一种形状及尺寸可控的纳米金颗粒及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种形状及尺寸可控的纳米金颗粒及其制备方法与应用。采用种子生长法合成水溶性的、单分散的、不同形貌尺寸的金纳米颗粒，包括球形、棒状、哑铃状、双锥状、立方状和分支结构的星状等，该系列纳米金是以抗坏血酸、硼氢化钠或对苯二酚作为还原剂，十六烷基三甲基溴化铵作为阳离子表面活性剂和稳定剂，柠檬酸钠作为还原剂和稳定剂，通过改变种子溶液可获得不同尺寸的纳米金，实现了纳米金形貌及粒径的精细调控，高产率，高纯度，良好水溶性，无生物毒性，纯化工艺简单。可应用于光声成像、光热治疗、生物传感等领域。

A shape-and size-controllable nano-gold particle and its preparation method and Application

The invention discloses a nanogold particle with controllable shape and size, a preparation method and application thereof. Water-soluble, monodisperse gold nanoparticles with different morphological sizes, including spherical, rod-like, dumbbell-like, bipyramidal, cubic and branched star-like particles, were synthesized by seed growth method. The series of gold nanoparticles were prepared with ascorbic acid, sodium borohydride or hydroquinone as reducing agent, hexadecyltrimethylammonium bromide as cationic surfactant and stabilizer, and citric as stabilizer. As a reductant and stabilizer, sodium can obtain nano-gold of different sizes by changing seed solution, which realizes fine control of nano-gold morphology and particle size, high yield, high purity, good water solubility, no biological toxicity, and simple purification process. It can be used in photoacoustic imaging, photothermal therapy, biosensor and other fields.

【技术实现步骤摘要】
一种形状及尺寸可控的纳米金颗粒及其制备方法与应用
本专利技术属于纳米材料制备
，并涉及生物医学领域中的肿瘤成像、光热治疗等，具体涉及一系列不同形状、不同尺寸的纳米金颗粒的制备方法。
技术介绍
癌症已经成为危害人类健康的首要敌人。传统的治疗方式包括化学药物治疗、放射治疗、外科手术切除等。但是由于化疗时患者顺应性差、外科手术复发几率高、放疗损害正常细胞等挑战的存在，新型、有效的癌症治疗策略亟待研究。靶向治疗是从20世纪90年代后期逐渐发展并在治疗某类型癌症上取得明显效果的一类新兴疗法。而以纳米材料作为药物或基因传输载体，兼具改善药物水溶性和稳定性、降低药物毒性、增强药物疗效、改善药物体内分布等优点，近年来发展十分迅速。在纳米靶向材料快速发展的今天，纳米金凭借其独特的理化性质和光学性质，在生物医学领域日益显示出巨大的潜力，其研究也得到了非常广泛的关注。纳米金是指粒径为1nm-250nm的金材料，它不仅易于合成、毒性小、生物相容性好、可精确调控其光学性质，而且易用于药物和靶向分子的修饰，大量的研究表明，纳米金在微循环中的渗透和保留使其在肿瘤部位的结合能力显著高于正常组织。作为纳米金属粒子，表面电子只能在纳米级尺寸内振动，因而产生局部等离子现象，此时使用合适波长的近红外光照射时，金属粒子可吸收光能，并转化为热能，即光热效应。而纳米金作为惰性金属，在激发区域内，因为近表面电磁场的增强，其分子吸附的拉曼散射信号相对比普通拉曼散射将大大增强。利用纳米金的表面增强拉曼散射(SERS)和局部等离子共振(LSPR)效应，纳米金成为当前肿瘤治疗和疾病早期诊断的研究热点。目前，纳米金颗粒的制备分为两种策略，自上而下的物理方法和自下而上的化学方法。种子生长法是目前最为常用的方法，可使金核进一步生长，成为特定的尺寸和形状的金纳米粒。为了快速高效地获得可用于光热治疗、光声成像等肿瘤诊疗领域的具有不同形貌和性质的纳米金，开发一种通用的、环境友好的纳米金颗粒的制备方法成为新的研究需求。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术的目的在于利用种子生长法合成一系列具有不同形貌、50nm或100nm尺寸的金纳米颗粒，获得的金纳米颗粒具有较好的水溶性和单分散性，以及良好的生物相容性，可用于肿瘤光热治疗和光声成像。为实现上述专利技术目的，本专利技术提供如下技术方案：第一方面，提供一种形状及尺寸可控的纳米金颗粒的制备方法，包括以下步骤：(1)种子溶液的制备：适量的稳定剂溶于去离子水中，添加氯金酸搅拌均匀，之后加入冰水配制的硼氢化钠溶液或采用热还原的方式，形成棕黄色或红色溶液，保持在25-110℃反应；(2)生长溶液的制备：a、一定量的稳定剂溶于去离子水中，混合氯金酸溶液，溶液由深黄色变为无色；或者，a’、一定量的稳定剂溶于去离子水中，混合氯金酸溶液，之后加入结构导向剂、pH调节剂和还原剂，溶液由深黄色变为无色；(3)将步骤(1)的种子溶液与步骤(2)的生长溶液混合，使之维持在29-95℃水浴中反应；或者，将步骤(1)的种子溶液与步骤(2)的生长溶液混合后制备的新种子溶液与步骤(2)的生长溶液混合，使之维持在29-95℃水浴中反应；(4)反应完成后收集、离心纯化得纳米金颗粒。优选地，上述制备方法中，步骤(1)和步骤(2)所述的稳定剂为十六烷基三甲基溴化铵或柠檬酸钠；步骤(2)所述的结构导向剂为硝酸银或碘化钾，pH调节剂为盐酸，还原剂为抗坏血酸或对苯二酚。优选地，上述制备方法中，氯金酸的终浓度为0.01-0.025mol/L，硼氢化钠的终浓度为0.01-0.1mol/L，十六烷基三甲基溴化铵的终浓度为0.0001-0.1mol/L，硝酸银的终浓度为0.004-0.01mol/L，碘化钾的终浓度为0.01-0.1mol/L，对苯二酚的终浓度为0.01-0.06mol/L，抗坏血酸的终浓度为0.01-0.1mol/L，柠檬酸钠的终浓度为0.0022-0.02mol/L，盐酸的终浓度为0.5-1.5mol/L。优选地，上述制备方法中，步骤(1)所述的最佳种子反应时间为1-4h，步骤(3)所述的最佳生长反应时间为12-16h。第二方面，提供上述制备方法获得的纳米金颗粒，所述的纳米金颗粒的形貌为球形、立方、星形、棒状、哑铃、双锥任意一种，粒径分别为50nm或100nm，合计12种纳米金。本专利技术制备的十二种纳米金颗粒，通过过UV/Vis波长扫描，最大吸收峰存在明显的差异，吸收峰和颜色呈现出随着不同形状和大小而变化，紫外-可见-红外波谱最大特征吸收峰位于400-900nm。本专利技术制备的纳米金颗粒离心纯化前后ζ-电位结果看出，离心纯化后，除去体系中多余的十六烷基三甲基溴化铵后，电位均降低，但是绝对值仍均大于30mV，表明纯化除去体系中多余的十六烷基三甲基溴化铵后，稳定性良好。第三方面，提供上述纳米金颗粒在肿瘤光热治疗或肿瘤光声成像中的应用。本专利技术以十六烷基三甲基溴化铵或柠檬酸钠作为稳定剂，硝酸银和碘化钾作为结构导向剂，抗坏血酸、硼氢化钠或对苯二酚作为还原剂，盐酸作为pH调节剂，采用两步法，通过改变各种化合物的剂量以及第一步种子溶液的体积，获得一系列50nm及100nm的球形、棒状、哑铃状、双锥状、立方状和分支结构的星状纳米金，具有可控的形貌及尺寸，产率高，水溶性良好，合成重现性好。本专利技术与已知的纳米金材料合成方法相比，其制备过程简单可行，实验条件温和，且所需的实验试剂廉价易得，且合成的纳米金形貌和尺寸均可得到有效控制，水溶性好，单分散性好，稳定性好，体外实验证实无毒害作用，生物相容性好。可用于光热治疗和肿瘤成像等方面。附图说明图1为具体实施方式中50nm及100nm不同形貌的纳米金溶液及对应的UV-Vis图谱。图2为具体实施方法中12种纳米金纯化前后的Zeta电势。图3为实施例1所述50nm和100nm球形纳米金的透射电镜图片，a、50nm，b、100nm。图4为实施例2所述50nm和100nm立方状纳米金的透射电镜图片，a、50nm，b、100nm。图5为实施例3所述50nm和100nm星形纳米金的透射电镜图片，a、50nm，b、100nm。图6为实施例4所述50nm和100nm棒状形纳米金的透射电镜图片，a、50nm，b、100nm。图7为实施例5所述50nm和100nm哑铃形纳米金的透射电镜图片，a、50nm，b、100nm。图8为实施例6所述50nm和100nm双锥纳米金的透射电镜图片，a、50nm，b、100nm。图9为所有实施例中纳米金通过TEM呈现出的实际粒径。图10为所有实施例中50nm的六种纳米金对HepG2和LO2细胞的毒性作用。图11为所有实施例中100nm的六种纳米金对HepG2和LO2细胞的毒性作用。图12为100nm双锥纳米金在肿瘤光热治疗过程中的的光热成像图。图13为100nm立方纳米金的肿瘤超声-光声成像图。具体实施方式通过以下详细说明结合附图可以进一步理解本专利技术的特点和优点。所提供的实施例仅是对本专利技术方法的说明，而不以任何方式限制本专利技术揭示的其余内容。以下实施例中的浓度均为终浓度。实施例1：50nm和100nm球形纳米金的合成1)种子的制备称取一定量三水合柠檬酸钠溶于150mL一级水中配置成2.2mmol/L，加入HAu本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种形状及尺寸可控的纳米金颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）种子溶液的制备：适量的稳定剂溶于去离子水中，添加氯金酸搅拌均匀，之后加入冰水配制的硼氢化钠溶液或采用热还原的方式，形成棕黄色或红色溶液，保持在25‑110℃反应；（2）生长溶液的制备：a、一定量的稳定剂溶于去离子水中，混合氯金酸溶液，溶液由深黄色变为无色；或者，a’、一定量的稳定剂溶于去离子水中，混合氯金酸溶液，之后加入结构导向剂、pH调节剂和还原剂，溶液由深黄色变为无色；（3）将步骤（1）的种子溶液与步骤（2）的生长溶液混合，使之维持在29‑95℃水浴中反应；或者，将步骤（1）的种子溶液与步骤（2）的生长溶液混合后制备的新种子溶液与步骤（2）的生长溶液混合，使之维持在29‑95℃水浴中反应；（4）反应完成后收集、离心纯化得纳米金颗粒。

【技术特征摘要】
1.一种形状及尺寸可控的纳米金颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）种子溶液的制备：适量的稳定剂溶于去离子水中，添加氯金酸搅拌均匀，之后加入冰水配制的硼氢化钠溶液或采用热还原的方式，形成棕黄色或红色溶液，保持在25-110℃反应；（2）生长溶液的制备：a、一定量的稳定剂溶于去离子水中，混合氯金酸溶液，溶液由深黄色变为无色；或者，a’、一定量的稳定剂溶于去离子水中，混合氯金酸溶液，之后加入结构导向剂、pH调节剂和还原剂，溶液由深黄色变为无色；（3）将步骤（1）的种子溶液与步骤（2）的生长溶液混合，使之维持在29-95℃水浴中反应；或者，将步骤（1）的种子溶液与步骤（2）的生长溶液混合后制备的新种子溶液与步骤（2）的生长溶液混合，使之维持在29-95℃水浴中反应；（4）反应完成后收集、离心纯化得纳米金颗粒。2.根据权利要求1所述的形状及尺寸可控的纳米金颗粒的制备方法，其特征在于，步骤（1）和步骤（2）所述的稳定剂为十六烷基三甲基溴化铵或柠檬酸钠；步骤（2）所述的结构导向剂为硝酸银或碘化钾，pH调节剂为盐酸，还原剂为抗坏...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖玉玲，洪学传，吴华萍，唐琳，曾小东，
申请(专利权)人：武汉大学苏州研究院，
类型：发明
国别省市：江苏,32