金納米花的快速可控制備及應(yīng) 用

2018-07-27 12:22郭新秋

實(shí)驗(yàn)室研究與探索 2018年7期

郭攀，郭新秋，殷姍，陳峰，何琳

(上海交通大學(xué) a.化學(xué)化工學(xué)院；b.分析測(cè)試中心，上海 200240)

0 引言

金納米花獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)、高的光熱轉(zhuǎn)化效率、良好的生物相容性，在表面增強(qiáng)拉曼散射、生物醫(yī)用材料等方面得到普遍應(yīng)用，并引起了研究者的重視[1-5]。

制備金納米花的主要方法是模板法[6]。表面活性劑在金納米花生長(zhǎng)過程中起到模板-結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑作用，對(duì)其形貌調(diào)控起到至關(guān)重要的作用[7-9]。目前合成金納米花的表面活性劑主要有：聚乙烯吡咯烷酮(PVP)[10]、N-(2-羥乙基)哌嗪-N-2-乙烷磺酸(HEPES)[11-12]、六亞甲基-1,6-雙(十二烷基二甲基銨溴)(C12C6C12Br2)[13]和N，N，N’-二甲基-N，N’-二十四烷基乙烷-1,2-二胺(C14C2C14Br2)[4]等。Xie等[14]采用HEPES為表面活性劑制備金納米花，以牛血清白蛋白為穩(wěn)定劑，羅丹明B為拉曼探針，檢測(cè)出細(xì)胞內(nèi)拉曼信號(hào)。Jia等[15]用十八烷基胺(C18N3)制備金納米花，獲得多分枝的金納米花，極大增強(qiáng)了表面拉曼散射強(qiáng)度。金納米花的制備雖然較成熟，但仍存在一些問題：① 制備時(shí)間長(zhǎng)；② 金納米花不穩(wěn)定；③ 生物相容性差。

HED3A[16]與金屬離子具有超強(qiáng)的螯合作用，且穩(wěn)定性高和結(jié)構(gòu)導(dǎo)向強(qiáng)。因此，本文采用HED3A作為合成金納米花的表面活性劑，高效制備出穩(wěn)定性高、拉曼信號(hào)增強(qiáng)效果顯著和生物相容性好的金納米花。通過改變HED3A、AA和HAuCl4濃度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)金納米花的形貌調(diào)控。該反應(yīng)快速，1 min完成，制得的金納米花有以下優(yōu)點(diǎn)：① 穩(wěn)定性高，12個(gè)月形貌無變化；② 拉曼散射信號(hào)增強(qiáng)效果顯著，R6G檢出限可達(dá)10 nmol/L；③ 生物相容性好。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑及儀器

主要試劑：氯金酸(HAuCl4·3H2O)、抗壞血酸(AA)、羅丹明6G(R6G)、二甲基亞砜(DMSO)(均購(gòu)于國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑)，噻唑藍(lán)(MTT)購(gòu)于Aldrich，細(xì)胞培養(yǎng)基(DMEM)、胎牛血清(FBS)購(gòu)于PAA公司，大鼠肝臟細(xì)胞(BRL-3A)購(gòu)于中科院上海細(xì)胞所。

主要儀器：FEI生物型透射電鏡(Tecnai G2 spirit Biotwin，)、核磁共振波譜儀(AvanceⅢ400 MHz，Bruker)、紅外光譜儀(IR/Nicolet 6700，Agilent)、高液相色譜-線性離子阱質(zhì)譜聯(lián)用儀(HPLC1260<QXL，Thermo-fisher)、紫外可見分光光度計(jì)(UV/EV300，Thermo Electron CORP)、色散型共聚焦拉曼光譜儀(Senterra R200-L，Bruke)、酶標(biāo)儀(Elx800，BioTek)。

1.2 金納米花的制備

根據(jù)文獻(xiàn)[16]中制備HED3A。取4個(gè)燒杯，依次加入不同濃度的HED3A溶液，混合均勻后分別加入HAuCl4，AA，1 min內(nèi)溶液顏色由黃色變成褐色或紫色，證明反應(yīng)完全，離心10 min，1 000 r/s，上清液除掉，將得到的金納米花分散在超純水中。

1.3 金納米花形貌的調(diào)控

1.3.1HED3A濃度的影響

將4 mL濃度為0.1、1、10及50 mmol/L的HED3A分別加入到反應(yīng)體系中，然后加入2 mL 2 mg/mL的HAuCl4和 0.2 mL 0.08 mol/L的AA，其他制備過程與1.2節(jié)相同。

1.3.2AA濃度的影響

將4 mL 1 mmol/L的HED3A溶液，2 mL 2 mg/mL的HAuCl4溶液分別加入到反應(yīng)體系中，然后加入2 mL濃度為0.06、0.08 、0.12及0.2 mol/L的AA溶液，其他制備過程與1.2節(jié)相同。

1.3.3HAuCl4濃度的影響

將4 mL 1 mmol/L的HED3A溶液分別加入到反應(yīng)體系中，然后加入2 mL濃度為0.5、1、2及3 mg/mL的HAuCl4溶液和2 mL 0.08 mol/L的AA溶液，其他制備過程與1.2節(jié)相同。

1.3.4溫度的影響

向體系中分別加入4 mL 1 mmol/L的HED3A，2 mL 2 mg/mL的HAuCl4溶液，2 mL 80 mmol/L的AA溶液，改變反應(yīng)溫度20 °C、30 °C、50 °C、80 °C，其他制備條件與1.2節(jié)相同。

1.4 表面增強(qiáng)拉曼光譜的測(cè)試

以R6G為拉曼探針，金納米花為基底，使用激發(fā)波長(zhǎng)532 nm激光器，激發(fā)功率10 mV，曝光時(shí)間10 s。

1.5 細(xì)胞毒性測(cè)定

將BRL-3A細(xì)胞種植于96孔板中，放在培養(yǎng)箱(5% CO2和37 ℃)中培養(yǎng)，當(dāng)細(xì)胞完全貼壁后，加不同濃度的金納米花，繼續(xù)培養(yǎng)細(xì)胞24 h或48 h后，加入MTT溶液，再將96孔板培養(yǎng)4 h后，加入DMSO，酶標(biāo)儀測(cè)定490 nm處的吸光(A)值。

2 結(jié)果與討論

2.1 HED3A濃度的影響

保持體系中V(AA0.08 mol/L)=0.2 mL，V(HAuCl4 2 mg/mL)=2 mL不變，當(dāng)HED3A濃度從0.1 mmol/L增加到10 mmol/L時(shí)，金納米花形貌由致密變得疏松(見圖1(a)～(c))；隨著濃度繼續(xù)增大，則生成金納米球(見圖1(d))。由此可見，HED3A可有效調(diào)控金納米花的形貌，在金納米花合成過程中起到結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑的作用。這種現(xiàn)象與有限配體和充足配體保護(hù)效應(yīng)有關(guān)[17-18]。當(dāng)HAuCl4及AA的濃度相同，HED3A濃度較低時(shí)，初期產(chǎn)生的金納米晶由于表面包裹的表面活性劑較少，為了減少體系的表面能，生成的金納米晶不穩(wěn)定，作為晶核聚集成金納米花。隨著表面活性劑濃度的增加，包裹在金納米晶表面的表面活性劑較多，使金納米晶無法進(jìn)行各向異性生長(zhǎng)，從而生成最穩(wěn)定的球形。

(a)0.1 mmol/L，(b)1 mmol/L，(c)10 mmol/L，(d)50 mmol/L

2.2 AA濃度的影響

保持體系中V(HED3A 1 mmol/L)=4 mL，V(HAuCl4 2 mg/mL)=2 mL不變，當(dāng)AA濃度為0.06 mol/L時(shí)，得到金納米花結(jié)構(gòu)較致密(見圖2(a))；隨著AA濃度增加，金納米花形貌沒有顯著變化(見圖2(b)～(d))。表明AA濃度對(duì)金納米花形貌影響不大，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)金納米花形貌的有效調(diào)控。當(dāng)HED3A、HAuCl4濃度一定時(shí)，改變AA濃度，只是稍微改變金納米晶生長(zhǎng)速度，對(duì)金納米花形貌影響不顯著。

(a)

(b)

(c)

(d)

2.3 HAuCl4濃度的影響

保持體系中V(HED3A 1 mmol/L)=4 mL，V(AA 0.08 mol/L)=0.2 mL不變，當(dāng)HAuCl4濃度小于0.5 mg/mL時(shí)，制備得到的是金納米球(見圖3(a))；當(dāng)濃度從0.5 mg/mL 增加至3 mg/mL時(shí)，制備得到金納米花(見圖3(b)～(d))。由此可知，改變HAuCl4濃度，可有效改變金納米花的形貌。當(dāng)HED3A、AA濃度一定，HAuCl4濃度較低時(shí)，初期得到的金納米晶數(shù)目少，包裹在單個(gè)金納米晶表面的表面活性劑相對(duì)較多，阻止了金納米晶各向異性生長(zhǎng)，趨向于生成最穩(wěn)定的球形；隨著氯金酸濃度增加，初期生產(chǎn)的金納米晶數(shù)目增多，則單個(gè)金納米晶表面包裹的表面活性劑較少，金納米晶不穩(wěn)定，聚集生成金納米花。

(a) 0.5 mg/mL，(b)1 mg/mL， (c)2 mg/mL， (d)3 mg/mL

2.4 溫度的影響

保持體系中V(HED3A 1 mmol/L)=4 mL，V(HAuCl4 2 mg/mL)=2 mL，V(AA 0.08 mol/L)=0.2 mL，不變，改變反應(yīng)溫度，當(dāng)溫度在10～50 °C變化時(shí)，得到金納米花(見圖4(a)～(c))；當(dāng)溫度升高到80 °C時(shí)，制得金納米球(見圖4(d))。表明控制溫度在80 °C以下，可有效地制備出金納米花。溫度過高，反應(yīng)速度過快，得到金納米晶數(shù)目較多，制備得到金納米球。