。
本发明以水作为溶剂，使用可再生生物资源槲皮素作为还原剂和稳定剂，一步法合成了槲皮素-纳米金粒子。该槲皮素-纳米金粒子表示为AuNPsQ。纳米金的最小粒径为22.13±4.01nm，拥有高生物相容性，为后续生物医药领域的应用打下了基础。
实施例2
更优选的一种用槲皮素绿色合成纳米金的方法，具体包括如下步骤：
（1）精确配制4.2×10-5 M的槲皮素溶液100mL，置于圆底烧瓶中；
（2）用氢氧化钾和硝酸调pH到5.0，在磁力搅拌器上搅拌并加热至80℃后；
（3）迅速加入1ml 1%的HAuCl4·4H2O溶液，持续搅拌并加热15min；
（4）结束后冷却至室温，在用up水定容到100ml，溶液中含有目标产物槲皮素-纳米金粒子。
在此过程中，观察到溶液从浅黄色到蓝色再到紫红色的一系列颜色变化。这些颜色变化表明纳米金颗粒的形成。
本专利所使用的试剂均为优级纯或分析纯，实验用水为超纯水。
上述实施例1和2的数值通过如下方法优选获得：
利用紫外可见分光光度技术（UV-Vis），再结合透射电子显微镜（TEM）形貌观察和粒径分析，对AuNPsQ的合成方法进行了优化，并用傅里叶变换红外光谱法（FT-IR）对合成的纳米金进行进一步的表征。
（1）最佳反应体系pH值。精确配制4.0×10-5 M的槲皮素溶液100mL，置于圆底烧瓶中，用氢氧化钾和硝酸调到适当的pH值（分别调整到3.0、5.0、7.0、9.0和11.0），在磁力搅拌器上搅拌并加热至80℃、90℃、100℃后，迅速加入1ml 1%四氯金酸(HAuCl4·4H2O)溶液，持续搅拌并加热15min后，结束反应并冷却至室温，再用超纯 （Ultrapure，up）水定容到100mL。取反应液进行UV-Vis分析，用1cm的石英比色皿，在200-800nm范围内扫描并记录吸收光谱图，结果见图1；在同样的pH条件下（pH=3.0、5.0、7.0、9.0、11.0），同步扫描槲皮素的UV-Vis吸收光谱，结果见图2；图2中的插入图为四氯金酸的UV-Vis吸收光谱图。结果表明：在pH5.0时，530 nm波长处观察到最大紫外吸收强度。因此，选择pH 5.0作为进一步合成纳米粒子的最适pH。
（2）最优反应时间。精确配制4.0×10-5 M的槲皮素溶液100mL，置于圆底烧瓶中，调节pH到5.0，在磁力搅拌器上搅拌并加热至90℃后，迅速加入1ml 1% 的HAuCl4·4H2O溶液，持续搅拌并加热一定时间（5min、15min、30min、60min、90min），结束后冷却至室温，在用up水定容到100mL。同（1）中的方法进行UV-Vis分析，结果如图3所示。将UV-Vis分析结果最优的三个时间（15min、30min、60min）进行TEM分析，反应时间为15min、30min、60min的透射电镜图，分别见图4、6、8；与之相对应（反应时间为15min、30min、60min）的统计直方图，分别见图5、7、9。结合SPR和TEM分析结果得出：在反应时间为15min时，530 nm波长处出现最大SPR峰值，观察到颜色强度变化。因此，选择15min作为进一步合成纳米粒子的最佳反应时间。
（3）最适反应温度。精确配制4.0×10-5 M的槲皮素溶液100mL，置于圆底烧瓶中，调节pH到5.0，在磁力搅拌器上搅拌并加热至一定温度（80℃、90℃和100℃）后，迅速加入1ml1% HAuCl4·4H2O溶液，持续搅拌并加热15min，结束后冷却至室温，在用up水定容到100mL。同（1）中的方法进行UV-Vis分析，结果如图10所示，并进行TEM分析，反应温度为80℃、90℃和100℃的透射电镜图分别见图11、4、13，与之对应（温度为80℃、90℃和100℃）的统计直方图分析分别见图12、5、14。从上述图中分析可以得出：在80℃制备的金纳米粒子，粒径更小、更均一且更节能。因此，选择80℃作为合成金纳米粒子的最佳反应温度。
（4）最优的摩尔比。精确配制浓度分别为4.5×10-5 M 、4.2×10-5 M、4.0×10-5 M、3.5×10-5 M、3.0×10-5 M的槲皮素100mL溶液，并分别倒入圆底烧瓶中；调节pH到5.0，在磁力搅拌器上搅拌并加热至80℃后，迅速加入1ml 1%的HAuCl4·4H2O溶液，持续搅拌并加热15min，结束后冷却至室温，用up水定容到100mL。其金离子与槲皮素的摩尔比分别为n(Au3 +):n(Q)=1:0.18、n(Au3+):n(Q)=1: 0.17、 n(Au3+):n(Q)=1: 0.16、n(Au3+):n(Q)=1: 0.14和n(Au3+):n(Q)=1: 0.12。同（1）中的方法进行UV-Vis分析，结果如图15所示。UV-Vis分析结果发现，随着槲皮素浓度的增加，AuNPs紫外最大吸收峰蓝移，说明粒径变小；在n(Au3+):n(Q)=1: 0.18、 n(Au3+):n(Q)=1: 0.17摩尔比时，其UV-Vis吸收峰基本一致，这表明当n(Au3 +):n(Q)=1: 0.17摩尔比时，Au3+完全被还原，且半峰宽最小 ，说明粒径分布更均一。利用TEM分析了后4种不同摩尔比的纳米金形貌，透射电镜结果分别见图16、11、18、20；与之对应的统计直方图分别见图17、12、19、21。透射电镜的粒径分析结果与紫外吸收光谱结果一致。
（5）傅里叶变换红外光谱法（FT-IR）考察槲皮素-纳米金粒子（AuNPsQ）的形成。FTIR可分析槲皮素合成纳米金材料前后官能团结构的变化情况。标准槲皮素的红外光谱分析显示特征峰出现在以下波数：3295，1612，1511，1357，1315，1288，1241，1207，1160，1141，1093，998，817，595 cm-1如图22所示。在合成22.13±4.01nm AuNPsQ后，观察到这些带减弱或消失。因此，我们确定槲皮素参与了生物源AuNPsQ的合成。槲皮素的苯环特征峰，在Au3+被还原成相应的Au0的过程中，发生了结构的变化，同时观察到AuNPsQ在1369 cm-1波数处有其特征峰，为-C-H弯（面内）的振幅。槲皮素中的-C=O基团和-C=C基团也发生微弱的变化。我们可以从红外光谱分析证实，这些基团与金纳米粒子紧密的结合在一起，可以在金纳米粒子表面形成一层。因此，表面覆盖的槲皮素分子能防止纳米粒子聚集，从而稳定金纳米粒子。
（6）稳定性考察。在室温下（接近25℃）测量了不同粒径的AuNPsQ胶体在520nm波长下的吸光度，结果如图23所示。最小粒径22.13±4.01nm的纳米金，室温避光下能保持10天左右的稳定性。
根据合成条件优化研究比较得出：在pH为5.0，温度为80℃，反应时间15min, n(Au3+):n(Q)=1: 0.17时，合成的槲皮素-纳米金粒子（AuNPsQ）具有粒径小，毒性低、生物相容性好，稳定性好的特点。这一发明将为纳米金粒子在医药学等领域的开发应用提供了技术支撑。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种用槲皮素绿色合成纳米金的方法，其特征在于：采用四氯金酸溶液加入到槲皮素溶液中制备合成槲皮素-纳米金粒子。
2.根据权利要求1所述的一种用槲皮素绿色合成纳米金的方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）配制摩尔浓度4.2×10-5 M的槲皮素溶液若干毫升；
（2）用氢氧化钾和硝酸调pH到3-11，搅拌并加热至80-100℃后；
（3）向槲皮素溶液中加入质量浓度1%的HAuCl4•4H2O溶液，持续搅拌并加热15-60min；加热维持温度为80-100℃；所述槲皮素溶液与HAuCl4•4H2O溶液用量满足n(Au3+)：n(Q)=1:（0.17-0.18），其中n(Au3+)为金离子的摩尔数， n(Q)为槲皮素的摩尔数；
（4）结束后冷却至室温，再用up水定容到槲皮素溶液原始用量，所述溶液中含有目标产物槲皮素-纳米金粒子。
3.根据权利要求2所述的一种用槲皮素绿色合成纳米金的方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）配制摩尔浓度4.2×10-5 M的槲皮素溶液100ml，置于圆底烧瓶中；
（2）调pH到5.0，在磁力搅拌器上搅拌并加热至80℃后；
（3）迅速加入1ml 1%的HAuCl4•4H2O溶液，持续搅拌并加热15min；
（4）结束后冷却至室温，在用up水定容到100ml，所述溶液中含有目标产物槲皮素-纳米金粒子。
4.根据权利要求1或2所述的一种用槲皮素绿色合成纳米金的方法，其特征在于：所述槲皮素从芦笋、卷心菜、芥菜、青椒、红枣、槐米、山楂、银杏叶及金荞麦中的一种或多种中提取获得。
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Application publication date: 20210625

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