金纳米棒的制备、性质及应用ppt课件
纳米金的制备与性能ppt课件
制备生长溶液
25 ℃将CTAB（5mL, 0.2M)与AgNO3(0.05-0.25mL, 0.004M）混合 ;
加入HAuCl4（5mL,0.0005M)，再加入AA（70uL，0.0788M)，溶 液由深黄变为无色，生成生长溶液；
生长溶液和种子溶液混合，保持温度27-30 ℃，静置生长。
Secondary growth of NRS1 at different injection rates
(a) NRSF and (b) NRS1 are affected by varying (a) optical absorbance spectra and TEM images of
the concentration of AgNO3 in the primary GS (b) NRS1 and NRSF using (c) 1.25× (d)2.5×
电化学法
金片作阳极，铂片 做阴极，两点极浸 入到含有CTAB和 TCAB溶液中 ；
在超声和恒温（ 36℃）下电解， 金从阳极溶出并于 阴极-电解质溶液 界面得金棒；
浸入银片来控制 长径比
LANGMUIR. 1999,15, 701-709
13
Sonochemistry
Angew. Chem. 2006, 118, 1134–1137
DNA 检测
靶向药物
图1 超灵敏DNA 检测示意图
图3 缩氨酸自组装和作为纳米反应器的反 应过程模拟
图2 Ag core Au shell结构免疫实验示意图
17
图1 基于CuO –金纳米颗粒标记的抗体 和Click 反应的免疫检测方法示意图
生物医学
疾病诊断
图2 基于罗丹明B-金纳米颗粒检测 ( 通过颜色变化和荧光) 乙酰胆碱酯酶 的设计策略
化学还原法制备金纳米棒及其光学性质研究
关键词 ： 金 纳米棒 ； 时域有 限差 分； 光 学吸收
中图分类号 ： Ｏ ６ １ ４ ． １ ２ ３
Ｐｒ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ａｕ Ｎ ａ ｎｏ ｒ ｏ ｄｓ Ｕｓ ｉ ｎ ｇ Ｃｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ
第１ １卷
第 ３期 南 京 工 程 学源自院 学 报 （自然 科 学 版 ）
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｎａ ｎ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ （ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ）
ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ，ｔ ｈ ｅ ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｔ ｉ ｍｅ ｄ ｏ ｍａ ｉ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｉ ｓ ｅ ｍｐ ｌ ｏ ｙ ｅ ｄ ｔ ｏ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｇ ｒ ｏ ｗ ｔ ｈ ｏ ｆ Ａｕ ｎ ａ ｎ ｏ ｒ ｏ ｄ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｂ ａ ｃ ｋ ｒｏ ｇ ｕ ｎ ｄ １ ． ３ ３ ｏ ｆ ｐ ｅ ｍｉ ｒ ｔ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ Ｓ Ｏ ａ ｓ ｔ ｏ ｅ ｘ ｐ ｌ ｏ ｒ ｅ ｔ ｈ ｅ ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｂ ｓ ｏ ｒ ｐ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ａ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ａｕ ｎ ａ ｎ ｏ ｒ ｏ ｄ ｓ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：Ａｕ ｎ ａ ｎ ｏ ｒ ｏ ｄ ｓ ；ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｔ ｉ ｍｅ ｄ ｏ ｍａ ｉ ｎ ；ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｂ ｓ ｏ ｐｔ ｒ ｉ ｏ ｎ
金纳米棒的制备简史(二)——电化学法
金纳米棒的制备简史(二)——电化学法
2016-04-13 12:40来源：内江洛伯尔材料科技有限公司作者：研发部
电化学法制备金纳米棒的示意图及不同长径比金纳米棒的TEM
Wang等首次使用电化学法制备了金纳米棒.此法合成金纳米棒的产率较高．图为电化学法制备金纳米棒的示意图，该法使用的是二电极系统．生长溶液中包含两种表面活性剂：十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和四辛基溴化铵(TC8AB)，将盛有生长溶液的电解池置于38°C超声池中，然后插入做牺牲阳极的金板(3.0 cm×1.0 cm ×0.05 cm)和做阴极的铂板．电解前，往电解池中加入适量的丙酮．丙酮的作用是松散胶束的结构以利于TC8AB进入CTAB胶束中，诱导金纳米粒子轴向生长，形成Au-C16TAB-TC8AB体系．然后在3 mA恒定电流下电解30 min．在金纳米棒的合成过程中，金板阳极开始消耗，形成AuBr4−离子，它们与铂板后面放置的银板发生氧化还原反应，生成银离子，wang等发现银离子的浓度和它们的释放速率可以控制棒的长径比．尽管银离子的作用和纳米棒的生长机理至今还不清楚，但为以后的光化学法和晶种生长法制备金纳米棒奠定了良好的基础．。
金纳米棒的制备
金纳米棒的制备2016-05-02 13:05来源：内江洛伯尔材料科技有限公司作者：研发部金纳米棒的制备由于贵金属在医学，光学及其他运用场景下发挥的作用与其形貌特征有很大的关系。
以往对于金等贵金属主要是从制备纳米球形的方向入手，这是最简单，最容易控制成核及尺寸的，但是棒状金纳米材料在其优异的性能影响下，越来越的研究也开始了。
人们发现金纳米棒的尺寸和晶体结构的差异对于应用有着显著的影响，对金纳米棒合成的有效调控直接决定着其后续应用研究的效果。
采用模板法，电化学法，种子生长法和无种子生长法对金纳米棒进行制备，采用TEM等对金纳米棒进行深入的研究发现：电化学合成的金纳米棒具有单晶结构，这是经典的银离子辅助合成金纳米粒子，在无银离子辅助条件下合成的金纳米棒具有五重孪晶结构，这与银离子辅助条件下合成的单晶结构差别很大。
研究发现，一旦种子长到一定的尺寸，孪晶层积缺陷便会产生以降低体系的表面能。
影响金纳米棒生长，行核的关键因素主要有表面活性剂，卤化物，溴化物，他们决定着金纳米棒粒子的行核机制和生长尺寸等。
同样，对于制备的金纳米棒粒子来说，分离纯化也是一个重要的过程。
目前合成出来的产物中还存在着一定程度的形状和尺寸多分散性，因此需要进一步纯化产物，目前常用的分离方法是离心分离，它的一个重要作用是除去溶液中未反应的原料，如过量的CTAB，此外离心还有助于进行形状分离与长径比分离，由于颗粒的直径对其沉降速率影响最大，因此直径越大越容易沉降。
另外对于分离纯化高长径比的金纳米棒也是一个重要的过程，目前主要利用重力沉降，静置10-12h后，纳米棒和纳米片沉降于离心管底部，球形颗粒仍留在液体中，将底部的产物取出分散后，加入复合物Au（Ⅲ）/CTAB，利用氧化刻蚀速率的形状依赖性，可使片状颗粒体积减少40%并转变为圆形的纳米盘，而纳米棒体积只减少20%。
金纳米棒
表面增强 拉曼散射
基于折射 率敏感度 的微量分 子探测
基于纳米 颗粒组装 的微量分 子、离子 探测
基于能级共振 耦合效应的微量 分子、离子探测
在光学元件上的应用
近红外 滤光片
由于其在近红外 波段强烈的吸收 ，金纳米棒可用 于制作滤光片
非线性光 学元件
表面等离子体共振 导致金纳米棒表面 电场强度被极大的 增强(高至10e7倍) ，这种电场增强效 应降低了达到非线 性效应所需的照射 光强阈值，从而可 被用于制造各种非 线性光学元件。
偏振片
金纳米棒拥有一个 平行于长轴方向和 两个简并的垂直于 长轴方向的等离子 体共振模式，分别 被称为轴向表面等 离子体共振模和径 向表面等离子体共 振模
其他光学应用
吸收增强型薄膜 太阳能电池
1
纳米标准物
2 Concept
5
纳米光电子学
防伪
3
4
光信息存储
表面等离子体 共振
表面晶面结构
金纳米棒 的表征
形貌结构
金纳米棒的应用
1 2
在生命科学上的应用 在催化领域的应用 在传感器方面的应用 在光学元件上的应用
3
4
在生命科学上的应用
3. 体内治疗
2. 体内成像
1. 体外诊断
基于金纳米棒的表 面等离子体共振性 质而开发的生物传 感器可被用于生物 医学上的体外诊断
金纳米棒在近红外 波段对光有强烈的 散射，而生物体在 这个波段的散射背 景较弱，这使得金 纳米棒可以作为基 于光散射的生物成 像对比剂。
金纳米棒总的消光 包括散射和吸收两 部分，对于直径小 于10 nm的金纳米 棒，光的吸收远大 于散射，而吸收的 这部分能量最终将 通过晶格的弛豫转 化为热能。
金纳米棒电学性质及应用
金纳米棒电学性质及应用金纳米棒是一种由金纳米颗粒组成的纳米材料，其形状呈棒状。
它具有独特的电学性质，被广泛应用于各种领域。
金纳米棒的电学性质主要表现在其导电性和光电性方面。
金是一种优良的导电材料，金纳米棒的导电性能比其他纳米材料更好。
此外，金纳米棒还具有优异的光电性能，其表面等离子共振效应使其在吸收和散射光线时具有很高的效率。
这两个特性赋予了金纳米棒许多独特的应用。
首先，金纳米棒被广泛应用于电子器件中。
由于其优良的导电性能，金纳米棒常被用作电极材料，例如在太阳能电池、柔性电路和传感器中。
金纳米棒的导电性能使得这些器件具有高效的电能转换效率和灵敏的感应能力。
其次，金纳米棒在纳米电子学中也具有重要的应用。
金纳米棒可以用来制作纳米电子器件，例如纳米晶体管和纳米电容器。
由于其尺寸小、热稳定性好和可控制的电学性能，金纳米棒被认为是下一代纳米电子器件的理想选择。
此外，金纳米棒还可用于制备电子显微镜中的导电材料。
传统电子显微镜需要使用导电材料来增强样品的电导率，以便更好地观察样品的表面形貌和内部结构。
金纳米棒可以被均匀分散在样品表面，形成导电薄膜，因此被广泛应用于电子显微镜中。
此外，金纳米棒还具有用于生物医学领域的应用潜力。
由于其生物相容性好、表面修饰容易和高效的光热转换性能，金纳米棒可以用于药物运载、癌症治疗和生物传感器等领域。
例如，在癌症治疗中，可以利用金纳米棒的表面等离子共振效应吸收红外光，将光能转化为热能，从而实现高效的光热治疗。
总之，金纳米棒具有出色的电学性质和多样的应用前景。
通过对金纳米棒的表面修饰和形态控制，可以进一步优化其电学性能，并拓展其应用领域。
随着科学技术的不断发展，金纳米棒有望在电子学、医学和材料科学等领域发挥更大的作用。
金纳米棒的制备方法
金纳米棒的制备方法嘿，朋友们！今天咱来聊聊金纳米棒的制备方法。
这金纳米棒啊，就像是微观世界里的小魔法棒，有着神奇的魅力和用途呢！要制备金纳米棒，咱得先准备好材料。
就好像要做一顿美味大餐，得先有新鲜的食材一样。
然后呢，就是一系列精细的操作啦。
比如说，可以用种子生长法。
这就好比是种小树苗，先要有个小小的种子，然后给它合适的环境，让它慢慢长大、变强壮。
把金种子放在合适的溶液里，给它提供适宜的条件，看着它一点点地变成我们想要的金纳米棒，那感觉可神奇啦！还有一种方法叫电化学法。
这就好像是给微小的物质世界通上电，让它们在电流的作用下发生奇妙的变化。
通过控制电流的大小和方向，来引导金纳米棒的形成，是不是很有意思？你想想看，我们就像微观世界的小魔法师，用各种方法和技巧，让这些小小的金纳米棒乖乖地出现，为我们所用。
这难道不是一件超级酷的事情吗？在制备的过程中，每一个步骤都得小心翼翼，就像走钢丝一样，稍微有点偏差可能就前功尽弃啦。
但这也正是它的魅力所在呀，充满了挑战和惊喜！而且哦，不同的制备方法会得到不同特性的金纳米棒呢。
这就跟不同的烹饪方法能做出不同口味的菜一样。
有的金纳米棒可能更细长，有的可能更粗壮，它们都有着各自独特的用处呢。
制备金纳米棒可不只是在实验室里玩玩哦，它在很多领域都有着重要的应用呢。
比如在医学上，它可以帮助诊断疾病、治疗疾病，就像是小小的健康卫士。
在材料科学里，它能让材料变得更厉害、更有用。
所以说呀，学会制备金纳米棒的方法，那可真是打开了一扇通往神奇微观世界的大门呢！咱可得好好钻研钻研，说不定还能发现更多关于金纳米棒的秘密和惊喜呢！怎么样，是不是对金纳米棒的制备方法充满了好奇和期待呢？那就赶紧行动起来，去探索这个奇妙的微观世界吧！。
金纳米棒
展望与挑战
金纳米棒由于其具有的独特的光学性质，使其在生物标记、生物检测、生物 成像、疾病的治疗以及信息存储等领域有着广阔的应用前景。 如何在一些实验条件包括纳米微粒的吸收和散射截面，以及纳米微粒和靶向 抗体的结合，纳米生物分子结合体对细胞的靶向标记等都还需进一步优化。 近红外光传输到不同癌症病变细胞的最有效方法及金纳米棒光热作用机理还 有待进一步研究。 基于纳米微粒对细胞的光热损伤机制还不能很好地阐述，需要更深层次的研 究。 金纳米棒颗粒的生物无毒化修饰方面还存在着有待解决的困难。
金纳米棒（GNRs）
简介
1971年，Faulk和Taylor首先将胶体金作为标记物引入免疫学研究中。从此， 金纳米粒子引起了许多科学家的关注和世界性的研究热潮。 近年来, 人们对金纳米材料的研究取得了长足的进步, 不但可以制备出不同尺 寸的球形粒子, 还可以对其形貌加以控制, 并且发现了一些特殊的实验现象和 物理性质 。 其中研究最为广泛、最具应用潜力的是金纳米棒( NRs) , 其制备过程中采用 不同的实验参数, 可实现对其比率( 长比宽) 的精确调控。更为重要的是, 金纳 米棒有着独特的光学性质[ 棒状粒子具有横向和纵向表面等离子体共振( SPR) 双谱峰], 且纵向SPR 峰位( 从可见区到近红外区) 取决于棒状粒子的比率, 通 过控制不同比率, 可以实现纵向SPR 峰位置的人为调控。
应用——医疗诊断
纳米金由于体积小，可以被多种基团修饰和其光学特性，成为疾病诊断新的 研究对象。纳米金可以被多种物质修饰获得对肿瘤细胞的靶向性。 其诊断原理如下：①不同直径的纳米金具有特定的吸收光谱，可以对特定长 度的红外线产生吸收的峰值。②由于EGFR抗体修饰的纳米金可以选择性的聚 集于肿瘤细胞中，从而使肿瘤细胞中高浓度的纳米金之间互相作用产生等离 子共振现象，导致其吸光谱发生红移，而正常细胞中由于不存在纳米金或者 纳米金浓度过低难以产生等离子共振现象，因此应用光声和超声波谱诊断法 可以明显的区别肿瘤细胞与正常细胞，使肿瘤细胞清晰地被诊断出。
金纳米棒的光学性质及其在生物医学成像和光热疗法中的应用
激光与光电子学进展47,071702(2010)Las er&Op t oelectronics ProgressΖ2010《中国激光》杂志社doi:10.3788/LOP47.071702金纳米棒的光学性质及其在生物医学成像和光热疗法中的应用杨玉东1,2 徐菁华1 杨林梅1 潘卫三2(1沈阳工业大学理学院,辽宁沈阳110178;2沈阳药科大学药学院,辽宁沈阳110023)摘要 与球形金颗粒相比,棒状金颗粒具有更为特殊的表面等离子体共振(SPR)特性,通过控制不同长短轴比可以实现纵向SPR峰位置的人为调控(从可见光区到近红外光区)。
由于金纳米棒表面SPR的强吸收导致的发光特性,使其在生物组织成像,癌症的诊断和治疗中存在着巨大的应用前景。
结合配体的金纳米棒能够特异性地标记癌症细胞上的受体,并提供特定分子的特有信息,进行生物成像和癌症检测。
另外,金纳米棒能够有效地吸收红外光能量进行局部加热,导致蛋白质变性,并致细胞死亡。
主要回顾各种不同尺寸和形状的金纳米棒的光学特性,综述选择性标记的金纳米棒在生物成像、癌症诊断和光热疗法中的研究进展。
关键词 医用光学与生物技术;金纳米棒;生物成像;光热疗法;癌症中图分类号 R318.51;R392.1 OCIS 170.3880160.4236 文献标识码 AOp t ical P r op e r t ies of Gol d N a n or od a n d It s App lica t i o ni n B i ol ogical I m a gi n g a n d P h ot ot he r m al The r ap yY ang Yudong1,2 Xu J inghua1 Y ang Linmei1 Pa Weisan21College of Scie nce,S he nya ng U niversit y of Tech nology,S he nya ng,Li aoni ng110178,Chi n a2School of Pha r m acy,S he nya ng Pha r m aceutical U niversit y,S he nya ng,Li aoni ng110023,Chi n aAbs t r act Compared with sp herical gold particles,rod2shaped ones exhibit more unique p roperties of surface plasma resonance(SPR).Gold nanorods have two SPR peaks.The lengitudinal suface plasma resonances position depends on rods′aspect ratio.Thus,the LSPR′s position can be cont rolled f rom the visible region to the near inf rared by adjusting the aspect ratio of gold nanorods.Gold nanorods have great potential use in biological tissue imaging,cancer diagnosis and therap y because of it′s SPR and st rong absorption induced luminescence.Au2ligand conjugates can specifically target the receptor on cancer cells,p rovide specific information about specific molecules,and allow molecular2specific imaging and cancer detection.Gold nanorods can efficiently absorb optical energy into localized heat,and induce p rotein denaturation and cells death.The optical p roperties of kinds of gold nanorods are summarized,and the research p rogress of selective targeting of gold nanorods in biological imaging,cancer diagnoses and photothermal therapy is reviewed.Key w or ds medical optics and biotechnology;gold nanorods;biological images;antibody;cancer1 引 言近年来,人们对金纳米材料的研究取得了长足的进步,不但可以制备出不同尺寸的球形粒子,还可以对其形貌加以控制[1],并且发现了一些特殊的实验现象和物理性质[2]。
金纳米棒的制备、性质及应用幻灯片课件
3.3 光热治疗
注射TNPs后，温度5分内增加了19.5°C，到达 热疗温度范围，破坏局部血管，杀死肿瘤细胞
ACS N 药物递送
在近红外激光照射下，局部温度升高 到DNA的理论解离温度，DNA双链打 开释放Dox，治疗效果增加了2.1倍。
Adv. Mater. 2016, 28, 8511–8518
基本原理
将金通过电化学沉积到纳米级多孔渗水的聚碳 酸酯或氧化铝膜上的小孔内， 随后将模板溶解 即可得到金纳米棒。
生长原理
空间受限生长。
特点
优点在于通过控制孔道的长度和直径，同时调 节电化学沉积时间能有效控制金纳米棒的纵横 比，缺点是产量相对较低。
图2. 硬模板法制备过程及电镜图像 Advanced Materials, 2012, 24(36):5014-5014.
在分子氧存在的情况下，产生单线态氧（singlet oxygen）及其它活 性氧类物质（reactive oxygenspecies，ROS）
ACS Nano, 2017, 11 (1), pp 579–586
2 金纳米棒性质
03
近场效应
当两个金属颗粒接近时，颗粒表面的电磁场发生强共振耦合，对等离激 元共振产生显著影响
图3. 光化学合成法制备金纳米棒的TEM图像 .
J. AM. CHEM. SOC. 2002, 124, 14316-14317
金纳米棒的性质
2 金纳米棒性质
光声 效应
局域表面 等离激元
共振
光热 效应
金纳米 棒
产生 ROS
近场 效应
单/双 分子荧
光
机械 性质
2 金纳米棒性质
01
光声效应
用光照射某种媒质时,由于媒质对光的吸收会使其内部的温度改变从而引 起媒质内某些区域结构和体积变化;当采用脉冲光源或调制光源时,媒质温 度的升降会引起媒质的体积涨缩,从而向外辐射声波的现象。
金纳米棒的制备、性质及应用
影响因素 长径比 大小 端面曲率
Adv. Funct. Mater. 2006, 16, 2170–2176
金纳米棒的生物医学应用
3 生物医学应用
生物成像 分子检测
金纳米棒的生物 医学应用
光热治疗 药物递送
3.1 生物成像
合成路线示意图
(a)GNRs
(c) GNR@SiO2@CDs
(b)巨噬细胞+CDs (c)巨噬细胞+GNR@SiO2@CDs
Nano Research 2018, 11(3): 1262–1273
3.2 分子检测
这两个发夹探针在打开时互补，通过杂交链式 反应形成DNA双螺旋分子，产生强静电作用 发夹探针不打开时稳定存在，无法与金纳米棒 产生强静电作用，不能阻止其受盐诱导而聚集
Sensors & Actuators: B. Chemical 2018 (273) 642–648
3.3 光热治疗
注射TNPs后，温度5分内增加了19.5°C，到达 热疗温度范围，破坏局部血管，杀死肿瘤细胞
ACS Nano 2018, 12, 6597−6611
3.4 药物递送
在近红外激光照射下，局部温度升高 到DNA的理论解离温度，DNA双链打 开释放Dox，治疗效果增加了2.1倍。
ACS Nano, 2017, 11 (1), pp 579–586
2 金纳米棒性质
03
近场效应 当两个金属颗粒接近时，颗粒表面的电磁场发生强共振耦合，对等离激 元共振产生显著影响
Nano Lett., Vol. 9, No. 4, 2009，1652
2 金纳米棒性质
04
单/双分子荧光现象 sp 带电子和 d 带空穴复合，产生近带边宽带发 射，峰位较为固定（介于400~700 nm之间）
金纳米棒的制备、性质及应用PPT课件
Nano Research 2018, 11(3): 1262–1273
3.2 分子检测
这两个发夹探针在打开时互补，通过杂交链式 反应形成DNA双螺旋分子，产生强静电作用
发夹探针不打开时稳定存在，无法与金纳米棒 产生强静电作用，不能阻止其受盐诱导而聚集
Sensors & Actuators: B. Chemical 2018 (273) 642–648
3.3 光热治疗
注射TNPs后，温度5分内增加了19.5°C，到达 热疗温度范围，破坏局部血管，杀死肿瘤细胞
ACS Nano 2018, 12, 6597−6611
3.4 药物递送
在近红外激光照射下，局部温度升高 到DNA的理论解离温度，DNA双链打 开释放Dox，治疗效果增加了2.1倍。
Adv. Mater. 2016, 28, 8511–8518
特点
过程简单、产量高、质量高、粒径可控、结构可 灵活修饰。
图1. 晶种法制备过程
改进：①将柠檬酸钠包覆的多晶晶种变成CTAB包覆的单晶晶种 ②将Ag+引入生长液调控棒的长径比
J. Phys. Chem. B 105, 19, 4065-4067
1 金纳米棒的制备
硬模板法指用孔径为纳米级到
微米级的多孔材料作为模板，使前驱 体进入后在模板的孔壁上反应，结合 电化学沉淀法、溶胶凝胶法和气相沉 淀法等技术，形成所需的纳米棒。
基本原理
将金通过电化学沉积到纳米级多孔渗水的聚碳 酸酯或氧化铝膜上的小孔内， 随后将模板溶解 即可得到金纳米棒。
生长原理
空间受限生长。
特点
优点在于通过控制孔道的长度和直径，同时调 节电化学沉积时间能有效控制金纳米棒的纵横 比，缺点是产量相对较低。
金纳米棒的制备和应用
金纳米棒的制备和应用金纳米棒的制备及其在生命科学上的应用第一章研究背景金属纳米微粒的研究，尤其是对其形貌可控制备及其相关应用的性质和应用研究一直是材料科学以及相关领域的前沿热点。
非球形的金纳米颗粒如棒、线、管及核壳结构相继被成功合成，其各种性质不仅仅依赖于尺寸而且还依赖于拓扑结构，其中金纳米棒（gold nanorods，GNRs）是最受关注的一类。
金纳米棒是一种尺度从几纳米到上百纳米的棒状金纳米颗粒。
金是一种贵金属材料，化学性质非常稳定，金纳米颗粒沿袭了其体相材料的这个性质，因此具有相对稳定，却非常丰富的化学物理性质。
金纳米棒拥有随长宽比变化，从可见到近红外连续可调的表面等离子体共振波长，极高的表面电场强度增强效应（高至107倍），极大的光学吸收、散射截面，以及从50%到100%连续可调的光热转换效率。
由于它独特的光学、光电、光热、光化学、以及分子生物学性质，金纳米棒在材料科学界正受到强烈的关注，并引发众多材料学家、生物化学家、医学家、物理学家、微电子工程师等科研工作者对之进行广泛和深入的研究。
第二章 GNRs的制备及修饰2.1 GNRs的制备近年来，对于金纳米棒的合成已经研究出来许多有效的方法。
主要分为晶种生长法，模板法，电化学法和光化学法等不同方法制备出分散性好颗粒均匀的金纳米棒。
2.1.1 晶种法晶种法研究的时间最长，因此研究的最深入。
晶种可以是球型金纳米粒子，或者是短的金纳米棒。
晶种法合成金纳米棒可以分为三个步骤：晶种的制备、生长液的配置、金纳米棒的生成。
1 种子制备：将5mL 0.50 mM氯金酸（HAuCl4)溶液与5 mL0.2M十六烷基溴化铵（CTAB）混合，加入0.6 mL 冰冻的0.01 M 硼氢化钠（NaBH4）溶液，搅拌 2 min 后25℃静置2h。
2 生长溶液制备：向反应容器中依次加入5mL 0.20 M CTAB，5mL 1 mM HAuCl4， 0.5 mL硝酸银（AgNO3）， 0.07 mL 0.10 M抗坏血酸（AA），搅拌 2 min。
金纳米棒的合成
第二章种子生长法制备金纳米棒及其影响因素分析2.1 引言由于金纳米棒具有独特的光学特性、光热转换特性等优秀的物理、化学性质，其在光学传感器[54]、化学传感器[55]、催化[56]、药物载体[57]和生物医药成像[58,59]等方面被人们广泛的研究和应用，金纳米棒在这些领域有着巨大的应用前景。
在金纳米棒的开发和应用中，如生物检测、传感等方面，对金纳米棒的要求都越来越高，诸如金纳米棒的大小、尺寸等属性对其性质和应用都有着极大的影响。
因此，制备出高产率、高度统一及形貌可控的金纳米棒至关重要。
本实验采用El-Sayed等人使用的种子生长法制备各种不同形貌的金纳米棒。
并通过调节各种溶液的比例，探讨了影响金纳米棒形貌的因素。
2.2 实验部分2.2.1 试剂氯金酸（HAuCl4）：阿拉丁试剂有限公司；硼氢化钠（NaBH4）：上海思域化工科技有限公司；硝酸银（AgNO3）：国药集团化学试剂有限公司；十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）：阿拉丁试剂有限公司；抗坏血酸（Aa）：阿拉丁试剂有限公司，所有试剂均为分析纯。
实验过程中用到的水均为去离子水，购自郑州大学。
2.2.2 实验仪器实验用玻璃容器及磁力搅拌器恒温箱等购自郑州大学，玻璃容器在王水(34％浓HCl和65％浓HNO3，体积比3：1)中浸泡一个小时，并用去离子水反复清洗若干次。
电镜测试采用日本JSM-6700F型扫描电子显微镜；吸收光谱测试采用日本岛津UV-2550型UV-Vis分光光度计。
2.2.3 金纳米棒的可控合成2.2.3.1 金种子溶液的制备取50ml锥形瓶，分别加入5ml 5×10-4M 的HAuCl4溶液和5ml 0.2M 的CTAB溶液，充分混合搅拌十五分钟。
称取一定量硼氢化钠固体粉末，转移至100mL容量瓶中，并迅速加入0℃去离子水定容，配制成0.01M硼氢化钠溶液。
取出NaBH4溶液60μl，迅速加入氯金酸与CTAB混合溶液中，溶液颜色变为棕黄色，继续搅拌一分钟后放入28℃水浴静置3小时，得到咖啡色金种子溶液备用。
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1 金纳米棒的制备
光化学合成法
合成过程
采用CTAB-四（十二烷基）溴化铵–氯金酸模板剂水溶液 体系,加入一定量丙酮和环己胺，其作用是松开胶束结构, 有利于金纳米棒的生成，加入不同量的 AgNO3 溶液， 紫外照射(254nm)一段时间（30h）就能够获得长径比 均一、分散良好的金纳米棒。
Ag+的作用
光声多普勒效应
由于传统的超声成像和 激光成像依赖于超声或 光的散射，对于毛细血 管低速血流的成像有一 定困难。而光声多普勒 技术依赖于物质的光吸 收系数因此光声多普勒 技术在医学上可以用来 测量血流流速以及血流 成像。
Small.201602896
金纳米棒性质
02
光热效应和光动力效应
材料受光照射后，光子能量与晶格相互作用，振动加剧，温度升高， 由于温度的变化而造成物质的电学特性。
3
弛豫电子与空穴 复合，发出荧光
等离激元共振耦合，增强荧光
Physics Letters 317 (2000) 517–523
2 金纳米棒性质
05
局域表面等离激元共振
金属中的自由电子在电磁场驱动下偏离原子核吸收和辐射电磁波的现象， 称为等离激元共振（Localized surface plasmon resonance，LSPR）
在分子氧存在的情况下，产生单线态氧（singlet oxygen）及其它活 性氧类物质（reactive oxygenspecies，ROS）
ACS Nano, 2017, 11 (1), pp 579–586
2 金纳米棒性质
03
近场效应
当两个金属颗粒接近时，颗粒表面的电磁场发生强共振耦合，对等离激 元共振产生显著影响
Nano Lett., Vol. 9, No. 4, 2009，1652
2 金纳米棒性质
04
单/双分子荧光现象
sp带电子和d带空穴复合，产生近带边宽带发 射，峰位较为固定（介于400~700 nm之间）
1
激发d带电子 到sp带，产生 电子-空穴对
2
在皮秒内，电子通 过带内散射将能量 传递给声子，弛豫 至低费米能级状态
影响因素 长径比 大小 端面曲率
Adv. Funct. Mater. 2006, 16, 2170–2176
金纳米棒的生物医学应用
3 生物医学应用
生物成像
分子检测
光热治疗
金纳米棒的生物 医学应用
药物递送
3.1 生物成像
合成路线示意图
(a)GNRs (c) GNR@SiO2@CDs
(b)巨噬细胞+CDs (c)巨噬细胞+GNR@SiO2@CDs
特点
过程简单、产量高、质量高、粒径可控、结构 可灵活修饰。
图1. 晶种法制备过程
改进：①将柠檬酸钠包覆的多晶晶种变成CTAB包覆的单晶晶种 ②将Ag+引入生长液调控棒的长径比
J. Phys. Chem. B 105, 19, 4065-4067
1 金纳米棒的制备
硬模板法指用孔径为纳米级到
微米级的多孔材料作为模板，使前驱 体进入后在模板的孔壁上反应，结合 电化学沉淀法、溶胶凝胶法和气相沉 淀法等技术，形成所需的纳米棒。
1 金纳米棒的制备
金纳米棒的制备方法
晶种生长法 硬模板法 光化学合成法
1 金纳米棒的制备
晶种法研究的时间最长，也研
究的最深入。晶种可以是球型金纳 米粒子，或者是短的金纳米棒。
基本原理
在生长溶液里加入一定量的金纳米颗粒种子， 在表面活性剂的作用下，晶种定向生长为一定 长径比的金纳米棒。
三个步骤
晶种的制备、生长液的配置、金纳米棒的生成。
无Ag+存在时仅能形成金纳米粒子；随着 Ag+用量增加 ，形成的金纳米棒的直径减小，而纵横比有所增加。光 照强度、时间也会影响金纳米棒的合成。
反应机理
①Au3+被AA还原为Au+ ②丙酮在hv照射下光化学反应形成羰基自由基作为还 原剂使Au+还原为Au0 ③Au0原子凝聚成核并发生各向异性形成金纳米棒。
图3. 光化学合成法制备金纳米棒的TEM图像 .
J. AM. CHEM. SOC. 2002, 124, 14316-14317
金纳米棒的性质
2 金纳米棒性质
光声 效应
局域表面 等离激元
共振
光热 效应
金纳米 棒
产生 ROS
近场 效应
单/双 分子荧
光
机械 性质
2 金纳米棒性质
01
光声效应
用光照射某种媒质时,由于媒质对光的吸收会使其内部的温度改变从而引 起媒质内某些区域结构和体积变化;当采用脉冲光源或调制光源时,媒质温 度的升降会引起媒质的体积涨缩,从而向外辐射声18, 11(3): 1262–1273
3.2 分子检测
这两个发夹探针在打开时互补，通过杂交链式 反应形成DNA双螺旋分子，产生强静电作用
发夹探针不打开时稳定存在，无法与金纳米棒 产生强静电作用，不能阻止其受盐诱导而聚集
Sensors & Actuators: B. Chemical 2018 (273) 642–648
3.3 光热治疗
注射TNPs后，温度5分内增加了19.5°C，到达 热疗温度范围，破坏局部血管，杀死肿瘤细胞
ACS Nano 2018, 12, 6597−6611
3.4 药物递送
在近红外激光照射下，局部温度升高 到DNA的理论解离温度，DNA双链打 开释放Dox，治疗效果增加了2.1倍。
Adv. Mater. 2016, 28, 8511–8518
基本原理
将金通过电化学沉积到纳米级多孔渗水的聚 碳酸酯或氧化铝膜上的小孔内， 随后将模板 溶解即可得到金纳米棒。
生长原理
空间受限生长。
特点
优点在于通过控制孔道的长度和直径，同时 调节电化学沉积时间能有效控制金纳米棒的 纵横比，缺点是产量相对较低。
图2. 硬模板法制备过程及电镜图像 Advanced Materials, 2012, 24(36):5014-5014.
金纳米棒的制备、性质及应用
1 金纳米棒的制备 2 金纳米棒的性质 3 金纳米棒的生物医学应用
金纳米棒的制备
1金纳米棒的制备
什么是金纳米棒？
金纳米棒是一种尺度从几纳米到上百纳米的 棒状金纳米材料，一般指其长径比介于2~25 的类一维纳米材料。它具有非常丰富的理化 性质，在材料学界受到强烈的关注，生物医 学上可用于体外诊断和体内治疗，在传感器 及光学元件都有相应应用。