一種制備金屬納米粒子的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種以水溶性金屬氯化物和金屬氫化物為原料一步法制備金屬納米粒子的方法，其中所述的金屬納米粒子在室溫和常規(guī)貯存條件下可穩(wěn)定6個(gè)月以上，在中性pH、酸性pH(<7)和堿性pH(>7)的情況下保持膠體和分散性質(zhì)，并且在低溫(甚至冷凍)、高溫和低壓、高壓的情況下也能保持其穩(wěn)定性和膠體性質(zhì)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種制備金屬納米粒子的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種以水溶性金屬氯化物和金屬氫化物為原料一步法制備金屬納米粒子的方法。具體來(lái)講，本發(fā)明涉及一種制備金屬納米粒子的方法，其中所述的金屬納米粒子在室溫和常規(guī)貯存條件下可穩(wěn)定6個(gè)月以上，在中性pH、酸性pH(〈7)和堿性pH(>7)的情況下保持其膠體和分散性質(zhì)，并且在低溫(甚至冷凍)、高溫和低壓、高壓的情況下也能保持其穩(wěn)定性和膠體性質(zhì)。
[0002]本發(fā)明的【背景技術(shù)】和現(xiàn)有技術(shù)
[0003]納米技術(shù)中的最新發(fā)展已集中于開(kāi)發(fā)用于合成較小的功能性納米結(jié)構(gòu)/納米粒子的方法，由于這些結(jié)構(gòu)/粒子具有與納米尺寸/結(jié)構(gòu)相關(guān)的獨(dú)特功能特征，因而賦予其在諸如生物醫(yī)學(xué)、化學(xué)、能源和電子等行業(yè)中更好的應(yīng)用[0.V.Salata，納米生物技術(shù)雜志，2004，2，3]。對(duì)于這些應(yīng)用中的大部分，金屬納米粒子是通過(guò)在極性和非極性溶劑中還原金屬鹽而合成的[Y.Li，S.Liu，T.Yao，Z.Sun，Z.Jiang，Y.Huang，H.Cheng，Y.Huang，Y.Jiang，Z.Xie，G.Pan，W.Yan，S.Wei，道爾頓匯刊，2012，41 ]。由于非極性溶劑具有在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持還原劑活性的優(yōu)勢(shì)，因此在許多應(yīng)用中優(yōu)選使用非極性溶劑[N.Zheng，J.Fan，G.D.Stucky，美國(guó)化學(xué)會(huì)會(huì)志，2006,128,6550]。Jun等人[B.H.Jun，D.H.Kim，K J Lee，美國(guó)專(zhuān)利號(hào)US7867316B2，2011]描述了一種生產(chǎn)金屬納米粒子的方法，其中金屬前體溶解于非極性溶劑中，而且包覆分子溶液也在非極性溶劑中制備。所用方法需要在將這些溶液從60°C加熱至120 °C并持續(xù)加熱I小時(shí)，來(lái)合成小于20nm的納米粒子。Lee和Wan [ C.L.Lee和C.C.ffan，美國(guó)專(zhuān)利號(hào)US6572673B2，2003年]開(kāi)發(fā)了一種制備金屬納米粒子的方法，包括使用反應(yīng)金屬鹽和具有陰離子基團(tuán)、硫酸基或磺酸基的還原劑。在這種方法中，在具有表面活性劑的水溶液中，使用NaBH4作為還原劑，來(lái)實(shí)現(xiàn)金屬納米粒子的粒徑控制合成。Yang等人[Z.Yang，H Wang，Z Xu，美國(guó)專(zhuān)利號(hào)US7850933B2,2010]描述了一種合成納米粒子的方法，該方法以用水制備的金屬氯化物溶液為原料，并需要在50-140 °C進(jìn)行加熱。McCormick等人[C.L.McCormick，Andrew B.Lowe ,B.S.Sumer I in，美國(guó)專(zhuān)利號(hào) 8084558B2,2011]成功制備了巰基功能化的過(guò)渡金屬納米粒子，然后用共聚物來(lái)實(shí)現(xiàn)表面改性。Oh等人[S.G.0h，S.C.Yi，3.511丨11，0.￥.燈111，5.!1.如0即，美國(guó)專(zhuān)利號(hào)666005881，2003]突出了在溶液中使用表面活性劑來(lái)制備銀和含銀合金納米粒子，表面活性劑由于其本身的固有屬性，可被吸收進(jìn)入不同相之間的兩個(gè)界面內(nèi)。上述方法，要么需要使用有機(jī)溶劑來(lái)合成金屬納米粒子，要么使用多步工藝來(lái)合成金屬納米粒子。
[0004]可以參照雜志，即Salata發(fā)表的“納米生物技術(shù)雜志，2004，2，3”，其中寫(xiě)到，納米技術(shù)的最新發(fā)展集中于開(kāi)發(fā)用于合成較小的功能性納米結(jié)構(gòu)/納米粒子的方法，由于這些結(jié)構(gòu)/粒子具有與納米尺寸/結(jié)構(gòu)相關(guān)的獨(dú)特功能特征，因而賦予其在諸如生物醫(yī)學(xué)、化學(xué)、能源和電子等行業(yè)中更好的應(yīng)用。
[0005]可以參照雜志，S卩Li等人發(fā)表于《道爾頓匯刊》2012年第41卷，頁(yè)碼范圍11725-11730的一篇文章，其中金屬納米粒子是通過(guò)在極性和非極性溶劑中還原金屬鹽而合成的。
[0006]可以參照Z(yǔ)heng等人發(fā)表于《美國(guó)化學(xué)會(huì)會(huì)志》2006年第128卷，起始頁(yè)碼6550的一篇文章，其中寫(xiě)到，由于非極性溶劑具有在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持還原劑活性的優(yōu)勢(shì)，因此在許多應(yīng)用中優(yōu)選使用非極性溶劑。
[0007]可以參照專(zhuān)利號(hào)為“US7867316B2”、【公開(kāi)日】期為2011年、發(fā)明人為Jun等人的美國(guó)專(zhuān)利，其中描述了一種生產(chǎn)金屬納米粒子的方法，該方法將金屬前體溶解于非極性溶劑中，而且在非極性溶劑中制備包覆分子溶液。所用方法需要將這些溶液從60°C加熱至120°C并持續(xù)加熱I小時(shí)，來(lái)合成小于20nm的納米粒子。
[0008]可以參照專(zhuān)利號(hào)為“US6572673B2”、【公開(kāi)日】期為2003年、發(fā)明人為L(zhǎng)ee和Wen的美國(guó)專(zhuān)利，其中描述了一種制備金屬納米粒子的方法，包括使用反應(yīng)金屬鹽和具有陰離子基團(tuán)、硫酸基或磺酸基的還原劑。在這種方法中，在具有表面活性劑的水溶液中使用NaBH4作為還原劑，以實(shí)現(xiàn)金屬納米粒子的粒徑控制合成。
[0009]可以參照專(zhuān)利號(hào)為“US7850933B2”、【公開(kāi)日】期為2010年、發(fā)明人為Yang等人的美國(guó)專(zhuān)利，其中描述了一種合成納米粒子的方法，該方法以用水制備的金屬氯化物溶液為原料，并需要在50-140 °C進(jìn)行加熱。
[0010]可以參照專(zhuān)利號(hào)為“8084558B2”、【公開(kāi)日】期為2011年、發(fā)明人為McCormick等人的美國(guó)專(zhuān)利，其中制備了巰基功能化的過(guò)渡金屬納米粒子，然后用共聚物實(shí)現(xiàn)表面改性的目的。
[0011]可以參照專(zhuān)利號(hào)為“6660058B1”、【公開(kāi)日】期為2003年、發(fā)明人為Oh等人的美國(guó)專(zhuān)利，其中描述了在溶液中使用表面活性劑來(lái)制備銀和含銀合金納米粒子，表面活性劑由于其本身的固有屬性，可被吸收進(jìn)入不同相之間的兩個(gè)界面內(nèi)。
[0012]由于應(yīng)用化學(xué)還原試劑進(jìn)行了金屬前體的可控性還原，在使用非極性溶劑的方法中，可以得到高度單分散性納米粒子。這就使得在大多數(shù)用于合成金屬納米粒子的方法中，最好是選擇非極性溶劑。盡管這些納米粒子的合成方法具有若干優(yōu)點(diǎn)，但它們都需要多個(gè)反應(yīng)步驟來(lái)控制納米粒子的粒徑并達(dá)到較高的穩(wěn)定性。其次，考慮到成本效益和對(duì)環(huán)境的不良影響，大多數(shù)非極性溶劑的使用是不可取的。
[0013]因此，期望開(kāi)發(fā)一種快速且性?xún)r(jià)比高的在極性溶劑中合成金屬納米粒子的方法。然而，具體描述還原化學(xué)試劑在這些溶劑中的作用的報(bào)告和方法并不多，其中這些還原劑在水中的強(qiáng)還原力可以用來(lái)還原金屬鹽。因此，迫切需要開(kāi)發(fā)在室溫下合成金屬納米粒子的方法。
[0014]發(fā)明目的
[0015]本發(fā)明的主要目的是提供一種以水溶性金屬氯化物和金屬氫化物為原料一步法制備金屬納米粒子的方法。
[0016]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供在極性溶劑中使用諸如LiBH4的化學(xué)還原試劑進(jìn)行高度分散性金屬粒子的快速合成。
[0017]本發(fā)明的又一個(gè)目的是開(kāi)發(fā)以水溶性金屬氯化物和金屬氫化物為原料來(lái)制備各種粒徑的金屬納米粒子(2、5、20和30nm)的方法。
[0018]本發(fā)明的又一個(gè)目的是開(kāi)發(fā)一種方法，其中，所合成出來(lái)的金屬納米粒子在性質(zhì)上將會(huì)是高度的膠體性和分散性，并且在常溫下具有較長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定性。
[0019]本發(fā)明的又一個(gè)目的是開(kāi)發(fā)一種方法，來(lái)測(cè)試這些金屬納米粒子在不同的物理、化學(xué)和生物環(huán)境下的穩(wěn)定性，這些納米粒子能夠在3-12范圍內(nèi)的不同pH值條件下保持膠體性和分散性。
[0020]本發(fā)明的又一個(gè)目的是開(kāi)發(fā)一種金屬納米粒子的制備方法，這種納米粒子在高溫下(測(cè)試溫度為室溫[25-35°C]和約120°C)以及高壓下(大氣壓和151bs)應(yīng)當(dāng)保持其膠體性質(zhì)。
[0021]本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種合成超小粒徑(約2nm)納米粒子的方法，該納米粒子可提供較大的比表面積，從而實(shí)現(xiàn)不同的用途。
[0022]本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種簡(jiǎn)單的一步法合成金屬粒子的方法，該方法克服了其它冗長(zhǎng)和繁瑣工藝的復(fù)雜性。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為常溫下[25°(:]含有不同摩爾濃度1^8!14(0.02111]\1、0.04111]\1、0.08111]\1、0.17111]\1、0.33mM、0.66mM、1.32mM、2.64mM、5.28mM、8mM和 10.56mM)的AuCl3水溶液中的金納米粒子膠體懸浮液的光學(xué)圖像的透視圖。在本發(fā)明中，可通過(guò)改變還原劑的濃度控制所述粒徑。從圖1中所示的膠體懸浮液的色彩漸變可以明顯看出這一點(diǎn)。
[0024]圖2 為常溫下[25°C ]在含有不同摩爾濃度 LiBH4(0.08mM、0.17mM、0.33mM、0.66mM、1.32mM、2.64mM、5.28mM、8mM)的AuCl3水溶液中合成的金納米粒子膠體懸浮液的紫外可見(jiàn)光譜的透視圖。
[0025]圖3為常溫下[25°C]在含有2.64mM濃度的LiBH4的AuCl3水溶液中合成的超小粒徑(約2nm)金納米粒子的動(dòng)態(tài)光散射(DLS)圖和透射電鏡(TEM)圖的透視圖。
[0026]圖4為金納米粒子膠體懸浮液的光學(xué)圖像的透視圖，其中，該金納米粒子膠體懸浮液在常溫下[25°C]，利用溶于AuCl3水溶液中的2.64mM濃度的LiBH4合成并處于不同pH值緩沖液[膠體溶液的PH值為3、5、7、9、1和10.6 ]。該膠體溶液pH值的變化是這樣完成的:檸檬酸鹽緩沖液用于將pH值從3改變到5，磷酸鹽緩沖液用于將pH值從5改變到8，而NaOH-HCl緩沖液用于將pH值從9改變到10.6。
[0027]圖5為在含有2.64mM濃度的LiBH4的RuCl3溶液中合成的超小粒徑(約2nm)釕粒子的TEM圖像的透視圖。
[0028]圖6為利用L-賴(lài)氨酸、FITC、FITC和賴(lài)氨酸對(duì)AuNP進(jìn)行功能化的透視圖。(I)-賴(lài)氨酸熒光(Ex/Em-355/?435)，(a)賴(lài)氨酸，(b)LBH-AuNP-賴(lài)氨酸(AL)以及(c)LBH-AuNP-FITC-賴(lài)氨酸(AFL)。(II)-FITC熒光(Ex/Em-488/520)，(a)FITC，(b)AuNP-FITC以及(c)AuNP-FITC-賴(lài)氨酸和顯示b&c的放大光譜圖的插圖。(Ill)-(a) LBH-AuNP的紫外可見(jiàn)光譜(b) LBH-AuNP-FITC(AF)的紫外可見(jiàn)光譜，(C)LBH-AuNP-賴(lài)氨酸(AL)的紫外可見(jiàn)光譜，(d)LBH-AuNP-FITC-賴(lài)氨酸(AFL)的紫外可見(jiàn)光譜和顯示相應(yīng)的膠體著色溶液圖像的插圖。(IV)相應(yīng)功能化的TEM圖像，(a)的比例尺為50nm，(b)、(c)和⑷的比例尺為20nmo
[0029]圖7為功能化檸檬酸鹽AuNP的光學(xué)圖像的透視圖。(a)AuNP，(b)AuNP-FITC，(c)AuNP-賴(lài)氨酸(沉淀后)，(d)AuNP-賴(lài)氨酸-FITC(沉淀后)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0030]因此，本發(fā)明提供了一種制備金屬納米粒子的方法，包括以下步驟:
[0031]a)制備金屬鹽的水溶液；
[0032]b)制備還原劑溶液；
[0033]c)將在步驟(b)中獲得的還原劑溶液與在步驟(a)中得到的所述溶液在25-35°C下攪拌1-15分鐘，從而獲得金屬納米粒子。
[0034]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所用金屬鹽選自由下列各物質(zhì)組成的組:AuCl3、AgCl、HAuCl4、RuCl3、H2PtCl6、PdCl2、CuCl2 和 PtCl4。
[0035]在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，還原劑溶液用水或步驟(a)得到的金屬鹽溶液制備。
[0036]在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，由步驟(a)得到的金屬鹽溶液制備的所述還原劑溶液直接按照步驟(C)攪拌5-15分鐘，從而獲得金屬納米粒子。
[0037]在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，用于制備水溶液的所述還原劑為L(zhǎng)iBH4。
[0038]在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，用于制備步驟(a)中得到的金屬鹽溶液的所述還原劑選自由下列各物質(zhì)組成的組:LiBH4、NaBH4、檸檬酸鹽、肼、MBA、硼酸胺和亞磷酸。
[0039]在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，由步驟(a)得到的金屬鹽溶液制備的所述還原劑溶液直接按照步驟(C)攪拌1-15分鐘，從而獲得金屬納米粒子。
[0040]在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，所述納米粒子在pH值為3-12的范圍內(nèi)是穩(wěn)定的。
[0041]在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，所述納米粒子4_130°C范圍內(nèi)的溫度下和大氣壓至151bs范圍內(nèi)的壓力下表現(xiàn)出穩(wěn)定的膠體性質(zhì)。
[0042]在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，所述金屬納米粒子通過(guò)使金屬納米粒子的配基功能化，用于制備感測(cè)納米探針。
[0043]在又一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種制備配基功能化金屬納米粒子的方法，包括以下步驟:
[0044]a)將大分子與金屬NP在一起孵育；
[0045]b)在步驟(a)得到的大分子功能化的金屬NP上孵育小分子。
[0046]在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，功能性AuNP和雙配基功能化AuNP通過(guò)置換/釋放存在于AuNP表面上的功能化分子，來(lái)檢測(cè)與AuP具有高親和力的分子。
[0047]在本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，所述金屬納米粒子的尺寸介于約2_5nm的范圍內(nèi)，所述金屬納米粒子顯示出強(qiáng)烈的表面等離子共振(SPR)，在酸性pH(3、5、7)和堿性pH(9、10、10.6)下可保持天然膠體狀態(tài)，并且在室溫下(25-35 0C)可穩(wěn)定6個(gè)月以上。
【具體實(shí)施方式】
[0048]在本文中所使用的“金屬納米粒子”不僅是指平均直徑約2nm的超小納米粒子，并且也指納米粒子，納米粒子是指平均直徑超過(guò)2nm的金屬粒子。
[0049]本發(fā)明提供了一種簡(jiǎn)單且快速的以金屬前體(金屬氫化物和金屬氯化物)為原料并在諸如LiBH4的還原劑存在下生產(chǎn)金屬納米粒子的方法。用于合成金屬納米粒子的方法可描述如下:將適當(dāng)摩爾濃度的金屬氯化物/氫化物溶于諸如水的極性溶劑中，并以可控的方式使其與固體LiBH4發(fā)生反應(yīng)。這種方法非常獨(dú)特，它只需要一個(gè)步驟，而且所述金屬氯化物/氫化物的水溶液用于溶解還原劑，從而瞬時(shí)生成金屬粒子。由于在這種方法中，當(dāng)LiBH4與金屬氯化物/氫化物的水溶液接觸時(shí)迅速被氧化，因此發(fā)生快速合成反應(yīng)。
[0050]本發(fā)明提供的利用諸如LiBH4的一系列化學(xué)還原劑溶液制備金屬納米粒子，是通過(guò)在常溫下將這些還原劑溶于金屬氯化物/氫化物的水溶液中來(lái)制備的。通過(guò)改變氯化物/氫化物水溶液中的化學(xué)還原劑的摩爾濃度，這種簡(jiǎn)易合成方法可用于控制粒徑。據(jù)觀察，這些金屬粒子在性質(zhì)上具有高度的膠體性和分散性，并且在室溫下[25-35°C]可穩(wěn)定6個(gè)月以上。
[0051]本發(fā)明提供了創(chuàng)建的不同的物理和化學(xué)環(huán)境，并且據(jù)觀察，這些金屬粒子能夠在3-12范圍內(nèi)的不同pH值條件下(3、5、7、9、1、10.6)保持其膠體性和分散性。而且，應(yīng)用本發(fā)明合成的粒子可耐受高濃度氯化鈉，并可在高溫和高壓條件下保持其膠體性。
[0052]在本發(fā)明中所使用的技術(shù)涉及在水溶液中加入還原劑和金屬前體的獨(dú)特的組合。這個(gè)過(guò)程可瞬時(shí)產(chǎn)生平均直徑為約2nm、分散性良好的超小金屬納米粒子。通過(guò)改變還原劑和金屬鹽的摩爾濃度的比值，本發(fā)明中的這種相同的方法還可以用于制備平均直徑大于2nm的金屬納米粒子。通過(guò)選擇溶解于水溶液中的還原劑和金屬氯化物/氫化物合適的摩爾比，可以獲得許多各種不同的的金屬粒徑。
[0053]利用本發(fā)明可以獲得超小金屬納米粒子(粒子的平均直徑為約2nm)。這些金屬粒子可以用來(lái)連接多種有機(jī)和無(wú)機(jī)分子。
[0054]本發(fā)明描述了在諸如金屬粒子的水溶液的極性溶劑中制備這些粒子。本發(fā)明中所述的金屬粒子具有多種優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于納米藥物、藥物遞送、生物醫(yī)學(xué)診斷、細(xì)胞成像，以及該金屬粒子具有在多個(gè)生理?xiàng)l件下不宜使用非極性溶劑時(shí)與生物分子的相容性。
[0055]在本發(fā)明中，通過(guò)將LiBH4溶解于含有金屬氯化物的Mill1-Q級(jí)水中來(lái)制備一系列不同摩爾濃度的LiBH4溶液。圖1顯示了金納米粒子膠體懸浮液的代表性光學(xué)圖像。在LiBH4的摩爾濃度較低時(shí)，即從0.17mM增加到1.32mM，膠體溶液呈淺藍(lán)色;而當(dāng)摩爾濃度繼續(xù)增加時(shí)，即從2.64mM增加到10.56mM，這些粒子膠體懸浮液呈酒紅色。
[0056]圖2顯示了室溫下[25°C]在不同摩爾濃度的LiBH4(0.08mM、0.17mM、0.33mM、0.66mM、1.32mM、2.64mM、5.28mM、8mM)條件下合成的金納米粒子膠體懸浮液的代表性紫外可見(jiàn)光譜。通過(guò)利用本發(fā)明，通過(guò)改變所述還原劑的濃度，開(kāi)發(fā)的該方法能夠控制粒子尺寸。從圖1中所示的膠體懸浮液的顏色變化也可以明顯看出這一點(diǎn)。
[0057]對(duì)于其它方法難以完成的超小金屬納米粒子的制備，本發(fā)明也具有其獨(dú)特性。如圖3所示，從DLS和TEM獲得了用于決定超小金納米粒子的尺寸的代表性信息。通過(guò)利用本發(fā)明所述的方法制備的金屬粒子在性質(zhì)上具有高度的膠體性和分散性。即使在室溫下[25-35°C ]儲(chǔ)存6個(gè)月以后，這些粒子依然能分散在水中。
[0058]利用本發(fā)明，所合成的粒子在介于3-12范圍內(nèi)的不同pH值(3、5、7、9、10和10.6)條件下能夠保持其膠體性和分散性，并且代表性的膠體懸浮液的光學(xué)圖像如圖4所示。利用本發(fā)明制備金屬粒子的方法可用于制備在不同類(lèi)型的物理、化學(xué)和生物環(huán)境下高度穩(wěn)定的粒子。而且，這些金屬粒子可耐受高濃度的氯化鈉和其它堿金屬氯化物，并且在高溫(測(cè)試溫度為室溫和約120°C)高壓(大氣壓和151bs)條件下保持其膠體穩(wěn)定性。
[0059]利用本發(fā)明，可完成超小粒徑金屬粒子的水基簡(jiǎn)易合成，這些粒子具有較大的比表面積，并且可用于連接各種有機(jī)和無(wú)機(jī)分子。在水基金屬粒子的合成中，本發(fā)明所用方法可擴(kuò)展到使用其它還原劑，例如LiAlH4和其它堿金屬鋁氫化物(alanides)、NaBH4和其它堿金屬硼氫化物、檸檬酸鹽、肼、MBA、硼酸胺和亞磷酸等。利用本發(fā)明所用方法合成的所述金屬粒子可耐受用于功能化的較高濃度生物分子。這些金屬粒子可通過(guò)不同有機(jī)和無(wú)機(jī)分子的官能團(tuán)進(jìn)行單一功能化和聯(lián)合功能化，從而生成二重性納米粒子。
[0060]本發(fā)明中論述的同樣的方法也可用于在水溶液中生成其它超小粒徑的金屬粒子。圖5顯示了釕超小納米粒子的代表性TEM圖像。
[0061 ] 實(shí)施例
[0062]通過(guò)示出的方式給出了下述實(shí)施例，因此，這些實(shí)施例不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。
[0063]實(shí)施例1-2
[0064]制備金屬納米粒子
[0065]實(shí)施例1
[0066]用水配制2ml、濃度為I% (質(zhì)量/體積)的AuCl3溶液，然后再加入248ml水進(jìn)行稀釋。通過(guò)在室溫下[25°C]強(qiáng)烈攪拌，上述溶液用于制備一系列的LiBH4溶液，LiBH4在用Mi 11 1-Q級(jí)水配制的AuCl3溶液中的濃度分別為0.02mM、0.04mM、0.08mM、0.17mM、0.33mM、0.66mM、1.32mM、2.64mM、5.28mM、8mM和 10.56mM。在將LiBH4溶于AuCl3溶液的不到 15分鐘的時(shí)間里，我們已觀察到了金納米粒子的生成，不同摩爾濃度LiBH4下的金納米粒子的膠體懸浮液的光學(xué)圖像如圖1所示。
[0067]實(shí)施例2
[0068]利用248ml水溶解，配制了一系列LiBH4溶液，LiBH4溶液的濃度分別為0.02mM、
0.04111]\1、0.08111]\1、0.17111]\1、0.33111]\1、0.66111]\1、1.32111]\1、2.64111]\1、5.28111]\1、8111]\1和10.56111]\1。將這些LiBH4溶液加入到用水配制的2ml、濃度為I % (W/V)的AuCl3溶液，同時(shí)強(qiáng)烈攪拌5分鐘，并且生成了膠體納米粒子。包括配制LiBH4溶液和與AuCl3混合在內(nèi)的反應(yīng)在不到15分鐘的時(shí)間里就完成了。隨著LiBH4濃度從0.02mM增加到10.56mM，可以觀察到膠體溶液的顏色從藍(lán)色變?yōu)榧t色。未觀察到實(shí)施例1和實(shí)施例2制備的AuNP在光學(xué)性能方面的差異。
[0069]實(shí)施例3
[0070]利用實(shí)施例1和實(shí)施例2中所描述的方法，在室溫下[25°C]并且LiBH4濃度為2.65mM時(shí)，制備分散性良好的超小釕納米粒子的膠體水溶液(使用的重量體積比為I % )。[0071 ] 實(shí)施例4-7
[0072]金納米粒子的穩(wěn)定性
[0073]實(shí)施例4
[0074]為了調(diào)整AuNP膠體溶液的pH值，在5ml AuNP中分別加入0.2yL、0.4yL、8yL和12yL的IN NaOH，這使pH值分別變?yōu)?、9、10和10.8其中，AuNP是利用2.64mM的LiBH4合成的。
[0075]為了調(diào)整AuNP膠體溶液的pH值處于酸性范圍，在5ml AuNP中分別加入0.4yL、lyL、10yL、12yL和25yL的IN NaOH，這使pH值分別變?yōu)?、6、5、4和3，其中，AuNP是利用2.64mM的LiBH4合成的。
[0076]分別在這些pH值條件下觀察了這些粒子的穩(wěn)定性。結(jié)果未觀察到實(shí)施例1和實(shí)施例2制備的AuNP在光學(xué)性能方面的差異。
[0077]實(shí)施例5
[0078]在室溫下[25°C]溶有2.64mM LiBH4的AuCl3水溶液中合成的5ml金納米粒子膠體懸浮液，并使其處于不同PH值的緩沖液中(范圍介于3-11)。在5ml AuNP溶液分別加入5ml檸檬酸鹽pH緩沖液(pH值范圍為3-5)、5ml磷酸鹽pH緩沖液(pH值為5、6和8)和5ml NaOH-HCl pH緩沖液(pH值范圍為9-10.6)，均表現(xiàn)為穩(wěn)定的膠體懸浮液(圖1)。
[0079]實(shí)施例6
[0080]利用本發(fā)明所描述的方法制備的高度分散性金粒子膠體水溶液，在高溫(測(cè)試溫度為約120°C)和高壓(測(cè)試壓力為約151bs)環(huán)境下可保持其膠體性。在室溫下[25°C]溶有2.64mM LiBH4的AuC13水溶液中合成的5ml金納米粒子膠體懸浮液，置于溫度為121.5°C、壓力為151bs的高壓滅菌釜內(nèi)處理20分鐘。結(jié)果未觀察到實(shí)施例1和實(shí)施例2中制備的AuNP在光學(xué)性能方面的差異。
[0081 ] 實(shí)施例7
[0082]將在室溫下[25°C]溶有2.64mM LiBH4的AuCl3水溶液中合成的Iml金納米粒子膠體懸浮液，在不同的轉(zhuǎn)速(10000、20000、30000和40000rpm)下離心，結(jié)果這些粒子仍然能保持其膠體性。
[0083]金納米粒子的功能化
[0084]實(shí)施例8
[0085]在室溫下溶有2.64mMLiBH4的AuCl3水溶液中合成的金納米粒子膠體懸浮液，被用來(lái)制備雙配基功能化AuNP LBH-FITC-賴(lài)氨酸(AFL NP)和單功能化AuNP LBH-FITC(AF)，AuNP LBH-賴(lài)氨酸(AL)納米粒子。合成所述雙配基功能化AFL NP需要兩步:(a)于5ml濃度為1.2μΜ的AuNP溶液中，加入50μ1濃度為500μΜ的FITC溶液(溶解于95%的乙醇中)，使AuNP中FITC的終濃度為5μΜ，并孵育30分鐘；然后(b)，于(a)溶液中加入ΙΟΟμΙ濃度為10mM的賴(lài)氨酸，使AuNP溶液中賴(lài)氨酸的終濃度為2mM，并孵育30分鐘。在(a)和(b)的反應(yīng)中，F(xiàn)ITC和賴(lài)氨酸都用的是飽和濃度。同樣地，對(duì)于AF和AL溶液的配制，5ml濃度為1.2μΜ的AuNP溶液分別含有終濃度為5μΜ的FITC和終濃度為2mM的賴(lài)氨酸。所有這些反應(yīng)都在室溫下孵育30分鐘，而圖6進(jìn)一步顯示了其吸收和焚光光譜分析。在現(xiàn)有技術(shù)中[R.Shukla，V.Bansal,M.Chaudhary, A.Basu, R.R.Bhonde,M.Sastry,《蘭格繆爾》2005年，21卷，頁(yè)碼范圍 10644-10654]，已經(jīng)成功證實(shí)對(duì)AuNP進(jìn)行的賴(lài)氨酸和FITC的聯(lián)合功能化在較高濃度時(shí)顯示出有限的穩(wěn)定性。然而，本發(fā)明中合成的硼氫化鋰金納米粒子(LBH-AuNP)不僅粒徑小(<5nm)，而且穩(wěn)定性高，能夠耐受較高濃度的雙配基聯(lián)合功能化(賴(lài)氨酸和FITC)。
[0086]實(shí)施例9
[0087]在室溫下[25°C]溶有2.64mM LiBH4的AuCl3水溶液中合成的金納米粒子膠體懸浮液被用于制備實(shí)施例8中所述的雙配基功能化AFL NP，從而進(jìn)行膠原蛋白的熒光估算定量。利用實(shí)施例8中合成的2ml AFL納米粒子溶液來(lái)配制一系列濃度的膠原蛋白，使其從10ug/ml的膠原蛋白儲(chǔ)備液稀釋為2-lOug/ml。為了進(jìn)行膠原蛋白的實(shí)時(shí)估算，提取鼠尾膠原并將其濃度調(diào)整為lmg/ml。每種AFL-膠原蛋白溶液都在4 °C孵育12-14小時(shí)。然后用熒光光譜和透射電鏡進(jìn)行分析和表征。
[0088]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
[0089]本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)在于:
[0090]?本發(fā)明所述的用于合成金屬粒子的方法是一種在極性溶劑中的一步法快速工藝。這種方法不需要使用非極性溶劑，由于對(duì)環(huán)境的不良影響，非極性溶劑通常不宜使用。
[0091]?對(duì)于在其它非極性溶劑系統(tǒng)中難以獲得的超小粒徑金屬納米粒子，本發(fā)明所用的方法可以快速、簡(jiǎn)易并用單步法來(lái)完成。例如利用非極性溶劑來(lái)合成粒徑小于1nm的納米粒子，其工藝冗長(zhǎng)繁瑣。
[0092]?由于這些金屬粒子是在水溶液中合成的，這就給這些金屬粒子在醫(yī)學(xué)、診斷學(xué)、成像等廣泛的應(yīng)用中提供了更大的靈活性，而非極性溶劑在這些方面是不適宜的。
[0093]?以水溶性金屬氯化物和氫化物為原料并利用LiBH4作為還原劑，來(lái)制備金屬粒子的方法，具體來(lái)說(shuō)是制備超小粒徑、具有高度膠體性和分散性的納米粒子的方法。
[0094]?合成了分散性良好的金屬粒子膠體水溶液，并且該金屬粒子膠體水溶液在各種PH值緩沖液中保持穩(wěn)定，從而將這些粒子應(yīng)用于類(lèi)似的或改造的物理、化學(xué)和生物環(huán)境中。
[0095]?合成了金屬粒子，包括超小粒徑金屬粒子，其能夠耐受高濃度的氯化鈉、并且在高溫條件下能夠保持它們的膠體性，從而將這些粒子應(yīng)用于類(lèi)似的或改造的物理、化學(xué)和生物環(huán)境。
[0096]籲合成了金屬粒子，包括超小粒徑金屬粒子，其能夠耐受較高濃度的官能分子，包括功能化和聯(lián)合功能化過(guò)程中與含有若干官能團(tuán)的不同生物分子具有不同功能特征的生物分子，從而將這些粒子應(yīng)用于類(lèi)似的或改造的物理、化學(xué)和生物環(huán)境。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種制備金屬納米粒子的方法，包括以下步驟: a)制備金屬鹽的水溶液； b)制備還原劑溶液； c)將步驟(b)得到的還原劑溶液與步驟(a)得到的所述溶液在25-35°C下攪拌1-15分鐘，從而獲得金屬納米粒子。2.根據(jù)權(quán)利要求1中步驟(a)所述的方法，其中，所用金屬鹽選自由下列各物質(zhì)組成的組:AuCl3、AgCl、HAuCl4、RuCl3、H2PtCl6、PdCl2、CuCl2^PPtCl4。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述還原劑溶液用水或步驟(a)得到的金屬鹽溶液制備。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，用于制備水溶液的所述還原劑為L(zhǎng)iBH4。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，用于制備步驟(a)得到的金屬鹽溶液的所述還原劑選自由下列各物質(zhì)組成的組:LiBH4、NaBH4、檸檬酸鹽、肼、MBA、硼酸胺和亞磷酸。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，由步驟(a)得到的金屬鹽溶液制備的所述還原劑溶液直接按照步驟(c)攪拌1-15分鐘，從而獲得金屬納米粒子。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述金屬納米粒子在pH值為3-12的范圍內(nèi)是穩(wěn)定的，并且用于通過(guò)使金屬納米粒子上的配基功能化來(lái)制備感測(cè)納米探針。8.一種制備權(quán)利要求7中所述的多配基功能化金屬納米粒子的方法，包括以下步驟: a)將大分子與金屬NP在一起孵育； b)在步驟(a)得到的大分子功能化金屬NP上孵育小分子。9.根據(jù)權(quán)利要求8中步驟(a)和步驟(b)所述的方法，其中，功能性AuNP和雙配基功能化AuNP通過(guò)置換/釋放存在于AuNP表面上的功能化分子，來(lái)檢測(cè)與AuP具有高親和力的分子。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述金屬納米粒子的尺寸介于大約2-5nm的范圍內(nèi)，所述金屬納米粒子顯示出強(qiáng)烈的表面等離子共振(SPR)，在酸性pH(3、5、7)和堿性pH(9、10,10.6)下可保持天然膠體狀態(tài)，并且在室溫下(25-35 0C)可穩(wěn)定6個(gè)月以上。
【文檔編號(hào)】B22F1/00GK105899313SQ201480070952
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2014年10月31日
【發(fā)明人】?？缕铡ぞS諾德·阿加瓦爾, 希亞姆·孫達(dá)爾·瑞迪, 馬歇爾
【申請(qǐng)人】科學(xué)與工業(yè)研究理事會(huì)