一种以杆菌肽为模板自组装合成链球状纳米铂的方法与流程

本发明涉及材料技术领域，特别是涉及一种贵金属纳米材料的制备方法。

背景技术：
纳米材料在光学、磁学、电学、化学和理学等方面表现出异于常规材料的特殊性质，如量子隧道效应、表面与界面效应、量子尺寸效应等。纳米材料的这些特性为各个领域新材料的发展提供了新思路，更使得纳米材料成为纳米科技中的研究热点。其中，铂纳米粒子作为纳米材料中的一种，除了拥有纳米材料的优异性能外，由于自身在结构、电子方面的特征使其还有一些特殊的性能，如：表面等离子体共振、抑菌功能、良好的稳定性、抗菌、荧光效应、单电子跃迁等。此外，铂元素作为贵金属，其化学性质稳定，不易受生物溶液的腐蚀，对生物体无毒副作用，这些优点使其在各个领域的应用范围更加广泛。因此，铂纳米粒子在生物医疗、磁学、催化及生物传感等方面有巨大的应用潜能。按照物质的原始状态，铂纳米粒子的制备方法主要分为：固相法、气相法和液相法。固相法有高能球磨法、固相反应法和大塑性变形法等；气相法有化学气相沉积、分子束外延、电阻加热法等；液相法有沉淀法、微乳法、水热法等。这些传统的化学工艺手段所制得的铂纳米粒子易沉淀、聚集，且形貌不易控制。另外，制备过程需要高强度的仪器，原料和中间物易污染环境，其成本较高，制备过程较复杂，产率较低。以上缺点进一步导致了所制得的铂纳米粒子在应用方面受到限制，如：生物医学领域、医药领域等。

技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种成本低廉、工艺简单、无污染、形貌可控的以杆菌肽为模板制备链球状铂纳米粒子的方法。本发明的技术方案如下：(1)按每毫升pH4～5的盐酸溶液中加入0.57～0.85mg杆菌肽的比例，配置成0.4～0.6mM的酸性杆菌肽溶液；(2)将上述杆菌肽溶液在金属浴50～70℃条件下热处理40～60min；(3)按杆菌肽溶液:四氯化铂水溶液的摩尔比为1:8～10的比例，向步骤(2)处理后的杆菌肽溶液中加入四氯化铂溶液，混合均匀，将其放入双层气浴振荡器中，100～120rpm，温度为22～24℃下孵育16～22h；(4)按硼氢化钠(NaBH4):四氯化铂水溶液的摩尔比为1:1～4的比例，向步骤(3)孵育好的溶液中加入还原剂硼氢化钠(NaBH4)，滴速控制在1～3滴/分钟，每滴30μL，共加入60～90mL还原剂，反应温度控制在23～25℃，反应时间为10～20min，使溶液从淡黄色缓慢变为浅灰色，制得粒径为15～30nm的链球状纳米铂。本发明所选模板杆菌肽是一种小分子十二肽化合物，其基本结构为一个环状结构(7个氨基酸)和一个链状结构(5个氨基酸)，由地衣芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌产生，易溶于水，临床上用于抗菌剂。通过对其分子结构进行分析和计算机模拟设计蛋白模板的空间结构，根据实验条件预先设计的模板形貌，在酸性条件下对其进行热处理，形成预期的空间构象，使特异性基团(羟基、巯基等)暴露在其表面，并携带有丰富的正电荷。利用生物分子所具有的严格且完善的分子识别功能，将制得的模板肽溶液与一定浓度的前驱金属盐溶液进行共孵育，混合溶液分子通过有序的共价键合成具有确定结构的中间体，然后通过氢键、范德华力和非共价键的作用形成大的、稳定的聚集体，最后以一个或多个分子聚集体或聚合物为结构单元，重复排列组织得到所需的纳米结构。另外，在孵育过程中，模板可通过生物矿化作用，使一部分金属粒子结晶在杆菌肽表面，形成晶核，最后在还原剂硼氢化钠的作用下，金属粒子沿一定的晶面方向生长，并且通过控制还原反应的速率使模板表面的铂粒子均匀分布，最终制得形貌均一、分散性良好、金属负载率较高的链球状纳米铂。本发明与现有技术相比具有如下优点：1、采用杆菌肽为模板，分子式为C66H103N17O16S，其分子组成简单，分子量小，只含有十二个氨基酸，性质稳定易储存，可为纳米材料的合成提供特定的形貌和结构，另外，其本身存在易于调控的化学识别位点，便于纳米粒子与其结合，利于形成特定的产物形貌。2、制备方法简单、操作方便、原料易得、反应条件温和、易于控制、产率高且无污染。3、制得的链球状铂纳米粒子分散性好，形貌规则，尺寸小且均一，金属负载率较高。4、所使用的模板为临床药物，可以扩展其在生物医药、生物传感器、病理学等方面的应用。附图说明图1为本发明实施例1获得的杆菌肽-链球状纳米铂的TEM图。图2为本发明实施例2获得的杆菌肽-链球状纳米铂的TEM图。图3为本发明实施例3获得的杆菌肽-链球状纳米铂的TEM图。图4为本发明实施例3获得的杆菌肽-链球状纳米铂的EDS图。具体实施方式实施例1取0.57mg的杆菌肽(湖北海易医药化工有限公司)，溶于1mLpH4.0的盐酸溶液中，制得0.4mM的杆菌肽溶液；取上述杆菌肽溶液200mL在金属浴50℃条件下热处理40min；将处理后的杆菌肽溶液与200mL4.0mM的PtCl4溶液(上海西亚试剂有限公司)混合；将上述混匀的溶液放入双层气振荡器中，于100rmp，22℃下孵育16h后，然后加入4mM还原剂硼氢化钠(天津市光复精细化工研究所)60mL进行还原，滴速为1滴/分钟，30μL/滴，控制反应温度23℃，反应10min，溶液颜色由淡黄色缓慢变为浅灰色，即获得杆菌肽-链球状纳米铂。如图1所示，杆菌肽-链球状纳米铂直径在15～20nm左右，粒子均匀分布于模板表面，形貌较规则，并且金属与模板结合状况较好。实施例2取0.71mg的杆菌肽(湖北海易医药化工有限公司)，溶于1mLpH4.5的盐酸溶液中，制得0.5mM的杆菌肽溶液；取上述杆菌肽溶液200mL在金属浴60℃条件下热处理50min；将处理后的杆菌肽溶液与200mL4.5mM的PtCl4溶液(上海西亚试剂有限公司)混合；将上述混匀的溶液放入双层气振荡器中，于110rmp，23℃下孵育19h后，然后加入5mM还原剂硼氢化钠(天津市光复精细化工研究所)90mL进行还原，滴速为2滴/分钟，30μL/滴，控制反应温度24℃，反应15min，溶液颜色由淡黄色缓慢变为浅灰色，即获得杆菌肽-链球状纳米铂。如图2所示，杆菌肽-链球状纳米铂直径在20～25nm左右，粒子均匀分布于模板表面，形貌规则，并且金属与模板结合状况良好。实施例3取0.85mg的杆菌肽(湖北海易医药化工有限公司)，溶于1mLpH5.0的盐酸溶液中，制得0.6mM的杆菌肽溶液；取上述杆菌肽溶液200mL在金属浴70℃条件下热处理60min；将处理后的杆菌肽溶液与200mL5.0mM的PtCl4溶液(上海西亚试剂有限公司)混合；将上述混匀的溶液放入双层气振荡器中，于120rmp，24℃下孵育22h后，然后加入6mM还原剂硼氢化钠(天津市光复精细化工研究所)90mL进行还原，滴速为3滴/分钟，30μL/滴，控制反应温度25℃，反应20min，溶液颜色由淡黄色缓慢变为浅灰色，即获得杆菌肽-链球状纳米铂。如图3所示，杆菌肽-链球状纳米铂直径在25～30nm左右，粒子均匀分布于模板表面，形貌规则，并且金属与模板结合状况良好。如图4所示，能谱中出现Pt、Cu、C、N元素对应的峰，其中N元素来自于杆菌肽模板，C元素来自于碳膜，此外杆菌肽模板中也会存在一些C元素，Cu元素则是由于碳膜铜网所产生的，Pt元素是由结合在蛋白表面的配离子还原后所得铂粒子，说明所制得的铂纳米粒子负载率和纯度较高。杆菌肽作为合成铂纳米粒子的模板，经预处理后带有丰富的正电荷和特异性官能团，使铂粒子均匀结合在模板表面，良好的分散性使杆菌肽-铂纳米粒子具有较高的比表面积，并且使得终产物能够应用于更多的领域(生物医药、传感器等)。因此，以杆菌肽为模板合成铂纳米粒子是一种很有应用潜能的方法。