[发明专利]一种基于蛋白还原法的合金纳米颗粒制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属纳米颗粒材料的制备领域，是一种基于蛋白还原法的合金纳米颗粒制备方法。

背景技术

二元或多元合金纳米颗粒以其优异的理化性质在催化、光学、生物传感、药物递送等方面具有广泛的应用前景。合金不但可以具有单一金属所特有的性质，还可能产生协同效果，故而近年来各种新型纳米合金颗粒组合层出不穷。

纳米颗粒的合成需要还原剂和稳定剂。由于添加化学还原剂可能对环境带来负面影响，不符合绿色化学的发展方向，因此越来越多的绿色合成法应运而生。这包括利用各种生物资源，如：蛋白质、DNA、植物提取液、微生物等。其中，蛋白质凭借自身的还原性氨基酸残基可直接用于纳米颗粒的还原，是一种绿色温和的还原手段。但是，其耗费时间较长，故而仍需要开拓新思路以提升蛋白直接还原纳米颗粒的反应速率和产率。关于一些新型制备手段也有报道，如利用微波法促进纳米粒子生成；将气泡鼓入溶液中形成气液界面用以合成纳米合金等。然而，利用铜、镍、亚铁、铝等易被蛋白还原的离子形成零价纳米簇，加速还原银、金、铂、钯等贵金属并合成合金甚至三元合金的方法鲜有报道。所形成的合金不仅具有原目标金属纳米颗粒的光谱性质和还原性质，同时也有机会获得两种纳米金属的协同性质，应用前景十分广阔。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，研制出一种基于蛋白质快速还原制备合金纳米颗粒的方法，在碱性水相环境下，制备出直径为5-13nm的合金纳米颗粒。

本发明的原理是：基于铜、镍、亚铁、铝离子的标准电极电势小于银、金、铂、钯离子，为了提高蛋白质较难还原的贵金属银、金、铂、钯纳米粒子的生成速率和产率，利用铜、镍、亚铁、铝盐溶液，使用蛋白质将它们还原成铜、镍、铁、铝纳米团簇作为成核物质，以增加的银、金、铂、钯离子的还原速率和产率，所合成的合金纳米颗粒具备目标贵金属纳米颗粒的性质，实现了蛋白直接还原合金纳米颗粒的快速制备。

本发明的一种蛋白直接还原的合金制备方法包括如下具体步骤：

(1)制备纯化蛋白溶液3-50mg mL^-1；

(2)配制银、金、铂或钯中一种或其中任意两种混合的贵金属盐溶液10-30mM；

(3)配制铜、镍、亚铁或铝的金属盐溶液20-30mM，这些金属需比步骤(2)中贵金属的标准氧化还原电势低；

(4)将(1)(2)(3)溶液混合制成纳米合金前驱体溶液，用氢氧化钠溶液调节pH至碱性范围，将前驱体溶液均匀混合后通高纯氮气除氧，继而放入水浴中加热即可得到由蛋白快速还原的纳米合金。

通过紫外分光光度计测得溶液的表面等离子共振谱峰或通过透射电子显微镜可监测产物合成情况，所形成的单一峰可证明合成纳米颗粒为均质合金。

在步骤(1)中，所述蛋白溶液为含有pH在8.0-13.0范围内具备还原能力的氨基酸残基的蛋白和多肽，在合成中并不限制其保持空间结构，甚至这些蛋白的淀粉样纤维体也均适用。其中具有还原性的氨基酸为色氨酸、酪氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸、半胱氨酸、谷氨酰胺，选取优质牛乳球蛋白、溶菌酶、胰岛素、牛血清白蛋白，以及这些蛋白所成的淀粉样纤维。其中一分子牛乳球蛋白中主要起还原作用的为2个色氨酸残基，4个酪氨酸残基，15个赖氨酸残基；一分子溶菌酶中主要起还原作用的为6个色氨酸残基，3个酪氨酸残基，6个赖氨酸残基，11个精氨酸残基；一分子胰岛素中主要起还原作用的为8个酪氨酸残基，2个赖氨酸残基，5个半胱氨酸残基，4个组氨酸残基；一分子牛血清白蛋白中主要起还原作用的为20个酪氨酸残基，6个赖氨酸残基，6个谷氨酰胺残基。

在步骤(1)中，所述蛋白溶液配制方法为：用超纯水配制3-50mg mL^-1蛋白溶液，调节pH至8.0-13.0，稳定一小时后将其离心取上层清液，并通过超速离心或透析除去原蛋白中杂质离子。最终蛋白浓度由紫外分光光度计确定。

步骤(2)中，所述贵金属盐溶液为水溶性一价银盐、三价金盐、四价铂盐、二价钯盐或它们之中任意两者混合；优选硝酸银、氯金酸、氯铂酸、氯化钯。

步骤(3)中，所述金属盐溶液为水溶性铜盐、镍盐、亚铁盐和铝盐；优选氯化铜、硝酸铜、硫酸铜、氯化镍、氯化亚铁、氯化铝。

步骤(1)中所述蛋白溶液与目标合金产物并无特殊对应关系。

在步骤(4)所述前驱体溶液中，所述的前驱体溶液混合体积比例为纯化蛋白溶液：贵金属盐溶液：金属盐溶液为1:(0.2-18):(8-80)。