一种具有荧光特性的不同尺寸的纳米银粒子（AgFNPs）的可控合成方法与流程

本发明公开了一种具有荧光特性的不同尺寸的纳米银粒子的可控合成方法，属于纳米领域。

背景技术：

不同尺寸的贵金属纳米颗粒可以呈现出多种光学性质，其中包括拉曼表面增强性质，等离子表面共振效应以及荧光性质等等，这些性质使贵金属纳米颗粒被成功应用于生物标记、指向、荧光标记、催化以及生物领域的释放功能。在一个体系当中，当纳米粒子尺寸的顺序和电子Fermi波长（金和银的Fermi波长是0.5 nm）的顺序相同时，无毒性的贵金属纳米粒子通常能够显示出非常强的激发和荧光发射性质。然而尽管如此，当贵金属纳米粒子的尺寸接近电子平均自由程（金和银的电子平均自由程大约是50 nm）的尺寸时，电子的集体激发占主导位置，纳米粒子的荧光性质将消失，取而代之的是等离子表面共振效应。因此，如何通过控制尺寸来调节贵金属纳米粒子的光学性质就显得至关重要。

众所周知，银纳米粒子（AgNPs）相比于金纳米粒子来说，可以呈现出更强的荧光性质。由于其在广泛领域相当多的应用，AgNPs一直是广大研究者的研究兴趣之一。目前，大部分AgNPs的还原过程主要依赖于湿化学还原方法，例如硼氢化物还原。其他方法，例如光化学方法、声化学方法、电化学方法以及生物方法，都已经被应用于制备荧光AgNPs。然而，大部分还原方法都很难制备出单分散性较好的纳米粒子。

因此，要制备出单分散性较好的AgNPs并且实现尺寸的可控合成，尤其是光学性质的可控合成，具有重要意义和巨大挑战。

技术实现要素：

本发明旨在开发一种尺寸及光学性质可控的纳米粒子。为了实现这一目的，我们公开了一种具有荧光特性的不同尺寸的纳米银粒子（AgFNPs）的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种具有荧光特性的不同尺寸的纳米银粒子（AgFNPs）的可控合成方法，主要采用油包水（W/O）反相微乳法制备AgFNPs，以2-乙基己基琥珀酸酯磺酸钠（AOT）为表面活性剂，环己烷为连续相，超纯水为水相，配置反相微乳，基本上由以下步骤组成：

步骤1．AOT的环己烷溶液的配置：准确称取一定量的AOT，将其充分溶解于一定体积的环己烷中，配制一定浓度的稳定的环己烷溶液（0.1mol/L）。然后各取等体积的配制好的AOT/环己烷溶液两份（分别10 mL左右）。

步骤2. 反应溶液的配制：分别准确配制一定浓度的硝酸银水溶液（0.1mol/L）和水合肼水溶液（0.3mol/L）。

步骤3. 稳定微乳的形成：各取等体积步骤1中配制好的AOT的环己烷溶液两份，向两份试液中分别滴加步骤2中配置的硝酸银水溶液和水合肼水溶液，固定两种水溶液体积比为1:1。分别充分搅拌直到形成透明稳定的反相微乳溶液。

步骤4. AgFNPs的形成：将步骤3中水合肼的反相微乳缓慢滴入快速搅拌的硝酸银微乳液中，并持续搅拌20-30分钟，直到颜色变为深黄色并且不再变化为止，最后AgFNPs稳定存在于AOT分子包裹的微乳溶液中。

步骤5. 破乳分离：将过量的甲醇溶液加入到步骤4中反应完成的微乳液中，以除去多余的AOT，在10000r/min的高转速下离心5分钟，再用无水乙醇洗，超声分散后重复几次操作，最后将AOT修饰的AgFNPs溶解在甲苯溶液中。

步骤6. 不同大小尺寸的荧光纳米银粒子（AgFNPs）的制备：不同大小尺寸的AgFNPs可以通过改变步骤3中水相和油相AOT的摩尔比（ω）来得到，本发明固定水相和油相摩尔比（ω）分别为3、5、7 和9，从而得到四种不同大小尺寸的AgFNPs。

本发明所制备的不同尺寸的荧光纳米银粒子（AgFNPs）采用透射电子电子显微镜（TEM）和动态光散射仪（DLS）分析其尺寸及形貌；采用紫外可见分光光度计和荧光光度计表征其光学性质。

本发明所制备的不同尺寸的荧光纳米银粒子（AgFNPs）尺寸分别为3.5 nm、5.5 nm、8.4 nm和11.2 nm，尺寸较小，单分散性好，具有明显的荧光特性，光学稳定性好；不同尺寸大小的AgFNPs，所表现出的光学性质不同，其紫外吸收波长随着尺寸增大发生红移：3.5nm的AgFNPs吸收峰为397nm，5,5nm的AgFNPs吸收峰为402nm，8.4nm的AgFNPs吸收峰为407nm，11.2nm的AgFNPs吸收峰为411nm；荧光强度也随着尺寸的增加而增大：3.5nm的AgFNPs荧光强度为220a.u.，5.5nm的AgFNPs荧光强度为405a.u.，8.4nm的AgFNPs荧光强度为640a.u.，11.2nm的AgFNPs荧光强度为920a.u.；通过尺寸可控，实现其光学性质可控，对制备出单分散性好的荧光纳米银粒子具有重要的指导意义。

本发明中所涉及的荧光纳米银粒子（AgFNPs）通过反相微乳法制备，在常温常压下可控合成了荧光纳米银粒子（AgFNPs），通过调控微乳体系中水相和油相AOT的摩尔比（ω）即可实现AgFNPs的尺寸可控，工艺简单，反应温度低，时间短，适合于生产研究。

附图说明

图1为本发明合成的不同水相和油相摩尔比（ω）AgFNPs的TEM照片；

图中标号：（a） 水相和油相摩尔比ω=3的AgFNPs的TEM照片 （b）水相和油相摩尔比ω=5的AgFNPs的TEM照片（c）水相和油相摩尔比ω=7的AgFNPs的TEM照片 （d） 水相和油相摩尔比ω=9的AgFNPs的TEM照片；

图2为本发明合成的不同水相和油相摩尔比（ω）AgFNPs的尺寸分析图；

图中标号：（a）不同水相和油相摩尔比（ω）AgFNPs的尺寸正态分布图 （b）水相和油相摩尔比（ω）和AgFNPs尺寸的线性关系图；

图3为本发明合成的不同水相和油相摩尔比（ω）AgFNPs的紫外吸收图谱的比较；

图中标号：（a）不同水相和油相摩尔比（ω）AgFNPs的紫外吸收图谱，A-3，B-5，C-7，D-9 （b）AgFNPs的紫外吸收强度与水相和油相摩尔比（ω）之间的线性关系 （c）AgFNPs的最大吸收波长与水相和油相摩尔比（ω）之间的线性关系；

图4为本发明合成的不同水相和油相摩尔比（ω）AgFNPs的荧光光谱的比较；

图中标号：（a）不同水相和油相摩尔比（ω）AgFNPs的荧光激发光谱（虚线）和发射图谱（实线），A-3，B-5，C-7，D-9 （b）AgFNPs的荧光发射强度与水相和油相摩尔比（ω）之间的线性关系；

图5为本发明合成的AgFNPs（水相和油相摩尔比ω=5）在甲苯溶剂中荧光寿命。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

实施例1

室温下，准确称取两份0.2223g（0.5mmol）的AOT，分别将其置于干燥的25ml三角烧瓶中，分别加入5ml的环己烷，置于磁力搅拌器上，配制成浓度为0.1mol/L的AOT/环己烷溶液两份。 另准确称取0.085g（0.5mmol）硝酸银，置于5ml干燥的棕色容量瓶中，配置成浓度为0.1mol/L的硝酸银水溶液；另用微量进样器准确量取73.5μl（1.5mmol）水合肼，置于5ml干燥容量瓶中，配置成浓度为0.3mol/L的水合肼水溶液。

用微量进样器分别准确移取27μl硝酸银水溶液和27μl水合肼水溶液于两份AOT/环己烷溶液的三角烧瓶中，分别加入磁子，置于磁力搅拌器上分别搅拌30分钟，分别形成透明的硝酸银/AOT/环己烷微乳液（ω=3）和水合肼/AOT/环己烷微乳液（ω=3）。再将水合肼/AOT/环己烷微乳液缓慢滴入快速搅拌的硝酸银/AOT/环己烷微乳液中，并持续搅拌20-30分钟，直到颜色变为深黄色并且不再变化为止，最后制得ω=3的AgFNPs稳定存在于AOT分子包裹的微乳溶液中。

同理，移取45μl硝酸银水溶液和45μl水合肼水溶液于两份AOT/环己烷溶液的三角烧瓶中，按照上述方法，即可制得ω=5的AgFNPs稳定存在于AOT分子包裹的微乳溶液中；移取63μl硝酸银水溶液和63μl水合肼水溶液于两份AOT/环己烷溶液的三角烧瓶中，按照上述方法，即可制得ω=7的AgFNPs稳定存在于AOT分子包裹的微乳溶液中；移取81μl硝酸银水溶液和81μl水合肼水溶液于两份AOT/环己烷溶液的三角烧瓶中，按照上述方法，即可制得ω=9的AgFNPs稳定存在于AOT分子包裹的微乳溶液中。

将4种制得的不同ω的AgFNPs微乳液用环己烷稀释两倍，采用透射电子电子显微镜（TEM）和动态光散射仪（DLS）对其形貌尺寸进行分析，结果如图1和图2所示。图1中（a）、（b）、（c）（d）分别对应的是ω=3、5、7、9的AgFNPs的TEM照片。结果显示，本发明所制得的不同尺寸的AgFNPs单分散性较好，尺寸均一。图2（a）显示的是4种不同ω的AgFNPs的尺寸正态分布结果， 当ω分别是3、5、7和9时，对应的AgFNPs尺寸分别约为3.5 nm、5.5 nm、8.4 nm和11.2 nm 。图2（b）结果显示AgFNPs尺寸与ω之间存在良好的线性关系。因此，本发明所合成的4种不同尺寸的AgFNPs具有更优良的单分散性和稳定性。

实施例2

室温下，准确称取两份0.2223g（0.5mmol）的AOT，分别将其置于干燥的25ml三角烧瓶中，分别加入5ml的环己烷，置于磁力搅拌器上，配制成浓度为0.1mol/L的AOT/环己烷溶液两份。 另准确称取0.085g（0.5mmol）硝酸银，置于5ml干燥的棕色容量瓶中，配置成浓度为0.1mol/L的硝酸银水溶液；另用微量进样器准确量取73.5μl（1.5mmol）水合肼，置于5ml干燥容量瓶中，配置成浓度为0.3 mol/L的水合肼水溶液。

用微量进样器分别准确移取27μl硝酸银水溶液和27μl水合肼水溶液于两份AOT/环己烷溶液的三角烧瓶中，分别加入磁子，置于磁力搅拌器上分别搅拌30分钟，分别形成透明的硝酸银/AOT/环己烷微乳液（ω=3）和水合肼/AOT/环己烷微乳液（ω=3）。再将水合肼/AOT/环己烷微乳液缓慢滴入快速搅拌的硝酸银/AOT/环己烷微乳液中，并持续搅拌20-30分钟，直到颜色变为深黄色并且不再变化为止，最后制得ω=3的AgFNPs稳定存在于AOT分子包裹的微乳溶液中。

同理，移取45μl硝酸银水溶液和45μl水合肼水溶液于两份AOT/环己烷溶液的三角烧瓶中，按照上述方法，即可制得ω=5的AgFNPs稳定存在于AOT分子包裹的微乳溶液中；移取63μl硝酸银水溶液和63μl水合肼水溶液于两份AOT/环己烷溶液的三角烧瓶中，按照上述方法，即可制得ω=7的AgFNPs稳定存在于AOT分子包裹的微乳溶液中；移取81μl硝酸银水溶液和81μl水合肼水溶液于两份AOT/环己烷溶液的三角烧瓶中，按照上述方法，即可制得ω=9的AgFNPs稳定存在于AOT分子包裹的微乳溶液中。

分别移取2ml不同ω的AgFNPs微乳液于4支10ml离心管中， 再分别加入过量的甲醇溶液，以除去多余的AOT，在10000r/min的高转速下离心5分钟，再用无水乙醇洗，超声分散后重复三次操作，最后将AOT修饰的不同ω的AgFNPs溶解在5ml甲苯溶液中。采用紫外可见分光光度计和荧光光度计表征其光学性质。

检测结果分别参看图3、图4和图5，测试结果表明，AgFNPs表现出优异的光学性质。图3表明随着ω的增大，AgFNPs的吸光率明显的增加，AgFNPs的最大吸收波长也随着ω的增大而红移了，这是因为ω决定了AgFNPs的尺寸大小。图4表明当激发波长为363 nm时，AgFNPs在420 nm处有很强的荧光发射。其中，AgFNPs的最大荧光发射波长并没有随着尺寸的变化而变化，但是荧光发射强度却随着ω的增大而增强了（如图4-b），相应的，AgFNPs的荧光发射强度随着ω的增加而增加是由于ω和AgFNPs的尺寸间的正比例线性关系。为了研究AgFNPs的光稳定性，采用荧光分光计检测了AgFNPs（ω=5）的荧光寿命。图5结果显示，对AgFNPs来说，荧光衰退符合单次指数衰退。在甲苯溶剂中，AgFNPs的寿命为0.96 ns，并且衰退符合一次指数函数，表现出优良的光稳定性。

本发明属于纳米领域，具体公开了一种具有荧光特性的不同尺寸的纳米银粒子（AgFNPs）的制备方法。本发明所制备的不同尺寸的荧光纳米银粒子（AgFNPs）尺寸分别为3.5 nm、5.5 nm、8.4 nm和11.2 nm，尺寸较小，单分散性好，具有明显的荧光特性，光学稳定性好；不同尺寸大小的AgFNPs，所表现出的光学性质不同，其紫外吸收波长随着尺寸增大发生红移：3.5nm的AgFNPs吸收峰为397nm，5,5nm的AgFNPs吸收峰为402nm，8.4nm的AgFNPs吸收峰为407nm，11.2nm的AgFNPs吸收峰为411nm；荧光强度也随着尺寸的增加而增大：3.5nm的AgFNPs荧光强度为220a.u.，5.5nm的AgFNPs荧光强度为405a.u.，8.4nm的AgFNPs荧光强度为640a.u.，11.2nm的AgFNPs荧光强度为920a.u.；通过尺寸可控，实现其光学性质可控。所涉及的荧光纳米银粒子（AgFNPs）通过反相微乳法制备，在常温常压下可控合成了荧光纳米银粒子（AgFNPs），通过调控微乳体系中水相和油相AOT的摩尔比（ω）即可实现AgFNPs的尺寸可控，因此具有工艺简单，反应温度低，时间短，适合于生产研究等特点。