[发明专利]水溶性生物相容性单分散球形金纳米晶体的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种合成不同尺寸的水溶性、生物相容性、单分散球形金纳米晶体的方法，属于金纳米晶合成技术领域。

背景技术

由于其独特的物理化学性质，金纳米晶在纳米电子学、纳米光子学、催化、传感器、生物标记以及构建具有二维和三维结构新材料等诸多领域具有广泛的应用前景。近年来，它们作为优异的支架材料在开发新型化学和生物传感器方面得到了广泛关注。首先，金纳米晶具有良好的化学稳定性；其次，金纳米晶具有独特光电性质；再次，金纳米晶具有高的比表面积；另外，金纳米晶的这些性质可以很容易地通过改变它们的尺寸、形貌和周围的化学环境来调节。最后，金纳米晶为通过选择性结合和检测小分子或者生物目标分子的一系列有机或者生物配体提供了一个合适的、能实现多功能化的平台。为了提高检测的灵敏度，稳定性和选择性，需要对金纳米晶的尺寸、形貌和单分散性进行优化。此外，为实现体内检测，生物相容性也是必备条件之一。柠檬酸钠是一种生物相容性配体，易被其他生物分子、配体等替换，而谷胱甘肽、氨丁三醇均为生物相容性溶剂，因此，以它们作为稳定剂得到的金纳米晶可以实现它们在体内生物检测方面（核酸，恶性肿瘤细胞）的应用。

Turkevich于1951年发明了水相法用柠檬酸钠还原HAuCl₄来合成球形金纳米晶的方法。Frens在1972年发展了氯金酸的柠檬酸三钠水相还原法，现仍为制备球形金纳米晶体的主要方法。Turkevich的水相合成法粒径分布特别宽，且形貌不均一，例如类球形、椭球形、三角形。另外，此方法得到的可使用的球形金纳米晶体尺寸范围有限，从12纳米到20纳米。大于20纳米后，粒径分布特别宽，不能实现检测的高灵敏度，稳定性和选择性。此外，目前制备大尺寸的金纳米晶的方法都是通过二次种子生长法，并且效果不太理想。这种两步的合成方法对于无化学培训背景的科研人员来说，增大了可以重复性合成单分散金纳米晶的难度。因此，如何合成粒径范围更大、且尺寸均一的单分散的金纳米晶是一个不小的挑战。这些问题的解决毫无疑问可以大大拓宽金纳米晶在生物检测和传感器方面的应用。

发明内容

本发明针对现有的柠檬酸钠还原制备单分散的球形金纳米晶体的不足，提供一种操作简单、合成快捷的水溶性生物相容性单分散球形金纳米晶体的合成方法。

本发明的水溶性生物相容性单分散球形金纳米晶体的合成方法，包括以下步骤：

（1）使用超纯水将所需原料柠檬酸钠（还原剂、稳定剂）、氯金酸（可溶性前驱体）和硝酸银（辅助添加剂）分别配制成质量百分比浓度为1%-3%柠檬酸钠溶液、质量百分比浓度为1%氯金酸溶液和质量百分比浓度为0.01%-0.02%硝酸银溶液；同时使用超纯水配置质量百分比浓度为1.5%的谷胱甘肽溶液和质量百分比浓度为1.2%-2.4%的氨丁三醇溶液（谷胱甘肽或氨丁三醇作为稳定剂）；

（2）按比例取超纯水、柠檬酸钠溶液、氯金酸溶液、硝酸银溶液以及谷胱甘肽溶液或氨丁三醇溶液，其中柠檬酸钠溶液和氯金酸溶液的体积比为0.1-2.5，超纯水与氯金酸溶液的体积比为0-2.55（也可以不需要超纯水，即超纯水含量为0），硝酸银溶液与氯金酸溶液的体积比为0-0.85（也可以不需要硝酸银溶液，即硝酸银溶液含量为0），谷胱甘肽溶液与柠檬酸钠溶液的体积比为0-0.6（也可以不需要谷胱甘肽溶液，即谷胱甘肽溶液含量为0），氨丁三醇溶液与柠檬酸钠溶液的体积比为0-50（也可以不需要氨丁三醇溶液，即氨丁三醇溶液含量为0）；按以下情况对所取的溶液进行处理：

A．当超纯水、柠檬酸钠溶液、氯金酸溶液和硝酸银溶液均使用，同时使用谷胱甘肽溶液或氨丁三醇溶液时，将超纯水、柠檬酸钠溶液、氯金酸溶液和硝酸银溶液混合在一起，预混合2.5分钟-16分钟，形成预混合溶液，再将谷胱甘肽溶液或氨丁三醇溶液加入预混合溶液，再混合1分钟-5分钟，形成混合溶液；

B．当没有使用硝酸银溶液时，各溶液不需要混合；

（3）将步骤（2）A中的混合溶液迅速注入到沸腾的用于反应的超纯水中（此处的超纯水是用于加热反应的，不同于步骤2中的用于混合的超纯水），或者步骤（2）B中的各溶液（没有使用硝酸银溶液）依次直接注入到沸腾的用于反应的超纯水中（各溶液不需要预先混合）；用于反应的超纯水体积是所有注入到其内溶液体积之和的18.26-21.11倍；

（4）保持沸腾，加热回流30分钟-60分钟，然后自然冷却至室温，即可获得单分散的球形金纳米晶体。