专利名称：一种仿生制备水溶性金纳米粒子的方法
技术领域：
本发明涉及化学及材料学领域，具体涉及一种仿生绿色途径制备水溶性金纳米粒 子的方法。
背景技术：
纳米粒子是指尺度在1 lOOnm之间的微粒，处在原子簇和宏观物体交界的过渡 区域。当微粒尺寸进入纳米量级时，就从量变到质变，其力学、热学、电学、磁学和光学性质 发生根本性变化。纳米粒子的尺寸小，表面积大，位于表面的原子占很大比例。表面的原子 具有不饱和的悬挂键，性质很不稳定，这使纳米粒子的活性大大增加。例如金属纳米粒子在 空气中能燃烧，无机材料的纳米粒子能吸附环境中的气体并与之反应。普通大块晶体内含 有大量原子(或原胞)，其能带中的能级间距很小，呈准连续结构(见能带理论)。纳米粒 子只包含有限数的原胞，这使能级间距增大，能带将分裂成离散能级。当能级间距大于通常 的热、电、光的作用能量时，量子效应将显著地改变其各方面的物理性质。纳米粒子具有传 统固体所不具备的许多特殊性质，可以概括为以下三个效应表面效应、小尺寸效应和宏观 量子隧道效应。近年来，金纳米粒子因其独特的光学及电学特性，在临床快速诊断、免疫电镜、生 物分子(DNA，蛋白质)高灵敏检测等生物医学领域得到了广泛应用。目前，高质量金纳米粒 子的制备方法通常分为两种一种是高温的水相反应，得到溶于水的金纳米粒子；另一种 是低温的有机相反应，得到溶于有机溶剂的金纳米粒子。随着环境问题的日益凸显，采用环 境友好、能源节约的绿色合成路线进行纳米材料的合成逐渐成为化学家关注的焦点。要实现纳米材料的绿色合成，需满足以下要素安全的溶剂和温和的反应条件，环 境友好的(还原)试剂以及无毒无害的表面配体。近些年来，研究者们采用微生物或者细 胞作为反应载体，实现了多种纳米材料的绿色合成，如纳米金、银、量子点和氧化铁。生物体 系中多样的生化反应和生物活性分子给研究者们提供了有力的平台和工具。但是，这种纳 米材料生物合成方法通常存在产物形貌不易控制、难提纯等问题，具体的反应机理研究得 也不够清楚，故这些方法并没有得到很好的推广。
发明内容
本发明的目的在于提供一种仿生制备水溶性金纳米粒子的方法。本发明仿生制备水溶性金纳米粒子的方法，包括如下步骤1)将氯金酸与还原型谷胱甘肽(GSH)在水中按摩尔比1 1混合，调节pH至 2. 5 3.0，得到淡黄色沉淀；2)离心，将沉淀用0. 008 0. 012mol/L氢氧化钠溶液溶解，得到金前体溶液；3)向每毫升金前体溶液中加入2 5mg辅酶II和0. 5 1个单位的谷胱甘肽还 原酶，室温(25°C )下搅拌反应10 14小时，超滤得水溶性金纳米粒子。在上述过程中，可以通过调节辅酶II的加入量，来调节金纳米粒子的大小。辅酶II加入量越大，生成的金纳米粒子粒径越小。其中辅酶II加入量的范围为2 5mg。其中， 步骤1)宜将氯金酸与还原型谷胱甘肽在水中等摩尔混合。在本发明实施例中，将氯金酸溶 于超纯水中，制备成氯金酸溶液，再加入还原型谷胱甘肽混合。。其中，步骤2)离心的目的是更好地将沉淀分离，便于收集沉淀，通常在8000g 10000g离心力下离心3 5min即可实现沉淀的理想分离。然后将沉淀用适量氢氧化钠溶 液溶解。在本发明实施例中，将沉淀采用O.Olmol/L氢氧化钠溶液溶解，得到金前体溶液。其中，步骤3)可以用超纯水将金前体溶液进行适当稀释后，加入辅酶II和谷胱甘 肽还原酶进行反应。如可以将金前体溶液用超纯水稀释至0. 6 0. 7mmol/L,按每毫升稀 释液加入2 5mg辅酶II和0. 5 1个单位谷胱甘肽还原酶，室温下搅拌反应10 14小 时。步骤3)中所述超滤步骤可以采用截留分子量为30kDa的超滤管超滤，收集截留组 分，得到金纳米粒子。本发明方法基于细胞内的还原反应和酶催化过程，在类生物体系中制备得到了水 溶性金纳米粒子。该法条件温和，所用试剂环境友好，在室温下即可得到粒径均一的金纳米 粒子，通过调节还原剂辅酶II的加入量可控制金纳米粒子的粒径大小(图1)。得到的金纳 米粒子表面包覆有一层致密的谷胱甘肽分子(图2)，在水溶液中具有很好的稳定性。该法 为纳米材料的绿色合成提供了一种新的思路。
图1本发明所制备的粒径为12. 6nm(a)、7. 8nm(b)、6. lnm(c)的水溶性金纳米粒子 的透射电镜图。图2本发明所制备的粒径为12. 6nm的水溶性金纳米粒子和谷胱甘肽的红外光谱图。图3本发明所制备的粒径为12. 6nm的水溶性金纳米粒子的粉末X射线衍射图。
具体实施例方式以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离 本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明 的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。实施例1金纳米粒子的制备(1)将lg氯金酸溶于100mL超纯水，配成(重量体积比)的氯金酸储备液；(2)将氯金酸溶液与还原型谷胱甘肽(GSH)按摩尔比1 1混合；(3)将反应液的pH值用氢氧化钠溶液调至2. 5-3. 0，得到淡黄色沉淀；(4)离心(RCF 10000g)，沉淀用0. 01mol/L氢氧化钠溶液溶解，得到金前体溶液；(5)将金前体溶液用超纯水稀释至0. 64mmol/L,按每毫升稀释液加入2mg NADPH 和1个单位GR的比例加入NADPH和GR，室温25°C下搅拌反应12小时；(6)将反应溶液用截留分子量为30kDa的超滤管(Millipore)超滤，收集截留分子 量为> 30kDa的组分，得到所需的水溶性金纳米粒子。经检测，得到的水溶性金纳米粒子的 粒径为12. 6nm。
实施例2金纳米粒子的制备(1)将lg氯金酸溶于100mL超纯水，配成1 %的氯金酸储备液；(2)将氯金酸溶液与还原型谷胱甘肽(GSH)按摩尔比1 1混合；(3)将反应液的pH值用氢氧化钠溶液调至2. 5-3. 0，得到淡黄色沉淀；(4)离心(RCF lOOOOg)离心3分钟，沉淀用35ml 0. 01mol/L氢氧化钠溶液溶解， 得到金前体溶液；(5)将金前体溶液用超纯水稀释至0. 64mmol/L,按每毫升稀释液加入3mg NADPH 和1个单位GR的比例加入NADPH和GR，室温25°C下搅拌反应12小时；(6)将反应溶液用截留分子量为30kDa的超滤管(Millipore)超滤，收集截留分子 量为> 30kDa的组分，得到所需的水溶性金纳米粒子。经检测，得到的水溶性金纳米粒子的 粒径为7. 8nm。实施例3金纳米粒子的制备(1)将lg氯金酸溶于100mL超纯水，配成1 %的氯金酸储备液；(2)将氯金酸溶液与还原型谷胱甘肽(GSH)按摩尔比1 1混合；(3)将反应液的pH值用氢氧化钠溶液调至2. 5-3. 0，得到淡黄色沉淀；(4)离心(RCF 10000g)离心3分钟，沉淀用35ml 0. 01mol/L氢氧化钠溶液溶解， 得到金前体溶液；(5)将金前体溶液用超纯水稀释至0. 64mmol/L,按每毫升稀释液加入4mg NADPH 和1个单位GR的比例加入NADPH和GR，室温25°C下搅拌反应12小时；(6)将反应溶液用截留分子量为30kDa的超滤管(Millipore)超滤，收集截留分子 量为> 30kDa的组分，得到所需的水溶性金纳米粒子。经检测，得到的水溶性金纳米粒子的 粒径为6. lnm。实施例4金纳米粒子的制备(1)将lg氯金酸溶于100mL超纯水，配成的氯金酸储备液；(2)将氯金酸溶液与还原型谷胱甘肽(GSH)按摩尔比1 1混合；(3)将反应液的pH值用氢氧化钠溶液调至2. 5，得到淡黄色沉淀；(4)离心(RCF 10000g)离心3分钟，沉淀用0. 008mol/L氢氧化钠溶液溶解，得到 金前体溶液；(5)将金前体溶液用超纯水稀释至0. 60mmol/L,按每毫升稀释液加入5mg NADPH 和1个单位GR的比例加入NADPH和GR，室温25°C下搅拌反应12小时；(6)将反应溶液用截留分子量为30kDa的超滤管(Millipore)超滤，收集截留分子 量为> 30kDa的组分，得到水溶性金纳米粒子。实施例5金纳米粒子的制备(1)将lg氯金酸溶于100mL超纯水，配成1 %的氯金酸储备液；(2)将氯金酸溶液与还原型谷胱甘肽(GSH)按摩尔比1 1混合；(3)将反应液的pH值用氢氧化钠溶液调至3. 0，得到淡黄色沉淀；(4)离心(RCF 10000g)离心3分钟，沉淀用0. 012mol/L氢氧化钠溶液溶解，得到 金前体溶液；(5)将金前体溶液用超纯水稀释至0. 70mmol/L,按每毫升稀释液加入3mg NADPH
5和0.5个单位GR的比例加入NADPH和GR，室温25°C下搅拌反应14小时； (6)将反应溶液用截留分子量为30kDa的超滤管(Millipore)超滤，收集截留分子
量为> 30kDa的组分，得到水溶性金纳米粒子。
权利要求
一种仿生制备水溶性金纳米粒子的方法，其包括如下步骤1)将氯金酸与还原型谷胱甘肽在水中按摩尔比1∶1混合，调节pH至2.5～3.0，得到淡黄色沉淀；2)离心，将沉淀用0.008～0.012mol/L氢氧化钠溶液溶解，得到金前体溶液；3)向每毫升金前体溶液中加入2～5mg辅酶II和0.5～1个单位的谷胱甘肽还原酶，室温下搅拌反应10～14小时，超滤得水溶性金纳米粒子。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过调节辅酶II的加入量，来调节金纳米粒 子的大小。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，其中步骤1)首先将氯金酸溶于超纯水 制成1 %的氯金酸溶液，再添加与氯金酸等摩尔的还原型谷胱甘肽混合。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，其中步骤2)10000 X g下离心3分钟，将 沉淀用0. 01mol/L氢氧化钠溶液溶解，得到金前体溶液。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，其中步骤3)将金前体溶液用超纯水稀 释至0. 6 0. 7mmol/L,按每毫升稀释液加入2 5mg辅酶II和0. 5 1个单位谷胱甘肽 还原酶，室温下搅拌反应10 14小时。
6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，其中步骤3)所述超滤采用截留分子量 为30kDa的超滤管超滤，收集截留组分，得到金纳米粒子。
全文摘要
本发明公开了一种仿生制备水溶性金纳米粒子的方法。该方法基于细胞内的还原反应和酶催化过程，在类生物体系中制备得到了水溶性金纳米粒子。该方法简单易行，所用试剂环境友好，室温下即可得到粒径均一且可控的金纳米粒子。由于表面包覆有一层致密的谷胱甘肽分子，使得产物在水溶液中具有很好的稳定性。该法为纳米材料的绿色合成提供了一种新的思路。
文档编号B22F9/24GK101875133SQ20101019216
公开日2010年11月3日 申请日期2010年5月31日 优先权日2010年5月31日
发明者崔然, 庞代文, 张志凌, 张明曦, 田智全 申请人:武汉大学