技术领域
本发明涉及一种具有高效抑菌性能的Au/Ag核壳纳米材料及其制备方法，属于纳米
材料技术领域。
背景技术：
银纳米颗粒是目前应用最为广泛的贵金属纳米材料，由于具有较高的表面活性、表面
催化性能和电导热性能等，使得银纳米颗粒很容易吸附在微生物表面，利用银离子对蛋白
质、DNA等的破坏作用，从而有效地杀灭细菌、真菌、支原体等致病微生物，高效且不
易产生耐药性。由于其广谱的抗菌活性，纳米银已经在日常生活和医药卫生中得到广泛应
用。但是，目前已有研究发现纳米银对哺乳动物有一定的毒性，纳米银通过消化道吸收后
直接进入血液和肝脏等器官，并在其他组织和器官内蓄积，当达到一定量后，会对人体产
生肝毒性、肾毒性、神经毒性等毒性反应。因此，如何获得绿色、无毒、高效的银系抑菌
剂已成为目前研究的热点问题。
技术实现要素：
本发明是针对现有技术存在的缺陷，提供一种具有高效抑菌性能的Au/Ag核壳纳米
材料及其制备方法，该材料能够将两种不同的金属材料整合在一个整体上，在兼具核与壳
两种材料优势的同时，可以根据需要对核与壳的组成和结构进行控制以获得前所未有的物
理和化学性质。另外，通过在核壳纳米材料表面修饰活性物质，不仅能有效提高纳米材料
的抑菌性，同时能改善纳米材料的生物相容性、大大降低纳米材料的毒性。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种具有高效抑菌性能的Au/Ag核壳纳米材料，该材料是通过如下方法制备得到：
1)将金纳米颗粒溶液与聚乙烯吡咯烷酮溶液、抗坏血酸溶液、硝酸银溶液混合后反
应，制备得到Au/Ag核壳纳米颗粒溶液；
2)将步骤1)制备的Au/Ag核壳纳米颗粒溶液与十二烷基磺酸钠混合反应，得到SDS
功能化的Au/Ag核壳纳米抑菌材料。
本发明技术方案的步骤1)中金纳米颗粒的粒径为5～15nm；金纳米颗粒的溶液中纳
米金摩尔浓度为5-20nmol/L。
本发明技术方案的步骤1)中PVP的含量为0.2～1％；抗坏血酸的含量为100～400
mmol/L；硝酸银的含量为0.1～0.4mmol/L；金纳米颗粒溶液与聚乙烯吡咯烷酮溶液、抗坏
血酸溶液、硝酸银溶液的体积比为5～10：2～6：1～3：0.5～2.5。
本发明技术方案的步骤1)中混合后室温避光震荡反应2～4h。
本发明技术方案的步骤2)中Au/Ag核壳纳米颗粒溶液与十二烷基磺酸钠的体积质量
比为100～500μL：1～5mg。
一种具有高效抑菌性能的Au/Ag核壳纳米材料制备方法，该方法包括以下步骤：
1)将金纳米颗粒溶液与聚乙烯吡咯烷酮溶液、抗坏血酸溶液、硝酸银溶液混合后反
应，制备得到Au/Ag核壳纳米颗粒溶液；
2)将步骤1)制备的Au/Ag核壳纳米颗粒溶液与十二烷基磺酸钠混合反应，得到SDS
功能化的Au/Ag核壳纳米抑菌材料。
本发明技术方案的步骤1)中金纳米颗粒的粒径为5～15nm；金纳米颗粒的溶液中纳
米金摩尔浓度为5-20nmol/L。
本发明技术方案的步骤1)中PVP的含量为0.2～1％；抗坏血酸的含量为
100～400mmol/L；硝酸银的含量为0.1～0.4mmol/L；金纳米颗粒溶液与聚乙烯吡咯烷酮溶
液、抗坏血酸溶液、硝酸银溶液的体积比5～10：2～6：1～3：0.5～2.5。
本发明技术方案的步骤1)中混合液室温避光震荡反应2-4h。
本发明技术方案的步骤2)中Au/Ag核壳纳米颗粒溶液与十二烷基磺酸钠的体积质量
比为100～500μL：1～5mg。
本发明的有益效果：
(1)仅需少量浓度的纳米材料即可对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌产生强烈的杀菌效果，
具有广谱杀菌性。
(2)通过在纳米材料表面修饰阴离子表面活性剂SDS，有效提高了纳米材料的抑菌性，
大大降低其毒性；
(3)分散性好，化学性质稳定，有效防止纳米银的氧化和团聚，可长时间保存。
(4)反应条件温和、试剂绿色环保，操作简单，易于控制。
附图说明
图1为实施例1制备得到的Au/Ag纳米颗粒的TEM照片。
图2为实施例1～3及对比例1～4的细胞毒性测试结果图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不限于此：
本发明实施例中金纳米颗粒的粒径为8～12nm。
实施例1
(1)Au/Ag核壳纳米颗粒的制备
将250μL浓度为5nmol/L金纳米颗粒溶液与100μL0.2％的PVP溶液，50μL0.1mol/L
的抗坏血酸溶液，混合均匀后，再加入35μL0.1mmol/L的AgNO3溶液，室温下避光震荡
反应2h，制备得到Au/Ag核壳纳米颗粒溶液；
(2)Au/Ag核壳纳米颗粒表面修饰SDS
取步骤(1)制备的Au/Ag核壳纳米颗粒溶液500μL于1mL离心管中，向其中加入
1mg十二烷基磺酸钠，室温反应1h，制备得到SDS功能化的Au/Ag核壳纳米颗粒。
实施例2
(1)Au/Ag核壳纳米颗粒的制备
将350μL浓度为10nmol/L金纳米颗粒溶液与200μL0.5％的PVP溶液，100μL0.2
mol/L的抗坏血酸溶液，混合均匀后，再加入70μL0.2mmol/L的AgNO3溶液，室温下避
光震荡反应2h，制备得到Au/Ag核壳纳米颗粒溶液；
(2)Au/Ag核壳纳米颗粒表面修饰SDS
取步骤(1)制备的Au/Ag核壳纳米颗粒溶液300μL于1mL离心管中，向其中加入
3mg十二烷基磺酸钠，室温反应1h，制备得到SDS功能化的Au/Ag核壳纳米颗粒。
实施例3
(1)Au/Ag核壳纳米颗粒的制备
将500μL浓度为20nmol/L金纳米颗粒溶液与300μL1％的PVP溶液，150μL0.4mol/L
的抗坏血酸溶液，混合均匀后，再加入125μL0.4mmol/L的AgNO3溶液，室温下避光震
荡反应2h，制备得到Au/Ag核壳纳米颗粒溶液；
(2)Au/Ag核壳纳米颗粒表面修饰SDS
取步骤(1)制备的Au/Ag核壳纳米颗粒溶液100μL于1mL离心管中，向其中加入
5mg十二烷基磺酸钠，室温反应1h，制备得到SDS功能化的Au/Ag核壳纳米颗粒。
对比例1
Au纳米颗粒的合成：取一洁净的锥形瓶A依次加入79mL超纯水和1mL1％的氯金
酸溶液。另取一锥形瓶B依次加入15.8mL超纯水，4mL1％的柠檬酸三钠溶液，0.1mL1％
的单宁酸溶液，0.1mL25mmol/L的K2CO3。将A、B溶液放置于60℃水浴加热30min，
然后将B液迅速加入到A液中，并快速搅拌，60℃继续加热30min，直到溶液颜色变成酒
红色后，停止加热，冷却至室温。
对比例2
Ag纳米颗粒的合成：取一洁净的锥形瓶置于冰浴中，依次加入20mL超纯水，5mL1％
的聚乙烯吡咯烷酮和0.6mL0.01mol/L硼氢化钠水溶液。然后，用两支50mL的针管分别
装5mL1％的聚乙烯吡咯烷酮水溶液和5mL0.1％的硝酸银水溶液，两只管固定在微流注
射泵的两边，以30mL/h的速度同时将两种溶液加入到冰浴中的锥形瓶中，边搅拌边加入
直至反应结束，溶液从无色变成深黄色，将反应物置于80℃反应2h去除未反应的硼氢化
钠，最后溶液变为亮黄色。
对比例3
(1)Au/Ag核壳纳米颗粒的制备
将250μL浓度为20nmol/L金纳米颗粒溶液与300μL1％的PVP溶液，150μL0.4mol/L
的抗坏血酸溶液，混合均匀后，再加入125μL0.4mmol/L的AgNO3溶液，室温下避光震
荡反应2h，制备得到Au/Ag核壳纳米颗粒溶液，离心去上清液，得到Au/Ag核壳纳米颗
粒。
对比例4
(1)Au/Ag核壳纳米颗粒的制备
将500μL浓度为20nmol/L金纳米颗粒溶液与300μL1％的PVP溶液，150μL0.4mol/L
的抗坏血酸溶液，混合均匀后，再加入125μL0.4mmol/L的AgNO3溶液，室温下避光震
荡反应2h，制备得到Au/Ag核壳纳米颗粒溶液；
(2)Au/Ag核壳纳米颗粒表面修饰SH-PEG
取步骤(1)制备的Au/Ag核壳纳米颗粒溶液100μL于1mL离心管中，向其中加入
5mg巯基-聚乙二醇(SH–PEG，分子量1000)，室温反应1h，制备得到SH-PEG功能化
的Au/Ag核壳纳米颗粒。
空白组
以生理盐水为空白组。
性能检测：
对制备的Au/Ag核壳纳米材料进行结构和性能测试，具体如下：
(1)透射电镜(TEM)测试
实施例1制备得到的Au/Ag纳米颗粒的TEM照片如图1所示。从图中可以看出，Au/Ag
纳米颗粒呈现出明显的双层核壳结构，其内部为金纳米核，粒径在10nm左右，外部包裹
一层为银壳，其厚度为2-4nm。核壳纳米颗粒分布均匀，形成了规则的球形，其平均粒径
在15nm左右。
(2)抑菌性能测试：
以金黄色葡萄球菌和大肠杆菌作为代表，测定Au/Ag核壳纳米材料对革兰氏阳性菌和
阴性菌的抑菌性能，实施例1～3、空白组及对比例1～4取相同体积，分别与细菌溶液混
合培养6h后，通过对比细菌菌落数的变化，评价Au/Ag纳米材料的抑菌性能。
在杀菌处理前，细菌的菌落数为7.0±0.15log。
实施例1～3、空白组及对比例1～4与细菌溶液混合培养后，细菌菌落数减少值如
表所示。
表1金黄色葡萄球菌菌落数减少值
从表1中可以看出，Au/Ag核壳纳米材料处理的(实施例1～3)金黄色葡萄球菌的
菌落数减少值远远大于空白组、单纯金、银纳米颗粒组(对比例1、2)、Au/Ag核壳纳米
颗粒组(对比例3)及Au/Ag核壳纳米颗粒修饰SH-PEG组(对比例4)，抑菌效果明显。
这主要与纳米材料中Au和银Ag的浓度比例及纳米材料与SDS的协同杀菌作用有关。
表2大肠杆菌菌落数减少值
组别
菌落数减少值(log)
实施例1
6.31±0.84
实施例2
6.73±0.95
实施例3
6.55±0.64
对比例1
1.24±1.04
对比例2
3.52±0.92
对比例3
3.21±0.85
对比例4
2.48±0.75
空白组
0
从表2中可以看出，Au/Ag核壳纳米材料处理的(实施例1～3)大肠杆菌的菌落数
减少值远远大于空白组、单纯金、银纳米颗粒组(对比例1、2)、Au/Ag核壳纳米颗粒组
(对比例3)及Au/Ag核壳纳米颗粒修饰SH-PEG组(对比例4)，抑菌效果明显。
3)细胞毒性测试
采用四甲基偶氮唑盐(MTT)比色法，测定Au/Ag核壳纳米材料的细胞毒性。实施例
1～3和对比例1～4的材料取相同体积，分别与Hela细胞悬浮液混合，2.5％CO2、37℃条
件下孵育24h，加入MTT染色液，继续培养4h。将细胞取出，弃除培养液，加入二甲基
亚砜，室温下避光轻轻振荡15min。用酶联免疫检测仪测量溶液570nm处的吸收值。
从图2可以看出，实施例1～3及对比例1和4显示出较小的细胞毒性，而对比例2
和3显示较大的细胞毒性。
通过上述结果可以看出，本方法制备的Au/Ag核壳纳米颗粒是一种高效的广谱杀菌
剂，仅需要少量的浓度，即可对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌产生强烈的杀菌效果。另外，
考虑到高浓度的纳米Ag会对哺乳动物产生较大的毒性，本方法制备的Au/Ag纳米颗粒，
在同样纳米颗粒浓度下，其银离子的含量远远低于纯纳米银颗粒中银离子的含量，大大降
低其生物毒性，是一种新型绿色、高效的银系抑菌剂，具有广泛的应用前景。