金纳米微粒表面能量转移及半胱氨酸的高灵敏度高选择性分析法_刘春
中国科学: 化学 2010年第40卷第5期: 531 ~ 537 SCIENTIA SINICA Chimica https://www.wendangku.net/doc/4819026808.html, https://www.wendangku.net/doc/4819026808.html, 《中国科学》杂志社SCIENCE CHINA PRESS
论文
金纳米微粒表面能量转移及半胱氨酸的高灵敏度高选择性分析法
刘春①, 吴同①, 黄承志①②*
①发光与实时分析教育部重点实验室; 西南大学化学化工学院, 重庆 400715
②西南大学药学院, 重庆 400715
*通讯作者, E-mail: chengzhi@https://www.wendangku.net/doc/4819026808.html,
收稿日期: 2009-10-23; 接受日期: 2009-10-27
摘要根据荧光染料在金纳米粒子表面的能量转移, 本文建立了一种具有高灵敏和高选择性半胱氨酸分析方法. 研究表明, 通过静电作用吸附在柠檬酸根包被的金纳米粒子表面的阳离子荧光染料如罗丹明B分子在受光激发时, 发生从荧光染料到金属纳米微粒的能量转移, 导致荧光染料的荧光猝灭. 但当体系中存在半胱氨酸时, 由于半胱氨酸与金纳米粒子之间具有更强的共价作用, 罗丹明B分子远离金纳米粒子表面, 降低了能量转移效率, 使得罗丹明B的荧光得到恢复. 恢复的荧光强度与0.025~4.5 μmol/L半胱氨酸呈很好的线性关系, 检测限为8.0 nmol/L(3σ), 而其他十九种基本氨基酸的响应非常微弱. 关键词
荧光染料
罗丹明B
金纳米粒子
表面能量转移(SET) 半胱氨酸
1引言
金纳米粒子(gold nanoparticles, AuNPs)因其特殊的化学物理性质如随颗粒尺寸和颗粒间距离而改变的等离子体共振吸收特性, 比有机染料高几个数量级的消光系数和非线性光学特性而在生物化学、免疫分析等领域成为具有优异灵敏度和高选择性的分子识别探针[1~8]. 近年来, 有研究者报道利用AuNPs建立了纳米材料能量转移(nanomaterials surface energy transfer, NSET)体系[9, 10]. NSET是指有机荧光染料作为能量给体将能量转移给作为能量受体的AuNPs表面[11~13]. 从本质上来看, NSET也是偶极-偶极作用, 但与荧光共振能量转移(fluorescence resonance energy transfer, FRET)有很大不同. NSET的能量受体是纳米粒子表面, 在几何学上各向同性的偶极向量分布, 从而可以接受来自于给体的能量, 因而同一个纳米粒子能猝灭从可见到近红外发射波长的荧光. 这不仅提高了作为给体的有机染料分子与作为受体的纳米粒子之间的能量转移效率, 而且也使得NSET具有比FRET更大的有效作用距离和作用范围, 其能量转移效率与距离的关系从1/R6变成1/R4. 因此, 相同能量转移效率, NSET比FRET传输的距离更长, 因此研究NSET对长距离能量传输具有重要的意义.
半胱氨酸是生物体内具有巯基的重要氨基酸, 它对生物体内依靠二硫键来保持结构和功能的蛋白质在分子内的交联起着至关重要的作用. 它也是一个潜在的神经毒素, 是某些疾病的标志化合物. 因此,检测半胱氨酸在生物化学研究及临床诊断上都有重要意义. 目前, 已报道的分析方法有分光光度法[14]、电化学分析法[15]、荧光分析法[16~18]、化学发光分析法[19, 20]等. 我们课题组也曾报道基于半胱氨酸诱导CTAB包被的金纳米粒子聚集导致光散射信号变化[21]以及通过改变银纳米粒子的形态而引起颜色变化[22]来测定半胱氨酸的方法.
本文建立了一种基于NSET对半胱氨酸选择性
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响应的“Turn-on”荧光检测方法. 由于NSET 作用, 金纳米粒子可以猝灭吸附于其表面的荧光染料的荧光. 但加入一种与金纳米粒子或与染料作用更强的物质, 竞争反应会使得染料远离金纳米粒子表面, 进而使染料荧光恢复. 此类分析方法现已用于铜离子[23]、汞离子[11, 24, 25]和半胱氨酸[26]的测定. 本文阐述了纳米粒子表面能量转移, 并成功用于半胱氨酸的检测, 而且实验中采用商业上廉价易得的高量子产率的荧光染料, 省去了合成目标染料的复杂步骤及分离过程,因而使本方法成为一个简单、灵敏、快速的半胱氨酸检测方法.
实验思路如图示1所示, 罗丹明B 分子通过静电作用吸附在柠檬酸根包被的AuNPs 表面. 当有光激发时, 二者之间发生荧光表面能量转移, 导致罗丹明B 的荧光猝灭. 半胱氨酸加入后, 因为半胱氨酸的巯基与AuNPs 之间更强的共价作用, 使得罗丹明B 分子远离AuNPs 表面, 能量转移效率降低, 从而罗丹明B 的荧光恢复. 以此原理建立起测定半胱氨酸的高灵敏度和高选择性的分析方法.
2 实验部分
2.1 仪器与试剂
F-2500 型荧光分光光度计(日本日立公司), UV- 3600 型紫外-可见-近红外分光光度计(日本岛津公
司), MWS-1型漩涡混合器(江苏其林贝尔仪器制造有
限公司), PHS-3C 型酸度计(成都方舟科技开发公司). HAuCl 4·4H 2O(上海国药集团化学试剂有限公司),
柠檬酸三钠(上海化学试剂公司), 20种基本氨基酸(天津光复精细化工试剂公司). 半胱氨酸配制成 1.0×10?3 mol/L 储备液, 于4 ℃冰箱中保存并且每天更新, 工作液通过1.0 mmol/L 储备液逐级稀释得到. 实验中使用Britton-Robinson 缓冲溶液控制溶液酸度. 实验用水均为超纯水, 试剂均为分析纯.
图示1 NSET 法测半胱氨酸的示意图 2.2 金纳米微粒(AuNPs)的合成
采用Frens 法合成粒径为13 nm 的AuNPs [27]. 在
用王水(盐酸:硝酸=3:1)洗净的100 mL 平底烧瓶中, 依次加入47 mL 超纯水, 2 mL 1% HAuCl 4水溶液, 加热搅拌至沸. 剧烈搅拌下迅速加入1 mL 5%柠檬酸三钠水溶液. 保持溶液沸腾和剧烈搅拌, 大约5分钟后溶液变得鲜红. 停止加热, 再继续剧烈搅拌直至溶液冷却至室温. 用UV-3600 型紫外-可见-近红外分光光度计测定出该溶液最大吸收波长在518.5 nm 左右. 其浓度依照消光光谱和朗伯-比尔定律计算(摩尔消光系数ε(13)520 nm = 2.7×108 cm ?1 M ?1)[28]为10 nmol/L.
2.3 罗丹明B -金纳米粒子(RB-AuNPs )复合物的 制备
在用王水洗净、超纯水润洗并烘干的棕色瓶中, 依次加入12 mL 10 nmol/L AuNPs 溶液、2 mL 50.0 mol/L pH 9.0硼砂-盐酸缓冲溶液、6 mL 超纯水. 磁力搅拌下加入20 μL 2 mmol/L 罗丹明B 溶液, 室温下避光搅拌反应2 h. 反应结束后常温下静置保存待用. 如上制得的复合物浓度定义为1×.
2.4 实验方法与步骤
在 1.5 mL 离心管中, 依次加入400 μL 1×
RB-AuNPs 溶液, 100 μL pH 7.24 的B-R 缓冲溶液和
一定浓度的半胱氨酸溶液, 用水稀释至 1 mL, 涡旋混合器混合均匀. 所得溶液在室温静置反应30 min 后, 在530 nm 波长激发下扫描545~700 nm 范围的荧
光光谱. 3 结果与讨论
3.1 从罗丹明B 到AuNPs 表面的NSET
在水溶液中, 罗丹明B 是强荧光分子(图1, 曲线(a)), 其荧光量子产率高达0.70, 最大发射峰在575 nm. 当它通过静电作用吸附到带负电荷的金纳米粒子表面时, 由于二者之间发生了能量转移, 罗丹明B 的荧光几乎被完全猝灭(图1, 曲线(c)). 而半胱氨酸的加入使得罗丹明B 的荧光得到部分恢复(图1, 曲线(b)). 证明半胱氨酸可以阻碍罗丹明B 与AuNPs 之间的表面能量转移.
NSET 的猝灭常数K sv 可由公式(1)计算[12]:
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??
????????????
k ΦF c K c ΦF k k q 00
Q sv Q c d
==1+=1++ (1) 其中Φ0和F 0分别表示没有猝灭基团时的量子产量和发射强度. Φ和F 是有猝灭基团存在下的参数. k q , k c 和k d 分别指猝灭、发射以及钝化的比率. K sv 是Stern-Volmer 猝灭常数, 而c Q 是猝灭基团的浓度.
实验表明, 当罗丹明B 与金纳米粒子的浓度分别为1.0 μmol/L 和3.0 nmol/L 时, 荧光猝灭效率可达为98%. 而根据图2和公式(1), 可计算得出罗丹明B
图1 罗丹明B 和RB-AuNPs 在有无半胱氨酸存在下的荧光发射光谱. 实验条件: 0.8 μmol/L 罗丹明 B 溶液; 100 μL pH 7.24 Britton-Robinson 溶液; 0.4× RB-AuNPs 溶液(分别含0.8 μmol/L RB 和2.4 nmol/L AuNPs); 4.0 μmol/L cysteine 溶液. (a) 罗丹明 B; (b) RB-AuNPs + cysteine; (c)
RB-AuNPs
图2 AuNPs 浓度对RB-AuNPs 复合物荧光强度的影响. 实验条件: 1.0 μmol/L 罗丹明 B 溶液; 5.0 mmol/L pH 9.0 硼砂-盐酸溶液. AuNPs 浓度分别为 (a) 0; (b) 1.5; (c) 2.0; (d) 2.5; (e) 3.0; (f) 3.5 nmol/L. 嵌入图, 随金纳米粒子浓度而变化的猝灭效率; λ, 575 nm
和金纳米粒子之间的K sv 约为 1.5×1010 mol ?1 L. 如此高的猝灭常数, 使得纳摩尔级的金纳米粒子与荧光染料之间仍可以观察到灵敏的猝灭现象. 这主要是因为: 1)较大的比表面积能够容纳更多的染料分子; (2)金纳米粒子对有机染料达纳摩尔级的键合亲和力[11].
如前所述, NSET 和FRET 在本质上都是偶极-偶极相互作用, 仅仅是由于NSET 中的受体是纳米粒子表面, 使得NSET 比FRET 具有更广阔的适用性. 发生FRET 的给体和受体对, 必须满足给体的发射峰与受体的吸收峰高度重叠. 它们重叠程度越大, 给受体之间的能量转移也就越容易发生. NSET 虽然也有这个规律, 但它却并不受此条件限制. 就本实验中的能量给体RB, 其最大发射峰位移在575 nm, 而作为受体的13 nm AuNPs, 其表面等离子共振吸收峰却在520 nm 附近. 按照FRET 的理论, 这样的给受体对之间的能量转移是非常弱的. 然而就实验数据来看, 仅需3.0 nmol/L AuNPs 就可以使1.0 μmol/L 罗丹明B 荧光猝灭效率达98%. 另一个显著的优点在于给受体之间的有效作用距离明显增大. 对于FRET 来说, 给体和受体之间的距离小于10 nm, 才能有效地发生能量转移. 所以, 在常规的FRET 体系中, 给体和受体通常是用DNA 链连接或杂交[29]以保证其在有效作用距离之内. 而NSET 的有效作用距离比FRET 大了一倍, 达20 nm, 这降低了NSET 对给受体之间距离的依赖, 同时拓宽了纳米粒子的应用范围.
3.2 半胱氨酸与金纳米粒子的作用
在pH 5.0 条件下, 不仅有半胱氨酸的巯基与AuNPs 发生共价作用, 同时其分子内的?NH 3+与AuNPs 也发生静电作用[30]. 此时金纳米粒子自组装成网状结构, 其表面等离子共振吸收峰红移, 表现出从红到蓝或紫的颜色变化. 但我们在整个实验过程中没有观察到金纳米粒子的聚集. 这一方面是因为介质的pH 值高于半胱氨酸的等电点, 使得半胱氨酸分子中几乎没有?NH 3+存在而与AuNPs 发生静电作用; 另一方面也可能是在金纳米粒子表面还吸附有部分罗丹明B 分子, 它保护AuNPs 防止半胱氨酸诱导的交联聚集的发生.
3.3 实验条件的优化
图2表明13 nm AuNPs 对罗丹明B 的猝灭受AuNPs 量的影响, 溶液的荧光强度随着金纳米粒子
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浓度增大而线性地减弱. 进一步研究表明罗丹明B 与AuNPs 的比例对实验灵敏度影响非常大. 相对AuNPs 来说, 如果RB 量过多, 溶液中游离的RB 会导致背景荧光增大; 如果RB 不足量, 则会引起检测半胱氨酸的灵敏度降低. 我们通过实验发现(图2), 当罗丹明B 与金纳米粒子的浓度分别为1.0 μmol/L 和3.0 nmol/L 时, RB 的荧光刚好被猝灭完全. 当二者以最优比例制成RB-AuNPs 复合物时, 其用量多少对体系的信号响应也产生重要影响.
如图3所示, 过少或过多的RB-AuNPs 复合物均会减弱信号响应. 在没有半胱氨酸存在时, RB- AuNPs 复合物的荧光值很弱, 而且基本不随该复合物的浓度改变. 加入半胱氨酸后, 溶液的荧光强度增强数倍, 并随着复合物浓度的增大不断增强. 在0.3×和0.4×之间达到平台, 然后随着复合物浓度继续增大, 荧光信号响应下降.
我们也考察了体系荧光信号对酸碱度的响应. 实验发现, 在pH 5.0~9.0的范围间, 酸碱度对体系没有很明显的影响(图4). 这可能是罗丹明B 的荧光发射比较稳定, 在此酸碱度范围内荧光信号基本保持恒定. 此外, 半胱氨酸与金纳米粒子间的共价作用, 受酸碱度影响也比较小.
实验还发现, 半胱氨酸与RB-AuNPs 复合物反应迅速, 体系的荧光强度在加入半胱氨酸5 min 之内增加数倍, 到反应20 min 后基本达到平台(图5). 本实验选择反应时间为30 min 分钟再进行测定, 此反应时间可以使反应进行完全并保持信号稳定.
图 3 RB-AuNPs 浓度对体系荧光强度的影响. 实验条件: 100 μL pH 7.24 Britton-Robinson 溶液; 4.0 μmol/L cysteine 溶液; 反应时间, 30 min; λ
, 575 nm
图 4 pH 值的影响. 实验条件: 100 μL pH 7.24 Britton- Robinson 溶液; 4.0 μmol/L cysteine 溶液; 0.4×RB-AuNPs 溶液; 反应时间, 30 min; λ
, 575 nm
图5 反应时间的影响. 实验条件: 100 μL pH 7.24 Britton- Robinson 溶液; 4.0 μmol/L cysteine 溶液; 0.4× RB-AuNPs 溶液; λ, 575 nm
3.4 其他氨基酸的响应
为检验本实验的选择性, 我们考察了组成蛋白质的二十种L-型氨基酸对体系的响应(图6). 从实验结果看, 半胱氨酸对体系的响应远远大于其余的十九种氨基酸. 这也进一步说明半胱氨酸分子中的巯基, 是引起体系荧光增强的关键原因. 其中碱性氨基酸组氨酸和精氨酸, 由于在实验pH 条件下, 此二者氨基酸带正电荷, 与金纳米粒子静电作用而产生轻微荧光信号. 蛋氨酸对体系荧光信号的影响主要是因为它分子内含有的S ?CH 3基团与金纳米粒子发生作用.
我们进一步考察了L-高半胱氨酸和还原型谷胱甘肽对体系的响应. 实验发现, 由于这两种物质也含有巯基基团, 它们与金纳米粒子有类似的反应, 故对
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图 6 二十种氨基酸对体系的响应. 实验条件: 100 μL pH 7.24 Britton-Robinson 溶液; 0.4×RB-AuNPs 溶液; 4.0 μmol/L 各种氨基酸溶液; 反应时间, 30 min; λ, 575 nm
本实验也有很强的响应(如图7), 其中L-高半胱氨酸
与半胱氨酸的响应几乎一样, 还原型谷胱甘肽能达到半胱氨酸的50%.
3.5 线性范围、精密度及样品测定
在最优实验条件下, 我们研究了RB-AuNPs 在半胱氨酸存在下的荧光恢复, 所有的荧光信号强度均取自575 nm 处(图8). 实验发现, 半胱氨酸浓度在0.025~4.5 μmol/L 范围时, 荧光强度差值与其浓度呈线性关系, 线性回归方程及相关系数分别是?Ι = 20.7 + 217.0c (其中, ?I 为体系的荧光强度增加值, c 为半胱氨酸浓度, μmol/L) 和R = 0.9978, 检测
图7 L-高半胱氨酸和还原型谷胱甘肽对体系的响应. 实验条件: 100 μL pH 7.24 Britton-Robinson 溶液; 0.4× RB-AuNPs 溶液; 4.0 μmol/L Cys, HCys 和GSH 溶液; 反应时间, 30 min; λ
, 575 nm
图8 Cys 的线性响应曲线及荧光光谱图. 实验条件: 100 μL pH 7.24 Britton-Robinson 溶液; 0.4× RB-AuNPs 溶液; 反应时间, 30 min. 嵌入图, 575 nm 处的荧光增加值与半胱氨酸浓度的线性响应曲线
表1 合成样品中半胱氨酸的测定
样品加入浓度(μmol/L)合成样
回收浓度(μmol/L) 回收率 (%) 相对偏差
(%, n =3)10.75 a 0.69, 0.71, 0.74 92.0~98.7 3.5 2 1.50 b 1.46, 1.47, 1.56 97.3~104.0 3.7 3
2.50 c 2.48, 2.47, 2.49 98.8~99.70.4
c RB-AuNPs , 0.4×; B-R 缓冲溶液 pH 7.24, 各氨基酸浓度与所加入的半胱氨酸浓度一样. 合成样a: His, Trp, Arg, Phe, Ser, Val, Lys; 合成样b: Glu, Gln, Gly, Pro, Asn, Asp; 合成样c: Ala, Thr, Leu, Ile, Tyr, Met.
限(3σ)为8.0 nmol/L. 为验证本方法的可行性,我们对合成样品进行半胱氨酸标准加入回收实验(表1), 得到回收率在92.0%~104.0%之间, 相对标准偏差小于3.7% (n =3). 从实验结果来看, 该方法具有良好的准确度和精密度.
4 结论
本文描述了一个基于金纳米微粒的表面能量转移测定半胱氨酸的简单方法. 由于NSET 的作用, RB-AuNPs 复合物在575 nm 处的荧光非常微弱, 半
胱氨酸加入后, 减弱NSET 的转移效率, 使得罗丹明B 的荧光得以恢复, 以此建立起检测限(3σ)达8.0 nmol/L 的半胱氨酸分析方法. 我们相信, NSET 在生物分析中有更加广阔的用途, 在细胞成像分析及毛细管电泳分析中展示了很好的应用前景.
刘春等: 金纳米微粒表面能量转移及半胱氨酸的高灵敏高选择性分析法
致谢本工作得到国家自然科学基金 (90813019)资助, 特此致谢.
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Gold nanoparticles surface energy transfer and its application to highly selective and sensitive detection of cysteine
LIU Chun1, WU Tong1 & HUANG ChengZhi1,2
1 Key Laboratory on Luminescence and Real-Time Analysis, Ministry of Education; College of Chemistry and Chemical Engineering, Southwest University, Chongqing 400715, China
2 College of Pharmaceutical Sciences, Southwest University, Chongqing 400715, China
Abstract: In this contribution, we report a highly selective and sensitive method for detecting cysteine based on surface energy transfer from fluorophore to gold nanoparticles. Cation dyes, such as Rhodamine B, can be adsorbed onto the surface of citrated-gold nanoparticles through the electrostatic interaction, and the fluorescence of the Rhodamine B absorbed on the surface of the as-prepared gold nanoparticles gets quenched because of the occurrence of surface energy transfer from the fluorophore of Rhodamine B to the gold nanoparticles. With the addition of cysteine, the strong covalent combination between the mercapto group of cysteine and gold nanoparticles drives Rhodamine B molecules apart from the gold nanoparticles’ surface, which reduces the energy transfer efficiency and results in a significant increase of fluorescence of the solution. It was found that the fluorescence gets increased linearly with the concentration of cysteine ranging from 0.025 μmol/L to 4.5 μmol/L. This phenomenon allows sensitive detection of cysteine with a detection limit of 8.0 nmol/L (3σ). Other 19 kinds of natural amino acids have a weak influence on the surface energy transfer.
Keywords: fluorescent dye, Rhodamine B, gold nanoparticles, surface energy transfer (SET), cysteine
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3.6 基于金纳米材料的肿瘤成像
基于金纳米材料的肿瘤成像 1 金纳米材料在肿瘤成像中的应用 1.1 光声成像 光声成像（photoacoustic imaging, PAI）是一种基于光声效应的医学成像方法，结合了光学成像的高对比度和超声成像的高空间分辨率。当非电离脉冲激光照射生物组织时，组织吸收光能而产生超声波，由超声换能器接收和处理后，产生图像。由于PA信号主要与组织的光吸收性质相关，利用光吸收强的造影剂增加组织对比度，提高信噪比（signal-to-noiseratio, SNR），改善成像质量。 2004年Copland等首次将金纳米颗粒用于PA成像。该研究表明，偶联赫赛河单抗的金纳米颗粒能够选择性帮向人表皮生长因子受体-2（Human Epidermal Growth Factor Receptor-2, HER-2）高表达的人乳腺癌细胞系SK-BR-3，并显著增强细胞的PA信号。然而，本实验中所应用的金纳米颗粒直径约40 nm，LSPR峰位于532 nm处，与血液的吸收波长相近，且成像的组织穿透能力有限，严重影响了其成像效果，限制了其体内应用和临床转化。因此，构建在LSPR峰位于近红外区域，光吸收强金纳米材料，改善PA成像性能，仍显得十分重要。 如上文所述，通过金纳米棒的纵横比，可将其LSPR峰调节在近红外区域。同时，金纳米棒的吸收截面和散射截面也与其尺寸和纵横比有关。尺寸越小，纵横比越高的金纳米棒，对光的吸收更高而散射更小。综合考虑这些因素，一些研究认为，纵横比在3-4之间的金纳米棒最适合用于PA成像。金纳米壳由于散射多于吸收，且吸收光谱更宽，其PA成像的效果较金纳米棒略差。在LSPR峰相同时，金纳米笼的吸收截面比金纳米棒更大，因此，理论上其PA成像效果更好。由于等离子体賴合作用，金纳米囊泡在近红外区有强烈的吸收，也是良好的PA增强剂。 此外，将金納米材料与其他材料相结合，也可増强其PA成像能为。由于碳纳米材料具有强烈的近红外光吸收和优秀的导电性，将氧化石墨烯纳米片（grapheme oxde nanosheets, GONs）包裹在金纳米材料表面，能够有效地増强材料的LSPR效应。有研究表明与单纯的氧化石墨烯或金纳米棒、金纳米囊泡相比，包裹了氧化石墨烯的金纳米棒和金纳米囊泡表现出更强的PA效应。 在金纳米材料表面偶联肿瘤祀向分子，能够增加肿瘤对材料的特异性摄取，实现肿瘤帮向性成像，改善PA成像效果。除了单一肿瘤的成像外，在LSPR吸收峰不同的金纳米材料表面连接不同的觀向分子，能够实现多种肿瘤的同时成像。由于新生血管在肿瘤的发展和转移
柠檬酸钠还原法制备金纳米粒子
柠檬酸钠还原法制备金纳米粒子实验 一、试剂和材料 1) 柠檬酸钠(Na3C6H507?2H2O，AR) 天津市化学试剂三厂 2) 氯金酸溶液（HAu Cl4?4 H2O），用王水（硝酸：盐酸=1：3（浓溶液的体积比）配制）溶解99.99%纯金制备。 3) 所用水均为超纯水（电阻值大于15 MΩ） 4) 所用玻璃仪器均经王水洗液充分浸泡处理，使用前用超纯水洗净并烘干。 5)仪器圆底瓶（50 mL）、冷凝管（含2 条橡皮管）、漏斗、滴管、刻度吸量管（10 mL）、量筒（50 mL）、安全吸球、磁搅拌子、电磁加热搅拌器、烧杯、计时器、试管（1 支）、样品瓶（25 mL）等. 实验方法 （一）小粒径金纳米粒子（约15 nm）的制备 1. 取5 mL 浓硝酸与15 mL 浓盐酸混合于100 mL 烧杯中配制王水。将所需使用的圆底瓶、吸量管、磁搅拌子、样品瓶等以王水浸润约1 分钟，再将王水倒入回收烧杯中，以大量去离子水将器皿冲洗干净，最后以超纯水淋洗2 次，而后倒置滴干。 注1：反应器具需以王水（HNO3/HCl = 1/3 (v/v)）浸洗器皿内壁，王水必须完全冲洗干净，以免残余王水影响后续制备反应。 注2：王水因具强腐蚀性及刺激臭味，使用时需穿戴乳胶手套并在通
风橱中清洗。王水用后回收作为最后清洗器具使用。 2. 使用已洗净后的量筒量取1 mM 的四氯金酸溶液45 mL 至100mL 圆底瓶中，加入1 个磁搅拌子。 3. 如图2-1架设回流加热装置：以铁夹固定圆底瓶于铁支架上，再将圆底瓶置于电磁搅拌器上，调整至适当位置使搅拌子能顺利搅拌。 4. 装接冷凝管于圆底瓶的上方使磨砂口接合紧密，以铁夹固定冷凝管；连接冷凝管的橡皮管，让冷却水自下端流入、上方排出。 注：橡皮管需先沾水以便利装接，装接的深度应足够以免脱落。冷凝管充满水后，将冷却水水量调小，以节省用水。 5. 开启电磁加热搅拌器之加热及搅拌调控钮让溶液均匀搅拌及加热至溶液沸腾。
(完整版)金属纳米颗粒制备中的还原剂与修饰剂の总结,推荐文档
《金属纳米颗粒制备中的还原剂与修饰剂》总结 一：金属纳米材料具有表面效应（比表面积大，表面原子多，表面原子可与其他原子结合稳定下来，使材料化学活性提高。）和量子尺寸效应，因而有不同于体相材料的光学、电磁学、化学特性。 目前制备方法为液相合成（操作简便、成本低、产量高、颗粒单分散性好）。——以金属盐或金属化合物为原料将其还原得到金属原子后聚集成金属纳米粒子。而金属纳米粒子比表面积大、物化活性高、易氧化、易团聚，所以需要引入修饰剂来控制形貌、稳定或分散纳米颗粒。 液相还原法按照溶剂不同可分为有机溶剂合成法（结晶性好、单分散性好、形貌易控、不能直接用于生物体系、环境不友好）和水溶液合成法（水溶性、制备方法简单环保、成本低、颗粒大小不均一）。按照还原手段不同可分为化学试剂还原法、辐射还原法、电化学还原法。 二：化学试剂还原法中常用的还原剂及其还原机理 还原能力不同：1）强还原剂（硼氢化物、水合肼、氢气、四丁基硼氢化物），还原能力强、反应速率快、纳米颗粒多为球形或类球形、尺寸小。2）弱还原剂（柠檬酸钠、酒石酸钾、胺类化合物、葡萄糖、抗坏血酸、次亚磷酸钠、亚磷酸钠、醇类化合物、醛类化合物、双氧水、DMF），反应体系一般需要加热。例如多元羟基类化合物可做溶剂和还原剂，通过控制反应条件可制备多种形貌的材料。柠檬酸钠、抗坏血酸做还原剂的同时可做保护剂。（一）无机类还原剂 1，硼氢化物（硼氢化钠钾、硼氢化四丁基铵TBAB），硼氢化钠化学性质活波与水反应放出 氢气，与金属盐反应时所需浓度低。 2，氢化铝锂，还原性极强，应用不及硼氢化钠。 3，水合肼N2H4·H2O，应用广泛。在碱性介质中为强还原剂。 4，双氧水。 5,有机金属化合物，二茂铁还原制备银纳米线。 6，氢气，（可以合成相当稳定无保护的可进一步修饰的银纳米颗粒。），控制反应时间可以得到相当大尺寸跨度的纳米颗粒，进一步处理如过滤离心可以得到尺寸分布窄的颗粒。 7，次亚磷酸盐，弱还原剂，因为容易与氧气反应所以一般用3-4倍。酸性条件下反应速度加快，认为酸性条件下利于次亚磷酸像活泼型转变。
银纳米修饰电极的制备及电化学行为
银纳米修饰电极的制备及电化学行为 作者：姚爱丽， 吕桂琴， 胡长文， YAO Ai-Li， LU Gui-Qin， HU Chang-Wen 作者单位：北京理工大学理学院化学系,北京,100081 刊名： 无机化学学报 英文刊名：CHINESE JOURNAL OF INORGANIC CHEMISTRY 年，卷(期)：2006,22(6) 被引用次数：12次 参考文献(16条) 1.董绍俊;车广礼;谢远武化学修饰电极 2003 2.Nada M D;David M B查看详情 2001 3.Sandmamn G;Dietz H查看详情 2000 4.高迎春;李茂国;王广凤银纳米修饰电极的制备及其对灿烂甲酚蓝的催化研究[期刊论文]-Chin J Anal Lab 2004(12) 5.Sarkar J;Pal P;Talapatra G B Adsorption of 2-aminobenzothiazole on colloidal silver particles: An experimental and theoretical surface-enhanced Raman scattering study[外文期刊] 2005(26) 6.Vukovic V V;Nedeljkovic J查看详情 1993(04) 7.Gole A;Sainkar S R查看详情 2000(05) 8.Kumar A;Mandale A B;Sastry Sequential electrostatic assembly of amine-derivatized gold and carboxylic acid-derivatized silver colloidal particles on glass substrates[外文期刊] 2000(17) 9.Cheng L;Dong S J查看详情 2000 10.周延秀;朱果逸;汪尔康查看详情 1994(03) 11.Liu Z L;Wang X D;Wu H Y查看详情[外文期刊] 2005 12.Tang Z Y;Liu S Q;Dong S J查看详情 2001 13.曹楚南;张鉴清电化学阻抗谱导论 2002 14.阮北;鲁彬;童汝亭自组装巯基环肽单层膜修饰金电极电化学行为的研究[期刊论文]-J Hebei Normal University Natural Science Edition 2003(05) 15.孙向英;翁文婷荧光性自组装双层膜的制备及其性能研究[期刊论文]-Chemical Journal of Chinese Universities 2005(06) 16.Lu M;Li X H;Yu B Z查看详情[外文期刊] 2002 本文读者也读过(2条) 1.夏立新.宫科.汪舰.康笑博.佟胜睿.刘广业.XIA Li-Xin.GONG Ke.WANG Jian.KANG Xiao-Bo.TONG Sheng-Rui. LIU Guang-Ye用简便方法组装二维模板银纳米阵列[期刊论文]-化学学报2007,65(21) 2.吕桂琴.姚爱丽.郑传明.L(U) Gui-qin.YAO Ai-li.ZHENG Chuan-ming MPA包覆的银纳米粒子修饰电极制备和电化学表征[期刊论文]-北京理工大学学报2006,26(10) 引证文献(12条) 1.王耀先.贺国旭.张秋霞.王香.胡中爱铝基氪化铝模板制备Ag纳米线及其电化学性质[期刊论文]-化工新型材料2013(1) 2.周闻云.陈艳玲.韩清.贾玉萍抗坏血酸在纳米银DNA修饰电极上的电化学行为研究[期刊论文]-分析科学学报
一种纳米金颗粒的制备方法
说明书摘要 本发明公开了一种纳米金颗粒的制备方法，其步骤如下：（1）在去离子水中加入氯金酸溶液、CTAC、硼氢化钠溶液，得到老化的种子溶液；（2）在去离子水中加入氯金酸溶液、CTAC、溴化钠溶液、抗坏血酸溶液，得到生长溶液1；（3）在去离子水中加入氯金酸溶液、CTAC、溴化钠溶液、抗坏血酸溶液，得到生长溶液2；（4）取（1）中的老化好的种子溶液加入到（2）中的生长溶液1，反应完全后得一次生长的Au纳米颗粒分散溶液；（5）取（4）中的溶液加入到（3）中的生长溶液2，反应完全后得二次生长的Au纳米颗粒分散溶液，即为最终的Au纳米颗粒。本发明以水为基液，具有经济性好、操作简单、分散性好的优点，所获得的产品粒径大小比较均匀，且可控，从10 nm到100 nm均可获得。
权利要求书 1、一种纳米金颗粒的制备方法，其特征在于所述方法步骤如下： （1）在5~20 ml去离子水中加入0.001 ~ 0.2 ml氯金酸溶液，然后加入0.01 ~1 g CTAC，与氯金酸溶液混合后均匀后，再加入0.01 ~ 1 mL硼氢化钠溶液，摇晃10 ~ 20 s将溶液混合均匀，静置30 ~ 60 min 后得到老化的种子溶液； （2）在5~20 ml去离子水中加入0.001 ~ 1 ml氯金酸溶液，然后加入0.01 ~1 g CTAC，再加入0 .001~ 0.01 mL溴化钠溶液，超声震荡0.5 ~ 5 min将溶液混合均匀，接着加入0.01 ~ 1 mL抗坏血酸溶液，摇晃30 ~ 60 s使溶液混合均匀后得到无色透明的生长溶液1； （3）在5~20 ml去离子水中加入0.001 ~ 1 ml氯金酸溶液，然后加入0.01 ~1 g CTAC，再加入0.001 ~ 0.01 mL溴化钠溶液，超声震荡0.5 ~ 5 min将溶液混合均匀，接着加入0.001 ~ 1 mL抗坏血酸溶液，摇晃30 ~ 60 s使溶液混合均匀后得到无色透明的生长溶液2； （4）取（1）中的老化好的种子溶液1 ~ 100 μL加入到（2）中配置好的生长溶液1，摇晃10 ~ 20 s使溶液混合均匀后，在30 ℃条件下放置5 ~ 30 min使其反应完全，得一次生长的Au纳米颗粒分散溶液； （5）取（4）中的溶液1 ~ 100 μL加入到（3）中配置好的生长溶液2，摇晃10 ~ 20 s使溶液混合均匀后，在30 ℃条件下放置10 ~60 min使其反应完全，得二次生长的Au纳米颗粒分散溶液，即为最终的Au纳米颗粒。 2、根据权利要求1所述的纳米金颗粒的制备方法，其特征在于所述Au纳米颗粒的粒径为10 nm到100 nm。 3、根据权利要求1所述的纳米金颗粒的制备方法，其特征在于所述氯金酸溶液的浓度为0.01 mol/L。 4、根据权利要求1所述的纳米金颗粒的制备方法，其特征在于所述氯金酸溶液的浓度为0.00025 mol/L。 5、根据权利要求1所述的纳米金颗粒的制备方法，其特征在于
优质纳米金粒子基本性质及应用介绍
优质纳米金粒子基本性质及应用介绍 2016-10-28 13:52来源：内江洛伯尔材料科技有限公司作者：研发部 【产品说明】 中文名称：纳米金粒子
英文名称：Gold nanoparticles 中文别名：金纳米、纳米金胶体、奈米金粒子 CAS号：7440-57-5 【产品特性】 外观：紫红色液体 保护剂：PVP（聚维酮） PH：7.0±0.5 粒径：5-10nm 黄金纯度：99.95％ 光学密度：5/cm 包装规格：按客户要求包装 保存方法：密封，4℃冰箱避光保存 【详细介绍】 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。一般为分散在水溶液中的水溶胶，因此也被称为胶体金。 纳米金颗粒制备方法有许多，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。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：柠檬酸钠氧化还原法、模板法、电化学合成法、光化学合成法、晶种生长法、巯基配体法、微乳液法等。随着科技的进步和发展，利用细菌、真菌、酵母菌、藻类等微生物或纯天然植物提取物等无毒无害且环境友好的绿色环境法制备纳米金粒子，逐渐成为纳米技术领域一个重要的趋势[13]。 关于纳米金粒子表面修饰的研究在国内外都很活跃，目前主要运用聚合物分子、生物分子、树枝化超大分子和环境友好型分子修饰。 纳米金材料由于其基本单元都是微小尺寸的粒子故存在很多宏观粒子所不具备的物理、化学特性，包括光学效应、小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应、介电限域效应、久保效应以及一些其他的特殊效应；具备荧光特性、电化学特性、吸附特性以及超分子和分子识别特性等，因而广泛应用于感光、催化、生物标识、光电子学、信息存储以及表面增强拉曼散射等诸多领域，涉及材料、医学检验、临床医学、食品、化工、陶瓷、染料等行业。
不同还原剂对金纳米颗粒合成的影响
不同还原剂对金纳米颗粒合成的影响 摘要：研究了通过步步种子生长法用盐酸羟胺或抗坏血酸作为还原剂对金纳米颗粒形貌、粒径、单分散性的影响。用UV-vis和TEM对金纳米颗粒的光学性质和形貌进行了表征。研究结果表明由于盐酸羟胺的还原性弱于抗坏血酸，不会发生二次成核，因此合成的金纳米颗粒的单分散性较好。 关键词：金纳米颗粒；种子生长法；单分散性；二次成核 纳米颗粒和其大小、形状有关的性质引起了科学家门的兴趣[]。因此特定大小和形状的纳米颗粒合成是非常重要的，特别在纳米工程方面[]。合成 金纳米颗粒所用的还原剂很多，例如用N a BH 4 作还原剂合成了粒径小于10nm 的金溶胶[]；在CTAB的保护下用抗坏血酸合成了粒径5-40nm的金溶胶[]。 但是柠檬酸钠是最常用的还原剂[]。通过变换柠檬酸钠和氯金酸的浓度比，合成了粒径从10nm到150nm的金溶胶[]。可是，合成的粒径大于30nm的金溶胶的单分散性越来越差[]。这种方法的重现性不仅差，而且溶液需要被煮沸。多分散的金溶胶限制了其在胶体稳定性、光散射、流变学、标准颗粒、生物膜等方面的应用[]。我们通过步步种子生长法分别用盐酸羟胺和抗坏血酸作为还原剂合成了粒径从22nm到76nm的金溶胶。研究发现用还原性弱的盐酸羟胺合成的金溶胶的单分散性明显好于用还原性强的抗坏血酸合成的。 并且用盐酸羟胺的合成方法的重现性很好。 2实验 2.1试剂和仪器二水合柠檬酸三钠（AR）、盐酸羟胺（AR）、氯金酸（AR）、抗坏血酸（AR），以上实验药品都购自国药集团化学试剂有限公司；UV-2102PC型分光光度计（尤尼柯（上海）仪器有限公司），JEM-2100透射电子显微镜（日本电子株式会社）。 2.2 实验方法 1%的氯金酸（溶液1）、38.8mM柠檬酸钠溶液（溶液2）、0.2M的盐酸羟胺溶液（溶液3）、0.2M的抗坏血酸溶液（溶液4）被准备。实验所用水为二次水，实验所用玻璃仪器都用王水浸洗，再用二次水冲洗三遍。 13.3nm金种子的制备在剧烈搅拌下，将3ml溶液1加入到243ml水中，煮沸15分钟后，快速加入8.5ml溶液2，煮沸15分钟。最后使金溶胶在搅拌下冷却到室温。 第一种方法：盐酸羟胺作还原剂的金溶胶的合成 种子增长四个锥形瓶分别被标记为A、B、C、D。在A中，在剧烈搅拌下，36ml 金种子溶胶加入到135ml水中，接着1.25ml溶液3被加入，最后1.5ml溶液1被快速加入。继续搅拌30分钟。这样得到的金溶胶的大小是22.3±1.5nm。
纳米材料修饰电极
A highly sensitive hydrogen peroxide amperometric sensor based onMnO2-modi?ed vertically aligned multiwalled carbon nanotubes，Analytica Chimica Acta，2010 MnO2-多臂碳纳米管 Cu电极 Gold nanoparticles mediate the assembly of manganese dioxide nanoparticles for H2O2 amperometric sensing，Electrochimica Acta，2010 MnO2–AuNP/ GCE H2O2电流传感 器 A novel nonenzymatic hydrogen peroxide sensor based on MnO2/graphene oxide Nanocomposite，Talanta，2010 GO/MnO2/ GCE（氧化 石墨烯） H2O2电流传感 器 Electrochemical investigation of MnO2 electrode material for supercapacitors，ScienceDirect，2011 MnO2泡沫镍电极MnO2电活性物 质作为超级电容 材料 Facile synthesis of novel MnO2 hierarchical nanostructures and their application to nitrite sensing，Sensors and Actuators B: Chemical，2009 MnO2/QPVP-Os/GCE (联吡啶锇取代的聚乙 烯吡啶) 亚硝酸盐传感器 Preparation of MnO2/graphene composite as electrode material for supercapacitors，J Mater Sci ，2011 MnO2/grapheme(石墨 烯) 超级电容器 Hydrogen peroxide sensor based on glassy carbon electrode modified with β-manganese dioxide nanorods，Microchim Acta (2011) β-MnO nanorods/GCE 。 H2O2电化学传 感器 Mn3O4 Graphene Hybrid as a High-Capacity Anode Material for Lithium Ion Batteries，American Chemical Societ，2010 Mn3O4/RGO（还原石墨 电极） 锂离子电池阳极 材料 Non-enzymatic electrochemical CuO nano?owers sensor for hydrogen peroxide detection，Talanta，2010 CuO/Cu箔H2O2电流传感 器（无酶） Synthesis of CuO nanostructures and their application for nonenzymatic glucose sensing，Sensors and Actuators B: Chemical，2010 CuO以碳为基底做成电 极 葡萄糖传感器 （无酶） A highly sensitive nonenzymatic glucose sensor based on CuO nanoparticles-modi?ed carbon nanotube electrode，Biosensors and Bioelectronics，2010 CuO/MWCNTs/Cu电极葡萄糖传感器 （无酶） An improved sensitivity nonenzymatic glucose biosensor based on a CuxO modi?ed electrode，Biosensors and Bioelectronics，2010 CuxO/Cu箔葡萄糖传感器 （无酶） Synthesis of CuO nanoflower and its application as a H2O2 sensor，Bull. Mater. Sci，2010 CuO NFS/Nafion-Au电 极 H2O2电流传感 器（无酶）
金纳米粒子的制备方法
金纳米粒子的制备方法 由于不同状态的纳米粒子的性质有较大的差异,故人们已经尝试很多方法用简单和多样的合成方法制备特定形貌和大小的金纳米粒子,如纳米线、纳米棒、纳米球纳米片和纳米立方。下面将介绍下目前合成金纳米粒子最常用的方法。 1梓檬酸盐还原法 目前在众多的合成金纳米粒子方法中,最方便的方法是还原Au的衍生物。很长的一段时间最流行的方法是在1951年Turkevitch提出的水溶液中用梓檬酸盐还原HAuCl4的方法,可得到20mn左右的金纳米粒子。金纳米粒子在水溶液中合成的方法主要分为三个步骤:第一,金的盐溶液在适当的溶液中分解;第二,在某种还原剂中还原金的盐溶液;最后,在稳定剂中合成稳定的金纳米粒子。目前,最流行的制备金纳米粒子的方法是在加热的条件下,在水溶液中用梓檬酸盐还原HAuCl4。对于这个方法,通过改变金的浓度和梓檬酸盐的浓度,可以制备出大量的平均粒度的金纳米粒子。 2 Brust-Schiffrin法:两相合成并通过硫醇稳定 人们于1994年提出了合成金纳米粒子的Brust-Schiffrin方法。由于热稳定合成方法简单易行,在不到十年的时间内,此方法在所有领域都有重要的影响。金纳米粒子在有机溶剂中能分散和再溶解,并且没有不可逆的团聚或分解。作为有机分子化合物,它们能很容易的控制和功能化。Faraday的两相合成体系给予合成技术一定的启发,由于Au和S的软性质,这种方法便利用硫醇配体强烈绑住金。四正辛基溴化按作为相转移试剂将AuCV转移到甲苯溶液中,并用NaBH4在正十二硫醇中还原AuCLT。在NaBH4还原过程中,橙色相在几秒内向
深棕色转变(图1): 图1 Au化合物在硫醇溶液中被还原,其Au纳米粒子表面被有机外壳所覆盖 其反应机理如下: 3其它含硫配体 其它含硫配体已经用于稳定金纳米粒子,如黄酸盐和二硫化物等。二硫化物不如硫醇的稳定,但是在催化方面有明显的效果。同样,硫醚不能很好的约束金纳米粒子,但是Rheinhout 团队利用聚硫醚就能很好的解决这个问题。另外,利用碘氧化以硫醇为包覆剂的金纳米粒子,使其分解为金的碘化物和二硫化物。Crook等人利用这一现象制备了以金纳米粒子为模版的环胡精的空心球。 4微乳液,反向胶束,表面活性剂,细胞膜和聚合电解质类 在有或是没有硫醇溶液的情况下,使用微乳液,共聚物胶束,反相胶束,表面活性剂,细胞膜和其它两亲物都是合成稳定的金纳米粒子重要探究领域。用表面活性剂合成的两相系统会引起微乳液或是胶束的形成,将金属离子从水相抽离到有机相,从而维持良好的微环境。表面活性剂的双重角色和硫醇与金纳米粒子的相互作用可以控制金纳米粒子或是纳米晶体的稳定和生长。聚合电解质也广泛用于金纳米粒子的合成。酸衍生的金纳米粒子的聚合电解质包覆剂己经通过带电的聚合电解质静电自组装 得到了。
金纳米颗粒
东南大学材料科学与工程 实验报告 学生姓名徐佳乐班级学号12011421 实验日期2014/9/11 批改教师 课程名称电子信息材料大型实验批改日期 实验名称金纳米颗粒的化学法制备报告成绩 一、实验目的 1.初步掌握金纳米颗粒的制备工艺。 2.了解金纳米颗粒的表面等离子共振效应。 二、实验原理 化学方法通常是在氯金酸的水溶液中加入还原剂，在保护剂的存在下制备金纳米颗粒。通常使用的还原剂主要有柠檬酸钠、草酸、胺、硼氢化钠、抗坏血酸、白磷等试剂，而通常使用的保护剂主要有PVP，带羧基、氨基或硫酸基的硫醇、硫酚、硫醚等试剂。用该种方法得到的金纳米颗粒性质都较为稳定，而且在保护剂的作用下具有较好的单分散性。 金纳米颗粒形成过程中，原料氯金酸中的金以三价金离子的形式存在，加入还原剂后，被还原成金原子。金原子的浓度迅速提高，达到饱和。 为了减低溶液中金原子的过饱和状态，便会迅速在成核位置形成核。形核过程中，刚开始存在一个诱导期，没有多少核产生，一段时间后开始线性陡增，然后增加速度减缓，最后核的数目达到最大值。核形成之后，被还 原的金原子附着在核上，从而长大形成稳定的金颗粒。 通常，金属的等离子振荡频率位于紫外区。在金属纳米颗粒的表面，也存在表面电子密度的类似振荡，称为定域表面等离激元，而且金属纳米颗粒的等离激元频率可移至可见光区域。当入射光的频率与表面等离子振荡的频率共振时，将出现表面等离子体共振吸收。对金纳米颗粒来说，在其紫外可见吸收光谱上可观察到金纳米粒子在某个波长范围内会出现特 定的吸收峰，并且该吸收峰的形状和位置随颗粒形貌和尺寸变化而有所不同。 三、实验内容及步骤 1.金纳米颗粒的制备： （1）玻璃仪器清洗。将实验所需使用的玻璃仪器用稀硝酸浸泡一夜，取出用清水反复冲洗，再用去离子水冲洗两遍，烘干备用。
血红蛋白在纳米金修饰电极上的电化学研究(1)
第20卷第7期2008年7月化学研究与应用 Che m ical Research and App licati on Vol .20,No .7 July,2008 收稿日期:2007208209;修回日期:2008203209 基金项目:国家自然科学基金项目(20375008,20475001)资助;广东省科技攻关项目(2004B33301024,2005B10301041,2006B12401011)资 助;广东省自然科学基金项目(06108856)资助 联系人简介:程发良(19672),男,教授,主要从事生物电化学研究。Email:chengfl@dgut .edu .cn 文章编号:100421656(2008)0720872204 血红蛋白在纳米金修饰电极上的电化学研究 张 敏1 ,程发良 13 ,蔡志泉2,姚海军 1 (1.东莞理工学院生物传感器研究中心,广东 东莞 523106) (2.东莞理工学院城市学院,广东 东莞 523106) 关键词:纳米金;牛血红蛋白;化学修饰电极 中图分类号:O65711 文献标识码:A 氧化还原蛋白在电极上的直接电化学研究不但能获得有关蛋白质和酶的热力学和动力学性质等重要信息,为开发新型生物传感器和生物反应器提供理论指导,而且对了解它们在生命体内的电子转移机理和生理作用机制具有重要意义。 血红蛋白(Hb )是以血红素为辅基的蛋白质,在生物体中的主要功能是运输O 2。由于它的三维结构已经确定,所以常常用作研究蛋白质的结构 与功能关系的模型物[1,2] 。HB 分子庞大,电活性中心血红素被四条肽链包围而不易暴露,且在常规电极上强烈吸附和变性,使得它在一般固体电 极上的电子传递困难,需要借助媒介体[3] 、促进剂[4]或特殊电极材料[5] 促进电化学反应。 金属纳米粒子由于具有与其颗粒大小相关的 特殊性质[6] ,如表面效应、体积效应、量子尺寸效应等,从而产生不同于相应块体材料的电学、光学、磁学和催化性能,逐渐为电分析化学领域广泛 关注[7] 。文献曾报道了纳米金用于测定儿茶酚[8]、去甲肾上腺素[9]、葡萄糖[10211]等物质。本文利用电化学沉积法制备了纳米金修饰电极,利用该修饰电极测定了血红蛋白,实验结果表明:纳米 金具有良好的生物共容性[12] ,且纳米金较大的比表面积增强了血红蛋白在电极表面的吸附,显著提高了血红蛋白的电化学响应,实现了血红蛋白的直接电化学。 1 实验部分 111 试剂和仪器 牛血红白蛋白(国产,储备液在4℃条件下保存);氯金酸(HAuCl 4?3H 2O );实验用缓冲溶液为012mol/L Na Ac -HAc,pH 值采用混合不同比例的Na Ac 和HAc 溶液调整;实验所需的其余试剂均为分析纯;实验用水为二次蒸馏水;所有实验均在室温下进行。 P ARST AT2273电化学综合测试系统;电化学实验采用三电极体系:工作电极为裸玻碳电极(GCE )或者纳米金修饰电极(NG/GCE ),参比电极为饱和甘汞电极,对电极为铂电极;赛多利斯电子天平BS124S (北京赛多利斯仪器有限公司);超声波清洗器(昆山市超声波仪器厂);电子pH 计H I 98101(北京哈纳科仪科技有限公司)。112 修饰电极的制备金溶胶的制备参照文献[13] 。将玻碳电极先用金相砂纸抛光,然后依次用110、013μm 的A l 2O 3在麂皮上抛光至镜面,再移入超声水浴中清洗,最后依次用1∶1乙醇、1∶1HNO 3和蒸馏水超声清洗。把经过预处理的玻碳电极,用氮气吹干,置于金溶胶中于+115V 下电沉积2h 即可,标记为NG/GCE ,置于NaHc -HAc 缓冲溶液中备用。113 实验方法 电化学实验均在50mL 电解池中进行,用上述三电极系统,测定电化学曲线。测试前需向溶液中通氮气20m in 以上,以除去溶液中的溶解氧。所有实验均在室温下进行(约25℃)。
3.7 金纳米粒子的合成方法
1 金纳米粒子的合成方法 1.1 物理法 物理法即采用高能消耗的方式将块体金细化成为纳米级小颗粒，主要包括块状固体粉碎法（又称为磨球法或机械研磨法）、气相法、电弧法、金属蒸汽溶剂化法、辐照分解和热分解等。辐照分解包括近红外辐照和紫外辐照。近红外辐照通过使硫醇包裹的纳米粒子的粒径变大，从而可以获得粒径较大的金纳米粒子；紫外辐照通过影响种子和胶束的协同作用，从而控制金纳米粒子的合成。另外，激光消融通过对温度、反应器位置、异丙醇用量、超声场等实验条件的控制，可以合成形貌，粒径不同的金纳米粒子。总之，金纳米粒子合成的关键在于同时精确地控制其尺寸和形貌。通过物理法制备的金纳米粒子虽然纯度较高，但其产量低下，设备成本极高。 1.2 化学法 化学法主要是以金盐为原料，利用还原反应生成金纳米粒子，在形成过程中通过控制粒子的生长从而控制其尺寸。化学法主要包括水相氧化还原法、相转移法（主要为Brust法）、晶种生长法（又称种金生长法）、模板法、反相胶束法、湿化学合成法、电化学法、光化学法。相对物理法而言，化学法制备金纳米粒子所得到的产物粒径均匀、稳定性高，并且易于控制形貌，是最为方便和经济的方法。 1.2.1 水相氧化还原法 水相氧化还原法合成金纳米粒子主要是指在含有Au3+的溶液中，利用适当的还原剂（例如鞣酸，柠檬酸等，还原剂的选择根据所要合成的金纳米粒子的粒径而定），将Au3+还原成零价，从而聚集成粒径为纳米级的金纳米粒子。常见的方法有ＡＡ还原法、白磷还原法、柠檬酸钠还原法和鞣酸－柠檬酸钠还原法。制备粒径在5～12nm的金纳米粒子，一般采用ＡＡ还原或白磷还原HAuCl4溶液；制备粒径在大于12nm的金纳米粒子，则采用柠檬酸钠还原HAuCl4溶液。柠檬酸钠法还原Au3+合成金纳米粒子是最早且应用最为广泛的方法。 1951年，Turkevitch首次报道了柠檬酸钠还原HAuCl4溶液的方法制备金纳米粒子，其粒径分布在20nm左右。基于此，Frens发现，通过控制柠檬酸钠和金的比率来控制金纳米粒子的形成，从而可以得到特定尺寸（粒径可以控制在16～147 nm）的金纳米粒子。经典的Frens法至今仍得到了广泛的使用，用于保护和稳定金纳米粒子的柠檬酸根与金纳米粒子的结合能力较弱，易于被其他稳定剂所取代，因此可用于分析DNA，从而扩大了金纳米粒子的应用领域。
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 mL 0.2M 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，5 mL 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。 3 GNRs制备：在生长溶液中加入0.012 mL种子溶液,搅拌2min后 28℃，静置3h，得到充分生长的GNRs。 在生长过程中纳米棒的纵横比可以通过改变晶种与金属盐的比例进行控制。在随后的研究中,通过调节溶液的 pH 也可改善纳米棒的合成。对于长的金纳米棒的制备，侧需使生长液中同时存在一定比例的CTAB 与 BDAC。另外通过控制 CTAB 浓度，也能进一步还原并获得高纵横比的金纳米棒。而 Danielle K. Smith等报道应用不同厂家生产的CTAB都会对金纳米棒的制备产生影响。一定范围内Ag+的加入量能控制金纳米棒的纵横比，提高金纳米棒的产率。这种方法设备要求低，制备过程简单，改变反应物浓度就可改变纵横比，使用最广泛。 2.1.2 模板法 模板法是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。模板法具有良好的可控制性：通过对模板尺寸的控制，可以制备出粒径分布范围窄、粒径可控、反应易于控制等贵金属纳米颗粒。 Martin等最早利用模板法制备金纳米棒，利用金纳米棒的生长空间受限的原理，来合成金纳米棒。van der Zande等发展了该方法，利用电化学沉积法将金沉积在纳米多孔聚碳酸酯或氧化铝模板内，先喷上少量的导电基底，再电沉积金，随后去除模板，加入PVP以保护和分散金纳米棒，具体的制备流程如图1所示。邵桂妮等利用HAuCl4以柠檬酸三钠为还原剂，利用在多孔氧化铝(AAO)模板中浸泡金溶胶，制备出一维金
葡萄糖氧化酶-金纳米粒子修饰电极灵敏检测葡萄糖浓度
葡萄糖氧化酶-金纳米粒子修饰电极灵敏检测葡萄糖浓度2016-06-19 12:24来源：内江洛伯尔材料科技有限公司作者：研发部 自组装法制备GOD/AuNPs/Chit-GP/GC 修饰电极过程示意图 近年来, 氧化还原酶与电极间的直接电子传输的相关研究引起了越来越多研究者的关注. 该领域的研究不但可以为深入探究生物体系复杂的电子传输机理提供良好的模型, 还可为新型的电化学生物传感器,生物燃料电池以及酶反应器等诸多方面的研究奠定基础. 然而, 由于酶的氧化还原中心往往深埋于其结构内部, 而且酶在裸电极表面容易因吸附而失活, 因此酶的活性中心与电极表面间的直接电子转移难以实现. 近期的研究发现, 选择合适的生物相容性材料和适宜的酶固载方法不仅可以有效保持酶的生物活性,还可较好地实现酶与电极间的直接电子传输. 由于其独特的结构和性质, 纳米材料尤其是碳基的纳米材料, 已被广泛应用到了酶的固载及新型生物传感器的构筑等方面. 例如, Sun等利用壳聚糖功能化石墨烯与葡萄糖氧化酶(GOD)间的自组装制备了GP-GOD玻碳(GC)修饰电极, 并利用其实现了对葡萄糖高效、灵敏的检测. Jiang等利用非共价修饰方法将壳聚糖修饰于单壁碳纳米管(SWNT)表面, 并进一步在复合物表面原位生长Au纳米粒子(GNPs), 从而制备了 SWNT-GNPs复合物. 利用该复合物与微过氧化物酶-11(MP-11)所构筑的 MP-11/SWNT-GNPs/Au修饰电极, 不仅可有效促进固载酶在电极表面的直接电子传输, 还可实现其对氧气的有效电催化. 作为一种新型碳基二维纳米材料,石墨烯由于具有较大的比表面积和良好的电子传输性等优点在电化学领域受到了广泛的关注. 研究表明, 利用石墨烯作为电极材料不仅可以促进氧化还原酶与电极间的直接电子转移, 还可以使所构筑的电化学生物传感器具有较好的性能. 例如, Zhao等将细胞色素c吸附到壳聚糖-石墨烯膜修饰的GC电极上成功构建了化学修饰电极. 该修饰电极不仅可实现细胞色素c与电极间的直接电子转移, 还可对NO表现出较好的电催化能力.然而, 由于石墨烯纳米片间存在强烈的范德华力及π-π相互作用, 致使其易发生团聚, 甚至堆叠成石墨, 从而使石墨烯丧失其特有的单片结构具有的独特性质, 也减少了其比表面积. 此外, 石墨烯表面的疏水性还阻碍了石墨烯与水溶性的氧化还原酶的进一步作用, 限制了石墨烯在生物传感器方面的应用. 因此, 制备兼具水溶性和生物相容性的石墨烯复合材料, 对其在氧化还原酶的固载及在第三代生物传感器构筑中的应用甚为重要.
对苯二酚在金_银纳米粒子修饰的玻碳电极上电化学响应的比较
Vol.27No.1安徽工业大学学报第27卷第1期January2010J.of Anhui University of Technology2010年1月 文章编号：1671-7872（2010）01-0027-03 对苯二酚在金、银纳米粒子修饰的玻碳 电极上电化学响应的比较 张超，董永平，俞飞，方林,张千峰 （安徽工业大学化学与化工学院分子工程与应用化学研究所，安徽马鞍山243002） 摘要：制备了柠檬酸钠保护的金和银纳米粒子，并用自组装法制备了金和银纳米粒子修饰的玻碳电极，在近中性的磷酸缓冲溶液中，比较研究对苯二酚在金和银纳米粒子修饰玻碳电极上的电化学响应情况。结果表明金和银纳米粒子均对对苯二酚的电氧化过程具有优越的电催化效果；与银纳米粒子修饰电极相比，金纳米粒子修饰电极表现出了良好的稳定性；对苯二酚在金纳米粒子修饰玻碳电极上的电化学反应是受扩散控制的。 关键词：金纳米粒子；银纳米粒子；纳米修饰电极；对苯二酚 中图分类号：O657.32文献标识码：A doi:10.3969/j.issn.1671-7872.2010.01.006 Comparison of Electrochemical Signals of Hydroquinone on Modified Glassy Carbon Electrodes with Gold and Silver Nanoparticles ZHANG Chao,DONG Yong-ping,YU Fei,FANG Lin,ZHANG Qian-feng (Institution of Molecular Engineering and Applied Chemistry,School of Chemistry and Chemical Engineering, Anhui University of Technology,Ma′anshan243002,China) Abstract:Gold and silver nanoparticles stabilized by citrate were prepared and self-assembled on a glassy carbon electrode.The electrochemical signals of hydroquinone on gold and silver nanoparticles modified glassy carbon electrodes were studied in neutral PBS solutions respectively.The results show that gold and silver nanoparticles exhibit excellent catalytic effects on electrochemical reactions of https://www.wendangku.net/doc/4819026808.html,pared with silver nanoparticles modified electrode,gold nanoparticles modified electrode show good stability.The electrochemical reactions of hydroquinone on gold nanoparticles modified glassy carbon electrode are controlled by diffusion process. Key words:gold nanoparticles;silver nanoparticles;nanoparticles modified electrode;hydroquinone 酚类物质的测定在生理学、医学和环境保护中都具有重要的意义，人们对此进行了大量的研究。对苯二酚可用作照相显影剂、阻聚剂、橡胶防老剂和食品抗氧化剂等，对环境造成一定污染，从其应用和防止污染两方面考虑，建立快速、方便且能准确测定其含量的方法十分必要[1-4]。近年来，以碳纳米管为材料制备的纳米修饰电极被广泛应用于灵敏检测酚类物质，但对苯二酚在以金、银、铂等贵金属纳米粒子为主体制备的纳米修饰电极上的电化学性质的研究工作开展得比较少[5]。因此，比较研究对苯二酚在金和银纳米粒子修饰的玻碳电极上的电化学行为，研究结果表明金和银纳米粒子对对苯二酚的电化学氧化还原过程具有良好的电催化效果，其中金纳米粒子修饰电极的稳定性和灵敏度都高于银纳米粒子修饰电极，这样的结论可望能用于对环境污染物中对苯二酚含量的检测。 收稿日期：2009-08-20 基金项目：教育部“新世纪优秀人才”支持计划(NCET-06-0556) 作者简介:张超(1983-),男，山东潍坊人，硕士生。