本发明属于纳米技术、表面增强拉曼散射光谱、光电化学催化及生物医药的交叉领域，涉及一种三维有序介孔贵金属纳米颗粒的制备方法及其应用。
背景技术：
当入射光频率与金属表面等离子体振动频率接近时，金属表面产生等离子体激元共振，使金属表面局域电磁场增强，从而吸附在金属表面的探测分子的拉曼信号被增强。贵金属纳米结构具有密度高、稳定性好、能产生表面等离子体共振(spr)等特点。当贵金属颗粒尺寸达到纳米级别,尤其是小于5nm时,由于其比表面积大，表面的键态和电子态与颗粒内部不同，表面原子配位不全等原因，导致颗粒表面的活性位置增加,表现出优异的催化性能。贵金属纳米结构不仅具有独特的光学、电学性能，而且通过共价键或非共价键作用力，在金属表面修饰有机官能团，如疏基、氨基，使au纳米结构具有良好的生物相容性，易于结合生物大分子(如：蛋白质、多肽、寡核昔酸)，使其被广泛应用于药物负载等生物领域。现已合成出不同大小、形状的贵金属纳米结构，如贵金属纳米颗粒、纳米星、纳米棒、纳米花、纳米片及纳米笼等。与传统贵金属纳米颗粒相比，三维介孔贵金属纳米颗粒的比表面积优势明显，孔径结构分布均匀，具有不可估量的应用前景。然而现有技术在制备三维有序介孔贵金属纳米颗粒的过程中，制备方法较为复杂，并且稳定性及重现性较差。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种三维有序介孔贵金属纳米颗粒的制备方法及其应用，该制备方法较为简单，稳定性及重现性较好。
为达到上述目的，本发明所述的三维有序介孔贵金属纳米颗粒的制备方法包括以下步骤：
在室温条件下，将介孔材料粉末溶解于溶液中，再在真空干燥箱中进行真空干燥，然后滴加正己烷或二氯甲烷，再滴加1,1,3,3-四甲基二硅氧烷或正丁胺进行还原，再进行洗涤离心，最后将介孔材料粉末进行溶解，得三维有序介孔贵金属纳米颗粒。
当三维有序介孔贵金属纳米颗粒为三维有序介孔au纳米颗粒时，则包括以下步骤：
在室温条件下，将介孔材料kit-6分子筛粉末溶于haucl4·4h2o乙醇溶液中，再在真空干燥箱中进行干燥，使介孔材料kit-6分子筛粉末转变为黄色粉末，然后再滴加正己烷或二氯己烷，随后滴加1,1,3,3-四甲基二硅氧烷或正丁胺进行还原，使黄色粉末变为黑色粉末，再将黑色粉末进行洗涤离心，然后将黑色粉末溶解于蒸馏水中，再加入hf静置，最后再进行离心及洗涤，得三维有序介孔au纳米颗粒。
还原的时间根据三维有序介孔au纳米颗粒尺寸进行调整，还原时间范围为1h-72h。
介孔材料kit-6分子筛粉末、haucl4·4h2o乙醇溶液、正己烷或二氯甲烷、1,1,3,3-四甲基二硅氧烷或正丁胺、蒸馏水及hf的比例为10mg：1ml：100ul：10ul：4ml：2ml，其中，haucl4·4h2o乙醇溶液的浓度范围为0.1mm～1m；hf的体积浓度为20％～40％。
三维有序介孔au纳米颗粒的直径为50nm-500nm，孔径为2-15nm。
黑色粉末通过无水乙醇洗涤若干次，然后再进行离心；
用hf溶解介孔材料kit-6分子筛粉末，再进行离心，然后通过无水乙醇洗涤若干次；
在真空干燥箱中进行干燥的过程中，真空干燥箱内的温度为30℃～50℃，干燥时间为2～24h。
当三维有序介孔贵金属纳米颗粒为三维有序介孔pt纳米颗粒时，则包括以下步骤：
在室温条件下，将10mg的介孔材料kit-6粉末溶于0.1m、10ml的k2ptcl4水溶液中，在真空干燥箱中干燥24h，使溶液中的白色粉末转变为橙色粉末，再滴加100ul的正己烷或二氯甲烷，随后滴加1,1,3,3-四甲基二硅氧烷或正丁胺进行还原，使橙色粉末转变为黑色粉末，然后将黑色粉末用无水乙醇洗涤若干次，离心后用体积浓度为20％的hf溶解介孔材料kit-6粉末，最后离心后通过无水乙醇洗涤若干次，得三维有序介孔pt纳米颗粒；
当三维有序介孔贵金属纳米颗粒为三维有序介孔au-ag纳米颗粒时，则包括以下步骤：
在室温条件下，将10mg的介孔材料kit-6粉末溶于1ml、3mm的haucl4·4h2o乙醇溶液中，再滴加25ul、3mm的agno3，然后在真空干燥箱中干燥24h，使溶液中的白色粉末转变为黄色粉末，再滴加100ul的正己烷或二氯甲烷，随后滴加10ul的1,1,3,3-四甲基二硅氧烷或正丁胺进行还原，使黄色粉末转变为黑色，然后将黑色粉末用无水乙醇洗涤若干次，离心后用体积浓度为20％的hf溶解介孔材料kit-6粉末，最后离心后用无水乙醇洗涤若干次，得三维有序介孔au-ag合金纳米颗粒；
所述三维有序介孔au及au-ag合金纳米颗粒能够用于表面增强拉曼散射光谱方面。
所述三维有序介孔au及au-ag合金纳米颗粒能够用于癌症光热与药物复合治疗中。
所述三维有序介孔au及au-ag合金纳米颗粒能够用于光电化学催化中。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的三维有序介孔贵金属纳米颗粒的制备方法在具体操作时，通过在介孔材料粉末内生长贵金属材料，然而再溶解掉介孔材料粉末，从而得到三维有序介孔贵金属纳米颗粒，操作简单，方便，重复性及稳定性较好，经本发明制备得到的三维有序介孔贵金属纳米颗粒具有分布均匀、拉曼信号检测灵敏度高及重现性好的特点，并且避免使用精密仪器及昂贵的试剂，适合廉价、大规模生产。另外，本发明制备得到的三维有序介孔贵金属纳米颗粒在表面增强拉曼散射光谱检测、光电化学催化及癌症光热与药物复合治疗等领域有良好的应用。
附图说明
图1为三维有序介孔au纳米颗粒的构建过程图；
图2为实施例一得到的三维有序介孔au纳米颗粒的sem图；
图3a为三维有序介孔au纳米颗粒的低倍tem图；
图3b为图3a右边圆形区域的放大图；
图4a为黑色粉末初始状态的示意图；
图4b为黑色粉末还原2min后的示意图；
图4c为黑色粉末还原8min后的示意图；
图4d为黑色粉末还原15min后的示意图；
图4e为黑色粉末还原2h后的示意图；
图4f为黑色粉末还原6h后的示意图；
图5a为三维有序介孔au-ag合金纳米颗粒的tem图；
图5b为图5a内矩形框中三维有序介孔au-ag合金纳米颗粒的au元素的mapping图；
图5c为图5a中矩形框中三维有序介孔au-ag合金纳米颗粒的ag元素的mapping图；
图6a为以正丁胺作为还原剂在正己烷作溶剂得到的au纳米颗粒的sem图；
图6b为以二氯甲烷作为溶剂、tmds作为还原剂得到的au纳米颗粒的sem图；
图7为以kit-6为模板制备的三维有序介孔pt的sem图；
图8为三维有序介孔au纳米颗粒上吸附的罗丹明6g分子分子的拉曼测试图；
图9a为三维有序介孔au及au-ag合金纳米颗粒电化学性能测试时甲醇电催化的循环伏安图；
图9b为三维有序介孔au及au-ag合金纳米颗粒电化学性能测试时的计时电流图；
图9c为三维有序介孔au及au-ag合金纳米颗粒电化学性能测试时氧化物溶出的曲线图；
图9d为三维有序介孔au及au-ag合金纳米颗粒电化学性能测试时质量活性和位点活性的直方图；
图10a为通过十二烷酸聚乙二醇(lc-peg)对有序介孔au表面进行修饰，随后进行抗癌药物阿霉素(dox)的负载，在光热效应释放的示意图；
图10b为不同浓度的纯水与aulc-peg/dox的混合溶液在功率密度为1w/cm2的808nm激光照射5min下的光热曲线图；
图10c为在功率密度为1w/cm2的808nm激光照射下循环4次的过程中aulc-peg/dox(100μg/ml)的温度变化图；
图11a为三维有序au纳米颗粒与4t1癌细胞的共培养未使用激光照射的4t1癌细胞的共聚焦荧光显微镜图；
图11b为三维有序au纳米颗粒与4t1癌细胞的共培养的过程中用1w/cm2的激光照射5分钟后4t1癌细胞的共聚焦荧光显微镜图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
本发明所述的三维有序介孔贵金属纳米颗粒的制备方法包括以下步骤：在室温条件下，将介孔材料粉末溶解于溶液中，再在真空干燥箱中进行真空干燥，然后滴加正己烷或二氯甲烷，随后滴加1,1,3,3-四甲基二硅氧烷或正丁胺进行还原，再进行洗涤离心，最后将介孔材料粉末进行溶解，得三维有序介孔贵金属纳米颗粒。
所述三维有序介孔au及au-ag合金纳米颗粒能够用于表面增强拉曼散射光谱方面；所述三维有序介孔au及au-ag合金纳米颗粒能够用于癌症光热与药物复合治疗中；所述三维有序介孔au及au-ag合金纳米颗粒能够用于光电化学催化中。
实施例一
在室温条件下，将10mg的介孔材料kit-6粉末溶于1ml、3mm的haucl4·4h2o乙醇溶液中，在真空干燥箱中干燥24h，使白色粉末转变为黄色粉末；依次滴加100ul的正己烷及10ul的1,1,3,3-四甲基二硅氧烷，使黄色粉末变为黑色粉末；将黑色粉末用无水乙醇洗涤两次，离心后用体积浓度为20％的hf溶解介孔材料kit-6粉末，再离心后用无水乙醇洗涤若干次，得三维有序介孔au纳米颗粒，如图2及图3所示。
图2及图3分别为三维有序介孔au纳米颗粒的sem图及tem图。如图2及图3所示，三维有序介孔au纳米颗粒的组分单一，尺寸为100nm左右，孔径为5-10nm。进一步的，三维有序介孔au纳米颗粒复制介孔材料kit-6三维、双连续的螺旋二十四面体孔道，具有面心立方构型。
实施例二
在室温条件下，将10mg介孔材料kit-6粉末溶于1ml、3mm的haucl4·4h2o乙醇溶液中，在真空干燥箱中干燥24h，使白色粉末转变为黄色粉末；依次滴加100ul的正己烷及10ul的1,1,3,3-四甲基二硅氧烷，黄色粉末变为黑色粉末，将黑色粉末分别静置2min(图4b)、8min(图4c)、15min(图4d)、2h(图4e)及6h(图4f)；将黑色粉末用无水乙醇洗涤两次，离心后用体积浓度为20％的hf溶解介孔材料kit-6粉末，离心后用无水乙醇洗涤若干次，得三维有序介孔au纳米颗粒。
实施例三
在室温条件下，将10mg的介孔材料kit-6粉末溶于1ml、3mm的haucl4·4h2o乙醇溶液中，再滴加25ul、3mm的agno3，在真空干燥箱中干燥24h，白色粉末转变为黄色粉末；依次滴加100ul的正己烷及100ul的正丁胺，黄色粉末逐渐转变为黑色粉末；将黑色粉末用无水乙醇洗涤若干次，离心后用体积浓度为20％的hf溶解介孔材料kit-6粉末，再离心后用无水乙醇洗涤若干次，得三维有序介孔au-ag纳米颗粒，如图5a及图5b所示。
实施例四
在室温条件下，将10mg的介孔材料kit-6粉末溶于1ml、3mm的haucl4·4h2o乙醇溶液中，在真空干燥箱中干燥24h，使白色粉末转变为黄色粉末；依次滴加100ul的正己烷及10ul的正丁胺，黄色粉末逐渐转变为黑色粉末；将黑色粉末用无水乙醇洗涤若干次，离心后用体积浓度为20％的hf溶解介孔材料kit-6粉末，离心后用无水乙醇洗涤若干次，得三维有序介孔au纳米颗粒，如图6a所示。
实施例五
在室温条件下，将10mg的介孔材料kit-6粉末溶于1ml、3mm的haucl4·4h2o乙醇溶液中，在真空干燥箱中干燥24h，白色粉末转变为黄色粉末；依次滴加100ul的二氯甲烷及10ul的1,1,3,3-四甲基二硅氧烷，黄色粉末转变为黑色粉末；将黑色粉末用无水乙醇洗涤若干次，离心后用体积浓度为20％的hf溶解介孔材料kit-6粉末，离心后用无水乙醇洗涤若干次，得三维有序介孔au纳米颗粒，如图6b所示。
实施例六
在室温条件下，将10mg的介孔材料kit-6粉末溶于0.1m、10ml的k2ptcl4水溶液中，在真空干燥箱中干燥24h，白色粉末转变为橙色粉末；依次滴加100ul的正己烷及10ul的1,1,3,3-四甲基二硅氧烷，橙色粉末转变为黑色；将黑色粉末用无水乙醇洗涤若干次，离心后体积浓度为20％的hf溶解介孔材料kit-6粉末，离心后用无水乙醇洗涤若干次，得三维有序介孔pt纳米颗粒，如图7所示。
1、三维有序介孔au纳米颗粒在检测有机分子罗丹明6g中的应用
通过实施例一制备的三维有序介孔au纳米颗粒及乙醇配制三维有序介孔au纳米颗粒的悬浮液，然后将三维有序介孔au纳米颗粒的悬浮液用于有机分子的检测，如罗丹明6g。对有机分子进行拉曼检测具体方法为：将三维有序介孔au纳米颗粒的悬浮液分别滴加到5个硅片上，再进行自然挥发干燥，将20ul浓度分别为10-7m、10-9m、10-10m及10-11m的罗丹明6g分子溶液依次滴加到3个三维有序介孔au纳米颗粒的基底上，自然挥发干燥后进行表面增强拉曼散射光谱(sers)检测，如图8所示。在进行sers性能测试过程中，测试仪器为便携式拉曼光谱仪，镜头为100x物镜，激光的波长为785nm，激光功率为50mw，激光光斑直径为21μm。
如图8所示，三维有序介孔au纳米颗粒sers活性基底对罗丹明6g分子进行检测，在罗丹明6g分子的浓度下降到10-11时信号依然明显，检测灵敏度高。
2、三维有序介孔au及au-ag合金纳米颗粒的电化学测试
将实施例一制备的三维有序介孔au及au-ag合金纳米颗粒应用于甲醇的电催化测试。电化学催化实验使用versastat3电化学工作站，采用三电极体系，工作电极为玻碳旋转圆盘电极(gce，直径5mm)，电极为面积为1cm2的铂箔，参比电极为ag/agcl电极。选用三维有序介孔au-ag纳米颗粒、三维有序介孔au纳米颗粒、直径100nm的au-ag纳米颗粒、直径4nm-au纳米颗粒及直径70nm-au纳米颗粒作为对照。在0.5m的koh及2m的甲醇的脱氧溶液中，以10mv/s的扫描速率测定催化剂的催化性能。用cv曲线测定不同催化剂在0.5m的h2so4水溶液中的活性比表面积，扫描速率为10mv/s；在氧气饱和0.5mkoh与2m的ch3oh水溶液中，以10mv/s的速率，在-0.15～0.55v(vsag/agcl)的条件下，进行加速耐久性试验。图9a为甲醇电催化的循环伏安图；图9b为计时电流图；图9c为氧化物溶出曲线；图9d为质量活性和位点活性直方图。
相比于三维有序介孔au纳米颗粒、直径100nm的au-ag纳米颗粒、直径4nm-au纳米颗粒及直径70nm-au纳米颗粒，在甲醇电化学催化的测试中，三维有序介孔au-ag纳米颗粒显示出较高的还原电位及较低的氧化电位，且其循环稳定性好，质量活性及位点活性为4nm-au纳米颗粒的3倍、70nm-au纳米颗粒24倍。
3、三维有序介孔au纳米颗粒光热与药物复合治疗应用
将实施例一制备的三维有序介孔au纳米颗粒应用于细胞的癌症治疗。图10a展示了三维有序介孔au纳米颗粒的药物负载及释放过程。通过十二烷酸聚乙二醇(lc-peg)对介孔金表面进行修饰，随后进行抗癌药物阿霉素(dox)的负载。实施例一制备的三维有序介孔au纳米颗粒和水配成浓度为0.1mg/ml、0.2mg/ml、0.4mg/ml及1.0mg/ml的aulc-peg/dox和纯水溶液，在功率密度为1w/cm2的808nm激光照射5min下的光热升温曲线，图10b显示了该纳米颗粒具有良好的光热特性。图10c显示了该纳米颗粒激在光照射下循环4次(每周性期为6min)时aulc-peg/dox(100μg/ml)的升温曲线图，从图10b及图10c中可以看出，该纳米颗粒具有良好的稳定性。
将十二烷酸聚乙二醇(lc-peg)修饰过的三维有序介孔au纳米颗粒与抗癌药物阿霉素(dox)复合，将一定量的复合结构加入到装有4t1癌细胞中培养24小时，然后用波长为808nm的红外激光在功率密度为1w/cm2下，照射细胞5分钟后立即用染料对死细胞进行染色，染色后的悬浮液滴到玻璃片上，用共聚焦荧光显微镜观察细胞的死亡情况。图11a为三维有序介孔au纳米颗粒与4t1癌细胞的共培养未使用激光照射的后4t1癌细胞的共聚焦荧光显微镜图片；图11b三维有序介孔au纳米颗粒与4t1癌细胞的共培养用1w/cm2的激光照射5分钟后4t1癌细胞的的共聚焦荧光显微镜图片，由图11b可以看出，5分钟后大多数细胞已经死亡，结果表明，本发明制备的三维有序介孔au纳米颗粒在生物光热与载药复合治疗杀死癌症细胞上具有良好的应用前景。