金纳米粒子的合成及应用

８　四川化工　第１４卷２０１１年第３期　

金纳米粒子的制备及袁征研究　

王静易中周李自静　

（红河学院理学院，云南蒙自，６６１１００）　

摘　要　

以氯金酸为原料，柠檬酸钠为保护剂，成功制备出金纳米粒子，并应用透射电镜和紫外一可见分　

光光度计对该实验样品进行了表征，结果表明此类纳米粒子尺寸均匀、呈球形单分散分布。　

关键词：纳米金制备表征　

１　引言　

金纳米粒子的制备已经报道了许许多多的方　

法，其中以柠檬酸盐做稳定剂和还原剂的化学合成　

是最为经典的。控制Ａｕ（ＩＩＩ）和柠檬酸盐的比例，　

ＦｒｅｎｓＥ　］获得了不同尺寸的单分散金纳米粒子，最小　

粒径为１２　ｎｍ。这一方法目前已经被广泛使用。由　

于柠檬酸盐稳定的Ａｕ纳米粒子无细胞毒性，在生　

物医学领域中具有广泛的应用。另一方面，人们为　

获得单分散或更小尺寸具有生物相容性的胶体金纳　

米粒子，使用壳聚糖、多巴胺、氨基酸、环糊精等做稳　

定剂和表面修饰的制备研究也有报道０　。此类报　

道主要是针对体系中的保护剂做改变，方法类似，但　

是所制备金纳米颗粒尺寸不是很均匀，分散性较差。　

采用柠檬酸钠水溶液体系制备Ａｕ纳米粒子，　

不用加入制备纳米金胶体时常用的高分子聚合物保　

护剂ＰＶＡ（聚乙烯醇）、ＰＶＰ（聚乙烯吡咯烷酮）等，　

并且柠檬酸钠对人体无毒副作用。在本研究中提出　

了一种简单的Ａｕ纳米粒子的化学制备方法。通过　

对胶体溶液ＵＶ－Ｖｉｓ吸收光谱和粒子的ＴＥＭ表　

征，获得了良好球形和单分散的金纳米粒子，并且尺　

寸比其他文献所报道的小，平均粒径只有７—８ｎｍ。　

同时对金纳米粒子成核机理进行了探讨。　

２　实验部分　２．１试剂与仪器　

ＨＡｕＣｌ　溶液；用王水溶解９９．９９　纯金制备；　

柠檬酸钠（分析纯，天津市化学试剂一厂）；水为石英　

蒸馏器蒸馏的二次水。　

仪器：Ｌａｍｂｄａ　９００　ＵＶ／ＶＩＳ／ＮＩＲ光谱仪（Ｐｅｒ—　

ｋｉｎ　Ｅｌｍｅｒ公司）；ＪＥＭ－２０００　ＥＸ透射电子显微镜。　

２．２　Ａｕ纳米粒子制备　

超小金纳米粒子及其合成方法

超小金纳米粒子是指直径通常小于3纳米的金纳米颗粒，具有独特的光学、电子、催化和生物活性等性质。

超小金纳米粒子（AuNPs）在纳米科技领域有着举足轻重的地位。由于它们的尺寸极小，甚至小于2纳米，这让它们拥有了与宏观尺度金材料截然不同的性质。这些纳米粒子在生物医学领域中尤其受到关注，因为它们可以作为传感器的信号放大剂或标记物，提高检测生物分子、细胞、病毒等的灵敏度和选择性。

关于超小金纳米粒子的合成方法，主要有硫锚定方法、两亲性嵌段聚合物包裹法、柠檬酸钠还原法和晶体种子生长法等。具体如下：

1. 硫锚定方法：通过Pt与碳基体中S原子之间的强烈化学相互作用来抑制纳米颗粒的烧结，从而在高温下形成平均尺寸小于5 nm的原子有序的纳米颗粒。

2. 两亲性嵌段聚合物包裹法：这种方法涉及使用两亲性嵌段聚合物作为外层包裹材料，金粒子位于中心。这种合成方法可以有效地控制纳米粒子的大小和稳定性。

3. 柠檬酸钠还原法：这是一种经典的合成金纳米粒子的方法，通过使用柠檬酸钠作为还原剂和稳定剂，可以在水溶液中制备不同粒径的纳米金。不过，这种方法通常用于制备粒径在100 nm以下的球状纳米金，对于更小的金纳米粒子则有一定的局限性。

4. 晶体种子生长法：通过使用较小的金胶体颗粒作为种子，可以控制合成出具有特定形状、尺寸、组成和结构的金纳米粒子。这种方法允许人们对金纳米粒子的生长进行精确的控制。

总的来说，超小金纳米粒子因其独特的物理化学性质而在多个领域展现出广泛的应用潜力，而合成这些纳米粒子的方法也在不断地发展和完善，以满足不同应用的需求。

5nm金纳米粒子的制备

化学还原法

化学还原法是一种常用的合成5nm金纳米粒子的方法，它涉及到使用还原剂（如柠檬酸钠或硼氢化钠）在金盐（如氯金酸）存在下还原金离子。通过调节还原剂和金盐的浓度以及反应温度，可以控制纳米粒子的尺寸和形状。

种子介导法

种子介导法是另一种制备5nm金纳米粒子的方法，它涉及到在预先存在的种子晶体的表面上生长额外的金原子。种子晶体通常是小且单分散的金纳米粒子，通过化学还原或热分解法制备。通过控制生长溶液中的金盐、还原剂和辅助剂的浓度，可以控制金纳米粒子的尺寸和形状。

电化学法

电化学法涉及到在电极表面电化学还原金离子来制备5nm金纳米粒子。可以通过调节电极电位、电解液组成和反应时间来控制纳米粒子的尺寸和形状。

激光消融法

激光消融法是一种使用激光脉冲轰击金靶材在水中制备5nm金纳米粒子的方法。激光脉冲的能量导致金靶材的蒸发和等离子体的形成，等离子体随后冷凝形成金纳米粒子。通过调节激光脉冲的能量、频率和靶材的特性，可以控制纳米粒子的尺寸和形状。

其他方法

除了上述主要方法外，还有其他方法可以制备5nm金纳米粒子，例如：

生物合成法：利用生物体（如细菌、真菌或植物）来还原金离子并形成金纳米粒子。

微波合成法：利用微波辐射来快速加热反应混合物，促进金纳米粒子的形成。

超声波合成法：利用超声波振动来促进金纳米粒子的形成。

表征

制备的金纳米粒子可以通过各种技术进行表征，包括：

紫外-可见光谱：确定纳米粒子的光学性质。

透射电子显微镜 (TEM)：观察纳米粒子的尺寸、形状和分布。

X 射线衍射 (XRD)：确定纳米粒子的晶体结构。

动态光散射 (DLS)：测量纳米粒子的粒径和多分散性。

通过对上述表征数据的分析，可以确定金纳米粒子的物理化学性质，并评估其在特定应用中的适用性。

干化学法 胶体金

胶体金是一种非常重要的纳米材料。它是由小至10纳米大小的金粒子组成的，具有独特的光学和光电性能，因此被广泛应用于生物医学、光电子学、催化等领域。本文将介绍一种使用干化学法制备胶体金的方法。

第一步，将氯金酸溶液与还原剂溶液混合。其中，氯金酸是含有Au3+离子的化合物，还原剂通常选择为维生素C、氨水等。混合后的溶液会呈现颜色变化，从黄色逐渐过渡到红色；这是由于金离子逐渐被还原为金原子，并组装成金纳米粒子。

第二步，通过电子显微镜和粒度分析仪观测金纳米粒子的粒径和形状。在实验条件下，最好要控制金纳米粒子的粒径在10至50纳米之间。同时，通过改变反应条件，如pH值、还原剂用量等，可以调控金纳米粒子的形状（如球形、椭球形等）。

第三步，通过添加稳定剂，如PEG（聚乙二醇）、CTAB（十二烷基三甲基溴化铵）等，稳定金纳米粒子。稳定剂可以形成保护层，防止金纳米粒子产生团聚，同时也可以改变胶体金对生物组织和细胞的相容性。值得注意的是，不同的稳定剂对金纳米粒子的性质和应用具有重要影响，因此在选择稳定剂时需根据具体应用来进行选择。

最后，在制备胶体金后，可以通过表征手段如吸收光谱、荧光光谱等对其进行表征。此外，还可以进一步功能化处理胶体金，如通过修饰表面结构、连接生物分子等方法赋予其特殊性能和功能，如药物传递、成像等。

综上所述，干化学法制备胶体金需要掌握一系列技术。通过控制反应条件、选择稳定剂等方法，可以制备出具有特定粒径和形状、稳定性和生物相容性的胶体金，为其在生物医学和其他领域的应用提供了一个有力的支撑。