一种聚乙二醇化金纳米棒的制备方法与流程

1.本发明涉及纳米材料制备技术领域，具体涉及一种聚乙二醇化金纳米棒的制备方法。


背景技术：

2.近年来，金纳米棒在等离子体、分子传感、癌症光热治疗等领域受到了广泛关注。各向异性等离子金纳米颗粒具有独特的光学和电子特性，与其他类型的金纳米颗粒相比，金纳米棒表现出显著优势，包括局部表面等离子体共振特性，并可以通过控制它们的大小来调整：
3.形状和纵横比。金纳米棒具有两种表面等离子体带：横向等离子体峰和纵向等离子体峰，分别是由由来自短轴和长轴的辐射光激发产生。横向等离子体峰一般固定在520nm，纵向等离子体峰可以调控在可见光到红外范围内。
4.最常用的金纳米棒合成方法是种子介导法，该方法使用十六烷基三甲基溴化铵(ctab)和硝酸银来调控金纳米棒的合成以及长径比。
5.ctab紧紧吸附在金表面形成双分子层以稳定形状。此外，在合成过程中，银离子被还原以银原子的形式沉积在金表面。在有氧条件下，银原子被氧化后形成水溶性银离子。由于ctab和银离子具有很强的细胞毒性和细胞膜破的高坏能力，极大地限制了金纳米棒的生物学中的应用。除此之外，金纳米棒表面上的ctab层很难进行功能化，从而阻碍了其在生物识别等方面的应用。因此，除去金纳米棒的表面的ctab，防止银离子浸出以及在金纳米棒表面进行功能化是其在生物医学领域能够得到广泛应用的关键。
6.最广泛使用的清除方法金纳米棒的ctab是进行多次清洗，通过复杂步骤进行表面分子(硫醇化聚乙二醇，hs-peg)替换，虽然能够去除溶液和金纳米棒表面的ctab。但是，此方法很难确保完全置换金纳米棒表面ctab分子，同时会使溶液中ctab残留在表面并多次导致金纳米棒的不稳定而发生团聚、沉淀，复杂步骤耗时耗力，不易操作，容易出现一步出错，满盘皆输的情况。
7.因此，本领域急需一种简单、高效、稳健地除去金纳米棒表面ctab的方法。


技术实现要素：

8.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种聚乙二醇化金纳米棒的制备方法。
9.为了实现本发明之目的，本技术提供以下技术方案。
10.在第一方面中，本技术提供一种聚乙二醇化金纳米棒的制备方法，所述制备方法包括以下几个步骤：
11.c)在以种子介导法制得的金纳米棒溶液中加入k2co3溶液与hs-(o-ch
2-ch2)
n-oh的混合溶液，然后滴加碱液调节ph，经搅拌、离心、过滤后，将沉淀物置于超纯水中，得到所述聚乙二醇化金纳米棒。
12.通常hs-(o-ch
2-ch2)
n-oh替换ctab，效率较低，不能保证ctab分子被hs-(o-ch
2-ch2)
n-oh只能替换部分ctab分子。在碱性的条件下，ctab双分子层不稳定，易脱离金表面；hs-(o-ch
2-ch2)n-oh分子更高效结合金表面形成s-au键。k2co3溶液可以温和调节溶液ph值，使溶液达到理想反应碱性条件。
13.另外，该方法适用于不同类型聚乙二醇分子，可根据实际情况选择，同时方便下一步表面功能化修饰，如hs-(o-ch
2-ch2)n-cooh、hs-(o-ch
2-ch2)n-nh3等聚乙二醇分子，带有的-cooh、-nh3功能基团可用于进一步表面修饰功能化反应。
14.在第一方面的一种实施方式中，所述hs-(o-ch
2-ch2)
n-oh的相对分子量为2000～5000da，所述k2co3溶液的摩尔摩浓度为1-10mm，所述k2co3溶液和hs-(o-ch
2-ch2)
n-oh的体积比为1:1～10。
15.在第一方面的一种实施方式中，所述碱液为koh溶液，所述koh的摩尔浓度为1-5mm，调节后溶液的ph为8-10。在ph值为8-10的条件下，hs-(o-ch
2-ch2)n-oh置换ctab分子的效率更高，其中ctab双分子层在此条件下不稳定，易脱离金表面；hs-(o-ch
2-ch2)n-oh分子更高效结合金表面形成s-au键。
16.在第一方面的一种实施方式中，步骤c)中，所述搅拌所用的转速为200-800rpm，搅拌的时间为12-24h。
17.在第一方面的一种实施方式中，步骤c)中，所述离心为至少两次离心，所述离心所用的转速为8000-12000rpm，每次离心的时间为15-30min。
18.在第一方面的一种实施方式中，所述种子介导法包括如下步骤：b)在搅拌过程中，将agno3水溶液添加到ctab溶液中，然后依次加入haucl4溶液、抗坏血酸溶液和种子溶液，经反应后离心，将沉淀物置于超纯水中，得到所述金纳米棒溶液。
19.在第一方面的一种实施方式中，所述agno3、ctab、haucl4、抗坏血酸、k2co3的摩尔比为1-2.5:800-1200:2-8:4-8:2-6。
20.在第一方面的一种实施方式中，所述种子溶液的添加量为8-20μl。
21.在第一方面的一种实施方式中，步骤b)中，所述搅拌的转速为200-800rpm。
22.在第一方面的一种实施方式中，步骤b)中，所述反应的温度为20-40℃，所述反应的时间为1-3h。
23.在第一方面的一种实施方式中，步骤b)中，所述离心所用的转速为8000-12000rpm，所述离心的时间为15-30min。
24.在第一方面的一种实施方式中，所述种子溶液的制备方法包括如下步骤：a)在ctab溶液中加入haucl4溶液，然后在搅拌条件下加入nabh4溶液，反应、静置后，得到所述种子溶液。
25.在第一方面的一种实施方式中，所述ctab、haucl4和nabh4的摩尔比为800-1000：2-3：4-8。
26.在第一方面的一种实施方式中，所述nabh4溶液在滴加时的温度为0-4℃。
27.在第一方面的一种实施方式中，步骤a)中，所述搅拌的转速为400-800rpm。
28.在第一方面的一种实施方式中，步骤a)中，所述反应的温度为20-40℃，反应时间为5-10min；
29.在第一方面的一种实施方式中，步骤a)中，所述静置的时间至少为1h。
30.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
31.(1)相较于常用方法，操作步骤少且快速。
32.(2)能够高效替换ctab分子，消除细胞毒性。
33.(3)金纳米棒表面聚乙二醇化，提高生物性和性，使其更好应用于生物医学领域。
34.(4)该方法适用于不同类型聚乙二醇分子，可根据实际情况选择，同时方便下一步表面功能化修饰。
附图说明
35.图1为实施例1所制备聚乙二醇化金纳米棒的紫外光谱图；
36.图2为实施例1所制备聚乙二醇化金纳米棒的电镜扫描图。
具体实施方式
37.除非另有说明、从上下文暗示或属于现有技术的惯例，否则本技术中所有的份数和百分比都基于重量，且所用的测试和表征方法都是与本技术的提交日期同步的。在适用的情况下，本技术中涉及的任何专利、专利申请或公开的内容全部结合于此作为参考，且其等价的同族专利也引入作为参考，特别这些文献所披露的关于本领域中的合成技术、产物和加工设计、聚合物、共聚单体、引发剂或催化剂等的定义。如果现有技术中披露的具体术语的定义与本技术中提供的任何定义不一致，则以本技术中提供的术语定义为准。
38.本技术中的数字范围是近似值，因此除非另有说明，否则其可包括范围以外的数值。数值范围包括以1个单位增加的从下限值到上限值的所有数值，条件是在任意较低值与任意较高值之间存在至少2个单位的间隔。例如，如果记载组分、物理或其它性质(如分子量等)是100至1000，意味着明确列举了所有的单个数值，例如100，101,102等，以及所有的子范围，例如100到166,155到170,198到200等。对于包含小于1的数值或者包含大于1的分数(例如1.1，1.5等)的范围，则适当地将1个单位看作0.0001，0.001，0.01或者0.1。对于包含小于10(例如1到5)的个位数的范围，通常将1个单位看作0.1。这些仅仅是想要表达的内容的具体示例，并且所列举的最低值与最高值之间的数值的所有可能的组合都被认为清楚记载在本技术中。还应指出，本文中的术语“第一”、“第二”等不限定先后顺序，只是为了区分不同结构的物质。
39.关于化学化合物使用时，除非明确地说明，否则单数包括所有的异构形式，反之亦然(例如，“己烷”单独地或共同地包括己烷的全部异构体)。另外，除非明确地说明，否则用“一个”，“一种”或“该”形容的名词也包括其复数形式。
40.术语“包含”，“包括”，“具有”以及它们的派生词不排除任何其它的组分、步骤或过程的存在，且与这些其它的组分、步骤或过程是否在本技术中披露无关。为消除任何疑问，除非明确说明，否则本技术中所有使用术语“包含”，“包括”，或“具有”的组合物可以包含任何附加的添加剂、辅料或化合物。相反，除了对操作性能所必要的那些，术语“基本上由
……
组成”将任何其他组分、步骤或过程排除在任何该术语下文叙述的范围之外。术语“由
……
组成”不包括未具体描述或列出的任何组分、步骤或过程。除非明确说明，否则术语“或”指列出的单独成员或其任何组合。
41.实施例
42.下面将对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
43.实施例1
44.1、种子溶液制备
45.将9.75ml的浓度为0.1m的ctab溶液加入玻璃小瓶，置于30℃水浴中，并缓慢搅拌。同时，制备浓度为0.01m的nabh4溶液，并将其插入冰中至少10分钟。此后，在ctab溶液中加入0.25ml浓度为0.01m的haucl4溶液，然后在剧烈搅拌下加入0.6ml的nabh4溶液，溶液的颜色立即由鲜黄色变为棕褐色。5分钟后，将溶液在水浴中静置1小时。
46.2、金纳米棒制备
47.前一步所制备的种子溶液用于制备金纳米棒。在30℃缓慢搅拌下，将180μl浓度为的0.01m的agno3水溶液添加到9.5ml浓度为0.1m的ctab溶液中。之后，再加入0.5ml浓度为0.01m的haucl4溶液，55μl浓度为0.1m的抗坏血酸(aa)溶液和最后12μl的种子溶液。添加aa后，溶液的颜色从鲜黄色变为无色。
48.一个小时后，将溶液转移至eppendorf管中，并以8500rpm离心15分钟。然后除去上清液，并将沉淀重悬于10ml超纯水中。将金纳米棒溶液置于4℃冰箱内保存。
49.3、金纳米棒聚乙二醇化
50.在合成的金纳米棒溶液中加入2ml等体积混合的2mm k2co3和hs-(o-ch
2-ch2)
n-oh(分子量为2000-5000da)混合溶液，并用1mm koh溶液调节混合液ph值为9。在室温下，用旋转混合器混合24小时。
51.24小时后，将溶液转移至eppendorf管中，并以8500rpm离心15分钟，重复两次。然后除去上清液，并将沉淀重悬于10ml超纯水中。将聚乙二醇化金纳米棒溶液置于4℃冰箱内保存。
52.将制备得到的聚乙二醇化金纳米棒进行紫外光谱分析以及透射电镜扫描，其结果分别如图1、图2所示。从图中我们可以看出金纳米棒的形貌特征。
53.金纳米棒表面ctab分子的去除效率通过进一步的x射线光电子能光谱(xps)测试。我们选择c1s,o 1s,s 2p和n1s区域作扫描，通过计算n原子浓度的比例确定ctab分子的残留量，因为ctab分子是xps光谱中n原子的唯一来源。经检测，本发明可完全去除金纳米棒表面的ctab。
54.实施例2
55.(1)种子溶液制备
56.将8.0ml的浓度为0.1m的ctab溶液加入玻璃小瓶，置于40℃水浴中，并缓慢搅拌(400rpm)。同时，制备浓度为0.01m的nabh 4
溶液，并将其插入冰中至少10分钟。此后，在ctab溶液中加入0.2ml浓度为0.01m的haucl4溶液，然后在剧烈搅拌下加入0.8ml的nabh4溶液，溶液的颜色立即由鲜黄色变为棕褐色。5分钟后，将溶液在水浴中静置2小时。
57.(2)生成金纳米棒
58.前一步所制备的种子溶液用于制备金纳米棒。在20℃缓慢搅拌(200rpm)下，将100μl浓度为的0.01m的agno3水溶液添加到12ml浓度为0.1m的ctab溶液中。之后，再加入0.2ml浓度为0.01m的hauc4溶液，40μl浓度为0.1m的抗坏血酸(aa)溶液和最后8μl的种子溶液。添
加aa后，溶液的颜色从鲜黄色变为无色。将混合物搅拌1分钟，然后在黑暗中静置2小时。颜色在15分钟左右变为红色，表明金纳米棒合成成功。一个小时后，将溶液转移至eppendorf管中，并以8000rpm离心30分钟。然后除去上清液，并将沉淀重悬于10ml磷酸盐缓冲盐水(pbs)(ph＝7.4)中。金纳米棒溶液在室温下保存。
59.(3)金纳米棒聚乙二醇化
60.在合成的金纳米棒溶液中加入2ml按体积比1:5混合的1mm k2co3和hs-(o-ch
2-ch2)
n-oh(分子量为2000-5000da)混合溶液，并用2mm koh溶液调节混合液ph值为10。在室温下，用旋转混合器混合12小时。
61.12小时后，将溶液转移至eppendorf管中，并以8000rpm离心30分钟，重复两次。然后除去上清液，并将沉淀重悬于10ml超纯水中。将聚乙二醇化金纳米棒溶液置于4℃冰箱内保存。
62.经检测，本发明可完全去除金纳米棒表面的ctab。
63.实施例3
64.(1)种子溶液制备
65.将10ml的浓度为0.1m的ctab溶液加入玻璃小瓶，置于20℃水浴中，并缓慢搅拌。同时，制备浓度为0.01m的nabh 4
溶液，并将其插入冰中至少10分钟。此后，在ctab溶液中加入0.3ml浓度为0.01m的haucl4溶液，然后在剧烈搅拌下加入0.4ml的nabh4溶液，溶液的颜色立即由鲜黄色变为棕褐色。10分钟后，将溶液在水浴中静置1小时。
66.(2)生成金纳米棒
67.前一步所制备的种子溶液用于制备金纳米棒。在40℃缓慢搅拌(800rpm)下，将250μl浓度为的0.01m的agno3水溶液添加到8ml浓度为0.1m的ctab溶液中。之后，再加入0.8ml浓度为0.01m的hauc4溶液，80μl浓度为0.1m的抗坏血酸(aa)溶液和最后20μl的种子溶液。添加aa后，溶液的颜色从鲜黄色变为无色。将混合物搅拌1分钟，然后在黑暗中静置3小时。颜色在15分钟左右变为红色，表明金纳米棒合成成功。一个小时后，将溶液转移至eppendorf管中，并以12000rpm离心15分钟。然后除去上清液，并将沉淀重悬于10ml磷酸盐缓冲盐水(pbs)(ph＝7.4)中。金纳米棒溶液在室温下保存。
68.(3)金纳米棒聚乙二醇化
69.在合成的金纳米棒溶液中加入2ml按体积比1:10混合的10mm k2co3和hs-(o-ch
2-ch2)
n-oh(分子量为2000-5000da)混合溶液，并用5mm koh溶液调节混合液ph值为8。在室温下，用旋转混合器混合18小时。
70.18小时后，将溶液转移至eppendorf管中，并以12000rpm离心15分钟，重复两次。然后除去上清液，并将沉淀重悬于10ml超纯水中。将聚乙二醇化金纳米棒溶液置于4℃冰箱内保存。
71.经检测，本发明可完全去除金纳米棒表面的ctab。
72.上述对实施例的描述是为了便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本技术。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必付出创造性的劳动。因此，本技术不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本技术披露的内容，在不脱离本技术范围和精神的情况下做出的改进和修改都在本技术的范围之内。