材料合成与工艺-纳米金的制备技术及其应用

纳米金的制备技术及其应用

（学号姓名）

南京师范大学化学与材料科学学院

摘要：纳米金是指金的微小颗粒，其直径在1～100nm，具有高电子密度、介电特性和催化作用，能与多种生物大分子结合，且不影响其生物活性。纳米金粒子在水中形成的分散体系俗称胶体金，是最常见的金属纳米粒子。它容易与生物活性分子结合，用于生物体系的检测。以胶体金为标记物的免疫金河免疫金银染色法，可以单标记或多重标记，进行大分子的定性、定量及定位研究，目前纳米金已被广泛应用与医学和生物学领域。

关键词：纳米金颗粒探针催化剂医学应用

0 概述

纳米金，即指金的微小颗粒，其直径在1～100nm，具有高电子密度、介电特性和催化作用，能与多种生物大分子结合，且不影响其生物活性。由氯金酸通过还原法可以方便地制备各种不同粒径的纳米金，其颜色依直径大小而呈红色至紫色。

纳米金粒子在水中形成的分吸附而牢固结合，也可与巯基之间形成很强的Au-S共价键，这使得胶体金容易与生物活性分子结合，用于生物体系的检测。以胶体金为标记物的免疫金河免疫金银染色法，可以单标记或多重标记，进行大分子的定性、定量及定位研究，目前纳米金已被广泛应用与医学和生物学领域。

在DNA传感器及DNA芯片制作方面：以烷巯基散体系俗称胶体金，是最常见的金属纳米粒子。纳米金可与氨基发生非共价静电寡核苷酸修饰的纳米金作为报告基团，纳米金颗粒用末端带有巯基丙烷（或巯基己烷）的两种不相互补的寡核苷酸探针修饰，这种修饰使得微粒之间不相互聚集。探针与靶序列杂交时，靶序列与纳米金颗粒上的两种寡核苷酸探针互补，纳米金间通过过个短的双螺旋片段相互联结形成延伸的聚合网络结构。杂交信号由体系的颜色变化给出，纳米粒子间的距离远大于其直径时，体系呈红色，间距小于平均粒子直径时呈蓝色。

美国西北大学的Mirkin小组用纳米金粒子结合单链DNA探针，对DNA片段进行杂交识别。实验结果无需任何检测仪器就很容易通过肉眼进行观察，而且这种颜色变化可以随着DNA的变复性过程可你进行。

此外，纳米金还广泛应用到TEM、SEM表征和检测纸条的显色方面。早在1962年，Feblorr等首次介绍了纳米金可作为一种电镜示踪的标志。Faulk等在1971年第一次将纳米金颗粒作为一种特异的标记物用于电镜研究。由于纳米金标记技术本身的优点，在免疫细胞化学方面受到了重视和广泛应用，并逐步向微生物学、医学、病毒学等领域渗透。目前利用固定在硝酸纤维素膜上的抗体标记的纳米金，可以制备快速方便的胶体金试纸条，目前该类产品已广泛应用到病原菌的快速检测中。

Ho等探索利用纳米金和磁性纳米粒子检测细菌。利用经典吸引或共价结合将抗体结合到纳米金和磁性纳米粒子表面，通过抗体与目标细菌的特异性结合，利用基质辅助激光解析电离质谱进行检测，对于金黄色葡萄球菌的检测灵敏度为3×10cfu/mL，但该方法所需仪器昂贵，检测灵敏度低。

此外，纳米金还可以增强表面拉曼散射信号，从而实现目标物的光谱学检测。Mirkin小组采用修饰有拉曼标记物的寡核苷酸包被的纳米金，结合表面增强拉曼金属进行寡核苷酸的多元检测。[1]

1 制备

纳米金颗粒具有制备方法简单，粒径均匀，化学性质稳定的特点。其制备的方法有许多，与大多数纳米粒子一样，主要可以分为物理法和化学法。

物理法制备金颗粒主要是通过各种分散技术将金直接转变为纳米粒子，主要包括真空沉积法、激光消融法等方法。但是物理方法对设备的要求较高，得到的粒子尺寸分布很广，大大的限制了这类方法的应用，远远没有化学方法应用广泛，正处在不断的发展中。

化学法是以金的化合物为原料，利用还原反应生成金纳米粒子，通过控制反应条件，来制备所需尺寸的颗粒。化学法主要包括：水相氧化还原法、晶种法、微乳法、模板法等。[2]

1.1反相微乳液中纳米金的制备

近年来，人们对合成尺寸小，粒径分布好的纳米粒子很感兴趣，因为这些纳米粒子具有特殊表面性质，使它们在电学、光学、磁学上得到很广泛的应用。纳米金的制备和可控光学特性的研究在纳米光学，光热传导，生物物理化学等领域都有重要的应用前景。有关贵金属纳米材料的报道主要集中在对贵金属纳米颗粒的制备及性质研究，而其中研究更多的则是对Au，Ag等自由电子贵金属纳米颗粒的制备及基于其表面等离子体共振（surface plasmon resonance，SPR）而引起的光学吸收特性的研究。和其他金属颗粒一样，纳米金的光学性质与纳米粒子表面等离子共振与带间跃迁有关，特别是纳米粒子的大小也有很大的影响。对于尺寸小的金属纳米粒子(小于20 nm)来说，紫外可见吸收图谱可以通过“Mie”理论来解释，因此，根据形成粒子共振吸收峰的半高宽和峰的强度，可以有效监测纳米金粒子的形成。当粒径小于52 nm时，纳米颗粒粒径的变小会导致吸收谱峰变宽，并且最大吸收峰变小，发生蓝移，反之红移。所以可以通过紫外吸收图谱间接地说明纳米金粒子的粒径变化。[3]

1.2纳米金催化剂的制备

Haruta等发现，某些由共沉淀法制备的金催化剂对CO低温氧化表现出极高的活性和稳定性以来，认为金没有催化活性的传统观念被打破，使人们对金的催化特性产生了极大关注。采用沉积沉淀法制备纳米金催化剂，催化剂中的活性组分不会被包埋在载体内部而具有较高的利用率，以通过选择载体的形状而得到各种不同形状的成型催化剂在制备低担载量的金催化剂领域具有一定优势。由于比表面积大、热稳定性和机械强度高，二氧化硅成为工业生产中最常用的催化剂载体之一。Somodi等报道了一种以氨水为沉淀剂，H2气氛下350℃处理获得的Au/SiO2催化剂具有高分散的纳米金颗粒。该法成功的关键在于，氨的存在改变了带电的金前驱物和表面带负电荷的二氧化硅之间的相互作用。Bore等发现，Au/SiO2催化剂中金粒子的烧结速率与二氧化硅孔径、孔壁厚度、孔的连通性有关。在相同孔径情况下，具有立方结构和三维六边形结构的纳米金催化剂比具有二维六边形结构的催化剂更易烧结。采用化学气相沉积法叫、化学诱捕法以及胶束包裹法在二氧化硅表面均可以成功获得分散均匀的金纳米颗粒，但这些制备方法须以昂贵的金前驱物为代价。目前，关于二氧化硅孔结构对纳米金催化剂结构及其CO氧化性能影响的报道较少。[4]