納米金顆粒的晶種法制備及表征

朱文壯，劉軼群，孟 賡

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物醫(yī)學(xué)院，北京海淀100193 ； 2. 北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院儀器中心，北京海淀100871)

納米金顆粒以其良好的導(dǎo)電性、穩(wěn)定性、生物相容性、表面光學(xué)特性等，在光學(xué)、催化、電子、免疫診斷、生物傳感器、生物影像、藥物傳送等方面有不可替代的作用，近年來(lái)生物技術(shù)與納米技術(shù)深入結(jié)合研究已經(jīng)成為生物醫(yī)學(xué)研究的前沿和熱點(diǎn)領(lǐng)域[1-7]。目前，納米金顆粒制備方法包括液相還原法、模板法、光化學(xué)法、電化學(xué)法、微波法、晶種法[8-11]等，其中液相還原法是制備納米金顆粒的經(jīng)典方法，目前已報(bào)道液相還原法常用的還原劑包括檸檬酸鈉、硼氫化鈉、抗壞血酸、白磷、過(guò)氧化氫等[12-14]，但是此方法制備的膠體金顆粒粒徑較小，且均一性、穩(wěn)定性不理想。本工作通過(guò)晶種生長(zhǎng)法，先以硼氫化鈉作為還原劑制備晶種，然后采用抗壞血酸作為還原劑，通過(guò)改變加入氯金酸的用量，嚴(yán)格控制抗壞血酸和晶種用量，進(jìn)一步制備出粒徑更大、表面光滑、粒徑均一的球形納米金顆粒，并利用透射電鏡和紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)對(duì)不同粒徑的納米金顆粒進(jìn)行表征。

1 材料與方法

1.1 試劑和儀器 氯金酸(HAuCl4·4H2O,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；檸檬酸三鈉(Na3C6H5O7·2H2O，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；硼氫化鈉(NaBH4，Sigma公司)；抗壞血酸(C6H8O6，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；試驗(yàn)用水為經(jīng)過(guò)超純水裝置(Milli-Q Advantage公司)凈化的二次去離子水，電阻率≥18.2 mΩ·cm，25 ℃。UV-Vis吸收光譜采用IMPLEN N50 Touch測(cè)得；樣品的尺寸、形貌表征采用FEI Talos 200型透射電子顯微鏡進(jìn)行。

1.2 方法

1.2.1 晶種納米金顆粒的制備 所用容器用王水處理，然后用超純水清洗干凈，烘干備用。將1 g氯金酸溶于50 mL超純水中配置成母液備用，硼氫化鈉配置成濃度為0.1 mol/L溶液，現(xiàn)配現(xiàn)用，檸檬酸三鈉配置成濃度為0.04 mol/L溶液備用。取250 mL圓底燒瓶，加入100 mL超純水，然后加入0.7 mL氯金酸和1 mL檸檬酸三鈉，室溫?cái)嚢杈鶆蚝笱杆偌尤? mL新鮮配置的硼氫化鈉溶液，快速攪拌均勻后調(diào)慢攪拌速度，室溫繼續(xù)反應(yīng)30 min，即可得到15 nm晶種納米金顆粒。

1.2.2 不同粒徑納米金顆粒制備 為獲得分散性好、尺寸均一、性質(zhì)穩(wěn)定的不同粒徑納米金顆粒，試驗(yàn)以15 nm納米金顆粒為種子，采用晶種生長(zhǎng)法，以檸檬酸三鈉為保護(hù)劑，以抗壞血酸為還原劑，進(jìn)一步生長(zhǎng)成不同粒徑納米金顆粒。

將100 mL圓底燒瓶置于冰浴環(huán)境中，加入1 mL的晶種，并用超純水稀釋至30 mL，然后加入0.225 mL的抗壞血酸作為還原劑，加入 0.03 mL的檸檬酸三鈉作為保護(hù)劑，然后快速攪拌均勻。取0.15 mL氯金酸，緩慢滴加入圓底燒瓶中，可以觀察到顏色從酒紅色變?yōu)樽霞t色，繼續(xù)攪拌30 min，最終可獲得60 nm納米金顆粒。按照以上方法，可以分別制備40 nm、80 nm、100 nm、150 nm及200 nm納米金顆粒。隨著納米金顆粒粒徑變大，顏色由酒紅色變?yōu)樽霞t色直至變成磚紅色。

1.3 制備的納米金顆粒表征 采用FEI Talos 200型透射電子顯微鏡對(duì)制備的不同粒徑的納米金顆粒進(jìn)行尺寸和形貌表征，采用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)在波長(zhǎng)200～800 nm范圍內(nèi)測(cè)定納米金顆粒的吸收光譜。

2 結(jié)果

2.1 UV-Vis吸收光譜表征 圖1為不同粒徑的納米金顆粒的紫外-可見(jiàn)吸收光譜分析。從圖中可以看出，粒徑不同的膠體金，其等離子共振吸收峰的位置不同，隨著粒徑的增大，其共振吸收峰發(fā)生變大紅移。當(dāng)納米金顆粒粒徑為40 nm時(shí)，其紫外-可見(jiàn)吸收測(cè)得其特征吸收峰在524 nm處，當(dāng)納米金顆粒粒徑逐漸增大到60、80、100 nm時(shí)，納米金顆粒的特征吸收峰也隨之紅移變大，吸收峰由536 nm逐步紅移到549、564 nm，隨著納米金顆粒粒徑的增大，特征吸收峰也變得更寬。當(dāng)納米金顆粒粒徑增大到150～200 nm時(shí)，未檢測(cè)到其特征吸收峰值。

圖1 納米金顆粒的紫外-可見(jiàn)吸收峰a：40 nm納米金顆粒吸收峰; b：60 nm納米金顆粒吸收峰; c：80 nm納米金顆粒吸收峰; d：100 nm納米金顆粒吸收峰

2.2 納米金顆粒的形貌表征 從封三彩版圖2(a)中可以看出，隨著納米金顆粒粒徑從40 nm增大到200 nm，溶膠顏色從酒紅色變?yōu)樽霞t色直至變成磚紅色，納米金顆粒溶膠顏色澄清透明，說(shuō)明金顆粒分散性較好，沒(méi)有聚集出現(xiàn)。從封三彩版圖2(b～f)可以觀察到，納米金顆粒的粒徑分別為40 nm，60 nm，100 nm，150 nm和200 nm，此5種粒徑的納米金顆粒均是以15 nm金顆粒為種子生長(zhǎng)所得。隨著納米金顆粒的粒徑增大，其粒徑分布絕對(duì)值范圍也增大，但其偏差小，納米金粒子分散性好，表面光滑，成均勻規(guī)整的球形，且分布均勻，邊界清晰，未出現(xiàn)粘連及聚集現(xiàn)象。

圖2 納米金顆粒的形貌表征

a： 不同粒徑納米金顆粒圖片; b： 40 nm電鏡圖片; c： 60 nm電鏡圖片; d： 100 nm電鏡圖片;e： 150 nm電鏡圖片; f： 200 nm電鏡圖片

3 討論

納米金顆粒的制備至今已有幾十年的研究歷史，制備粒徑均一、分散性好、性質(zhì)穩(wěn)定的不同粒徑納米金顆粒是目前科研工作者亟需解決的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。納米金顆粒制備主要采用液相還原法，通過(guò)加入還原劑還原氯金酸制備，過(guò)程包括直接生長(zhǎng)法和晶種生長(zhǎng)法兩種方法，制備的膠體金顆粒粒徑大小及均一度均不理想，因此急需建立一種操作簡(jiǎn)單方便，制備顆粒均一、穩(wěn)定的方法。

本試驗(yàn)以硼氫化鈉為還原劑，檸檬酸鈉為保護(hù)劑，制備了15 nm金顆粒，以15 nm金顆粒為種子，采用晶種生長(zhǎng)法，以抗壞血酸為還原劑，檸檬酸鈉為保護(hù)劑，制備了40～200 nm不同尺寸的、分布均勻的球形納米金顆粒。通過(guò)紫外-可見(jiàn)吸收光譜驗(yàn)證，隨著納米金粒子粒徑增加，納米金粒子的特征吸收峰出現(xiàn)紅移增大，且峰寬變大。通過(guò)掃描電鏡觀察，合成的納米金顆粒成規(guī)則球形均勻分布，分散性好，粒徑均一。

納米金顆粒作為檢測(cè)探針已經(jīng)應(yīng)用于核酸、蛋白及小分子化合物的檢測(cè)中，它具有操作簡(jiǎn)單、靈敏、迅速、適用范圍廣等特點(diǎn)。本試驗(yàn)制備的納米金顆粒具有良好的分散性，粒徑均一，性質(zhì)穩(wěn)定，可重復(fù)性好，容易規(guī)模放大等優(yōu)點(diǎn)，作為檢測(cè)探針應(yīng)用在膠體金試紙條檢測(cè)產(chǎn)品中，可以顯著提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性及靈敏性，降低檢測(cè)背景。