金纳米棒表面修饰技术及其功能化的研究进展

2010年第29卷第3期CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS ·389·

化工进

展

金纳米棒表面修饰技术及其功能化的研究进展

杨玉东1，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 110870；2沈阳药科大学药学院，辽宁沈阳 110016）摘 要：各向异性的金纳米棒由于具有独特的光学性质、较好的生物适应性，在生物医学领域得到了日益广泛的应用。本文系统评述了金纳米棒的表面修饰技术及其功能化的研究进展，内容包括：①金纳米棒的无机材料修饰，表面活性剂修饰、有机小分子及有机大分子修饰、金属材料修饰及其功能化；②金纳米棒在生物标记与识别、生物成像、癌症诊断和光热治疗等领域中的应用。

关键词：金纳米棒；表面修饰；功能化；生物医学

中图分类号：TG 146.3+1 文献标识码：A 文章编号：1000–6613（2010）03–0389–08

Progress in surface modification and functionalization of gold nanorods

YANG Yudong1，XU Jinghua1，YANG Linmei1，P AN Weisan2

（1Shenyang University of Technology， Shenyang 110870，Liaoning，China；2Shenyang Pharmaceutical University，

Shenyang 110016，Liaoning，China）

Abstract：Anisotropic gold nanorods have been widely used in biomedical field due to their unique optical properties and excellent biocompatibility. This paper provides a systematic review on the surface modification and functionalization of gold nanorods including the modification with inorganics materials，surfactants，organic small molecules，organic macromolecules，metallic materials and their functionalization. Applications of gold nanorods in the fields of biorecognition，biological imaging，cancer diagnosis and photothermal therapy are also discussed.

Key words：gold nanorods；surface modification；functionalization；biomedical application

各向异性的金纳米棒（gold nanorods，NRs）具有可调的比率（长径比），同时又具有化学和光学上的各向异性[1]，其作为新一类的金纳米粒子已经引起了材料科学和生命科学领域工作者的巨大兴趣。在可见光区和近红外区，NRs具有横向和纵向表面等离子体共振峰（surface plasmon resonance，SPR）[2－3]。在近红外区，等离子体表面的纵向吸收峰可实现人为调控[4－6]，并出现对光的强吸收、更高荧光效率和更强的散射光，同时对周围介质的电容率十分敏感[7]。

金纳米棒还是一种生物适应性较好的纳米材料，通过静电吸附或巯基修饰位点进行共价耦合，金纳米棒表面容易被抗体、寡核苷酸、生物素、蛋白A、外源凝集素、酶等关键探针分子功能化，这种生物分子纳米粒子杂化体系对于生物传感、靶向药物及基因运送、光热治疗和生物材料成像而言，都是基础的构建元[8－9]。综上所述，金纳米棒在电学、光学、生物纳米材料杂化、生物化学传感和成像、药物传送以及纳米材料组装[10－11]等方面有着潜在的应用价值，成为近年来纳米材料领域里的研究热点。

在生物化学和医学领域的应用中，包含NRs的各种纳米粒子需要具有生物相容性和胶体稳定性。一方面，在NRs制备方法中，十六甲基溴化铵（cetyltrimethyl ammonium bromide，CTAB）不仅是支持电解质，而且还是NRs的稳定剂和保护剂，得到的NRs表面都吸附CTAB涂层[12]；另一方面，

收稿日期：2009-11-13；修改稿日期：2009-12-08。

第一作者简介：杨玉东（1964—），男，博士，副教授，从事生物医

用纳米材料的研究。E-mail songzx07@https://www.sodocs.net/doc/5415681022.html,。联系人：潘卫三，教授，博士生导师。E-mail ppwwss@https://www.sodocs.net/doc/5415681022.html,。

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NRs溶液中的CTAB具有高毒性，会干扰生物过程，阻碍NRs与生物分子的偶联[13]。为了改进NRs的生物相容性，如何消除CTAB 的影响，实现生物修饰是NRs颗粒在涉及生物体系应用中需要解决的关键问题。本文重点论述NRs的表面修饰、功能化及其在生物医学领域中的应用，并展望了它的发展趋势和应用前景。

NRs的表面修饰有两种途径：一种是表面修饰材料与粒子表面依靠化学键结合，这通常是指一些小分子化合物；另外则是用有机或无机材料直接包裹NRs，主要包括表面活性剂、高分子材料、DNA 生物分子及二氧化硅等。

1无机材料修饰技术及功能化

无机材料通常是四氧化三铁和二氧化硅等，包裹后的复合粒子通常是处于中心的NRs和外层的无机材料层，它们不但可以阻止粒子发生团聚，而且外层的包裹层可结合各种各样的生物化学配体到复合粒子的表面上。

二氧化硅具有高度良好的生物相容性、亲水性以及非常好的化学稳定性和胶体稳定性，并且易于进行表面生物修饰，因此用二氧化硅来包覆NRs构建核-壳结构（NRs@SiO2）将提供一种解决CTAB 的毒性和难于生物修饰问题的有效方法。包裹二氧化硅后得到的复合粒子已经在生物检测、生物识别领域得到了广泛的应用。Liz-Marzan 等[14]利用层层自组装（layer-by-layer assembly，LBL）的方法，通过静电作用，在CTAB 稳定的金纳米棒外层依次吸附上聚苯乙烯磺酸钠（PSS）、聚烯丙胺盐酸盐（PAH）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）等聚电解质分子，通过选择合适分子量的聚电解质来调节金纳米棒颗粒的Zeta 电位，使金纳米棒颗粒表面带上弱电性，然后通过氨水催化水解正硅酸乙酯（TEOS），制备二氧化硅层，得到NRs@SiO2复合纳米颗粒，通过改变TEOS 的量和反应时间可以调节二氧化硅层厚度。

最近，Wang等 [15]利用聚乙烯吡咯烷酮保护的金纳米棒固定到氨基化的二氧化硅纳米颗粒表面，然后在金纳米棒表面组装拉曼信号分子，再包覆了一层二氧化硅，制备出具有拉曼信号增强作用的复合颗粒（SiO2@NRs@ATP@SiO2）。复合颗粒具有保护拉曼信号分子免受环境干扰和增强拉曼信号的多重作用。这一复合颗粒用于表面增强拉曼散射（surface-enhanced Raman scattering，SERS）检测h-IgG，实现了蛋白分子的高灵敏检测。Wang等[16]利用在金纳米棒表面包裹一层SiO2得到了NRs@SiO2复合颗粒膜，并将NRs@SiO2固定到聚（4-乙烯吡啶）（PVP）修饰的玻璃基片上，然后用（3-氨基丙基）三甲基硅烷（APTMS）和戊二醛（GA）对基片分别进行氨基化和醛基化处理，再固定抗体（anti-h-IgG），通过检测抗原（h-IgG）特异性吸附引起基片上NRs@SiO2复合颗粒的纵向表面等离子体共振（localized surface plasmon resonance，LSPR）峰的变化，可以实现h-IgG的快速比色检测。

2 表面活性剂修饰技术及功能化

表面活性剂能够依靠化学结合或物理吸附等方法在NRs表面形成单层或双层结构。带有功能团的表面活性剂可以绑定在NRs的表面，从而改变NRs的表面性质。适合用作包裹的表面活性剂有：氯仿、牛血清白蛋白（BSA）、聚乙二醇等。

Niidome 等[17]利用含有磷脂酰胆碱的氯仿（phosphatidylcholine，PC）溶液提取CTAB稳定的NRs颗粒中的CTAB，利用PC部分替换CTAB，成功地制备了具有低细胞毒性的PC钝化纳米棒（PC-NRs）。经过多次提取之后，NRs颗粒的Zeta 电位明显降低（由+67 mV降到+15 mV），说明NRs 颗粒表面的大部分CTAB分子被PC取代，而且PC 和CTAB 稳定的NRs颗粒可以保持两周以上的稳定存在，其光学性质保持不变。PC-NRs被预测将会成为一种具有潜力的生物材料。但是，为了基因传递要想获得功能性的NRs，就需要进一步改性，因为在生化条件下，要想保持（PC-NRs）的良好分散性而没有聚集是很困难的。使用聚乙二醇进行的表面改性是一种常见的方法。Tkachenko等[18]曾报道说，在生化条件下，利用牛血清白蛋白对稳定纳米粒子是有效的。通过静电相互作用，BSA改性可以提供简单的生化稳定性。

Hafner等[19]用巯基化的聚乙二醇（mPEG-SH）来部分置换NRs表面的CTAB，得到了mPEG-SH 和CTAB 稳定的NRs，并利用抗体修饰NRs颗粒。此方法虽然可以在一定程度上降低CTAB 的生物毒性并且可以实现生物分子的表面修饰，但是生物分子的偶联程序复杂、耗时且成本昂贵。因此寻找能够降低CTAB 生物毒性并且易于生物修饰的简便、经济的方法，仍然有很多工作要做。

2008年，美国麻省理工学院Schifferli研究小组[20]证实了CTAB可以被一种更有用的分子-硫醇

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（thiol）所取代，这种分子与纳米棒的结合更紧密。此外，DNA等分子也很容易附在硫醇的末端。这一研究结果为NRs在生物医学领域中的广泛应用开辟一条新路。

3 有机小分子化合物修饰技术及功能化

许多小分子化合物都能与NRs表面形成牢固的化学键，如巯基化合物、己二酸等。它们与NRs 结合后形成具有良好生物相容性的金纳米棒∕有机小分子复合物，在NRs之间形成相互排斥力，从而使NRs具有稳定的分散性。通过小分子表面改性后的NRs再经化学或生物等方法功能化后，可以被广泛应用于生物分离、蛋白质检测和医学成像等生物医学领域。

巯基化合物是NRs的强配体，对NRs有强的钝化作用。近些年来，人们已经尝试了利用各种含有巯基的化合物作为配体合成NRs，巯基化合物作为配体，可以通过调节其分子结构和烷基链长来调控NRs稳定性和亲疏水性。由于巯基化合物的巯基官能团与NRs有很强的相互作用，因此巯基化合物配体保护的NRs在多数环境和条件下都具有很好的稳定性，这对于NRs在生物医学领域中的应用是至关重要的。

Irudayaraj等[21]利用11-巯基十一酸（11- mercaptoundecanoic acid，MUA）修饰3种不同比率（AR=2.1、4.5、6.5）的CTAB分子稳定的NRs 的{111}晶面，进而偶联3种不同的抗体分子[羊抗人IgG Fab、兔抗鼠IgG Fab、兔抗羊IgG（H+L）]。通过检测由于免疫识别作用诱导的NRs的LSPR产生的红移，实现3种目标分子 [human IgG1 Fab、mouse IgG1 Fab、sheep IgG（H+L）]的检测。此方法实现了多靶标的同时检测，在NRs表面修饰和检测的过程中，NRs始终分散在5 mmol PL的CTAB 溶液中，NRs的稳定性大大提高了。这种使用不同比率金纳米棒的检测方法将提供一个多元光学检测的平台，并在免疫检测和疾病治疗方面有广泛和潜在的应用。Chilkoti 等[22]利用NRs制备的颗粒膜用于蛋白分子的检测。他们将CTAB分子稳定的NRs 颗粒固定到巯基修饰的玻璃基片上，然后用三乙氧基巯醇（EG3SH）和巯基十六酸（MHA）修饰基片并生物素化，得到可以用于检测链霉亲和素（streptavidin）的蛋白传感器。该方法在磷酸缓冲液中的蛋白检出限为94 pmol/L，在血清（serum）中的检出限为19 nmol/L。

Murphy等[23]把正电荷CTAB保护的NRs组装到负电荷巯基己酸修饰的玻璃片上，NRs的沉积密度也可以调控。Murphy等[24]还发现当把己二酸加入正电荷CTAB稳定的NRs溶液中，pH值低于己二酸p K a值时（如pH = 3），NRs没有聚集，而当pH = 7～8，NRs以侧面到侧面的方式组装。这是由于己二酸脱质子化作用呈负电荷，在正电荷CTAB 稳定的NRs之间起到一个桥梁的作用，并提高了NRs在溶液中的稳定性，在生物检测领域有巨大应用潜力。

4 有机高分子材料修饰技术及功能化

生物相容性有机高分子材料被广泛用作纳米粒子的稳定剂，这些生物相容性高分子可分为合成高分子和天然生物大分子两大类。典型的合成聚合物有聚甲基丙烯酸、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚乳酸、热敏性聚合物、聚N-异丙基丙烯酰胺以及它们的共聚物等。常用的天然生物大分子包括氨基酸类聚合物（如白明胶、多肽和蛋白质等）和多糖类聚合物（如葡聚糖、壳聚糖和藻酸盐等）。通过原位法（在合成金纳米棒过程中用聚合物包覆）和合成后包覆法（金纳米棒形成后将聚合物嫁接到其表面）进行表面修饰。4.1合成聚合物修饰技术及功能化

聚合物也能够依靠化学结合或物理吸附等方法在NRs表面形成单层或双层结构。Durr等 [25]应用抗体与抗原之间的特异性识别作用，使用聚苯乙烯磺酸钠和抗体（anti-EFGR）来修饰CTAB 稳定的NRs制备生物探针。随后用抗体修饰的NRs颗粒与EFGR过度表达的癌细胞发生特异性识别而标记癌细胞，利用NRs的光学特性进行了癌细胞的双光子发光成像研究工作，结果表明利用NRs的双光子发光成像可以深入生物组织75 μm。在同等情况下，与双光子自荧光成像相比，成像亮度高3倍。

Wei等[26]在金纳米棒表面修饰温敏聚合物N-异丙基丙烯酰胺外壳，使该功能化金纳米棒装载亲水性药物-盐酸去甲万古霉素以及无机银离子。实验结果表明，这种光热响应的功能化金纳米棒具有一定的载药能力和近红外光诱导药物释放行为，显示了作为新一代智能响应药物传输体系的潜能。

由Decher[27]描述的层-层技术通过静电相互作用可以使大量的各种功能材料的沉积控制到

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纳米尺度。此前，Gole等[28]曾报道说这项技术对改变NRs的表面性质是有用的。在这篇报道中，层层技术被应用于使用BSA和聚乙烯亚胺（polyethyleneimine，PEI）对PC-NRs进行改进，这种PC-NRs的表面改性将其胶体稳定性转移给培养细胞并且可以使用来自PC-NRs的散射光使细胞成像。Niidome等[29]使用层层自组装技术通过牛血清白蛋白（BSA）和聚乙烯亚胺对金纳米棒（PC-NRs）进行修饰。从吸收光谱和Zeta电位测量中明显地显示出：NRs没有聚集在一起而是被这些聚合物包覆住。通过吸收光谱证实：在生化条件下用牛血清白蛋白改性的NRs表面（BSA-NRs）分布非常均匀，没有聚集现象。进一步使用PEI改性后，金纳米棒（PEI-NRs）呈现正电性。PEI-PCNRs的TEM图像显示表面改性并不影响改变原始NRs的形状。此外，PEI-NRs仍保留BSA-NRs在生化条件下的胶体稳定性。他们还对PEI-NRs与HeLa细胞的转染行为进行了评价，利用金纳米棒的散射光可以得到金纳米棒的细胞摄取中的细胞图像。

4.2天然生物分子修饰技术及功能化

利用生物分子修饰NRs，一方面可以利用生物分子的识别特性有效地控制NRs的制备和表面性能；另一方面NRs可以作为光电探针，为生物分子检测和研究生物体系结构与功能提供新的手段。4.2.1 多糖类聚合物

唐芳琼等[30]采用壳聚糖修饰NRs，得到金纳米棒-壳聚糖复合膜用以固定葡萄糖氧化酶构建电流型葡萄糖生物传感器。实验结果表明，金纳米棒-壳聚糖复合膜可以辅助电子传递，提高电极的电流响应，并使生物传感器的使用温度范围有很大的扩展。此传感器表现出对葡萄糖溶液浓度的优良响应。本方法为构建微型葡萄糖酶生物传感器提供了可供参考的依据，可望用于生物检测领域。

4.2.2 氨基酸、肽分子

氨基酸和肽作为生物体内构成蛋白质的基本结构单元，近年来已经用于NRs的制备、表面修饰和组装研究中。氨基酸分子具有活性氨基和羧基及多变的侧链基团，在生物体内或生物体外都具有经肽键共价连接形成多肽和蛋白质的能力。从原理上讲，如果将纳米晶连接在氨基酸的侧链上，利用肽键的缩合过程就可以将粒子连接起来。如：Thomas 研究组[31]利用NRs的{111}晶面与半胱氨酸（cysteine）或谷胱甘肽（glutathione）结合，通过改变溶液pH值，进而改变氨基酸的带电性质，使氨基酸修饰的NRs以端点到端点的方式形成NRs 链，由NRs聚合前后溶液近红外附近的LSPR的变化，可实现半胱氨酸和谷胱甘肽在微摩尔量级上的选择性检测。El-Sayed 等[32]报道利用寡肽标记的金纳米棒进行细胞核标记，在暗场光学显微镜下，可以清楚地把癌细胞与正常细胞区分开，并且使用800 nm的激光照射可以选择性地杀死癌细胞。

4.2.3 DNA分子

DNA分子是由两个脱氧核苷酸间通过互补碱基形成碱基对组合而成，这种碱基配对原则具有高度严密的选择性和识别性，将其应用于纳米材料的组装中具有很多优点：可以对DNA进行任意剪裁、添加而得到各种长度的分子；分子间的选择性和识别性是高度可控的，并且是可逆的。目前应用DNA 组装纳米微粒的研究受到了人们的高度重视。利用寡聚DNA作为配体修饰NRs表面，利用DNA碱基的特异性配对能力，在DNA检测和构筑纳米结构方面具有独特的优越性。

Luong等[33]将巯基修饰的单链DNA探针标记到长NRs上，DNA探针分子与靶物分子杂交引起NRs的三维组装，发现相当长的NRs（比率大于13），用690 nm激发，有两个特征荧光发射带：743 nm 有较强的荧光发射峰，793 nm有相对较弱的荧光峰。根据光致发光的理论计算，这两个荧光峰分别由横向和纵向等离子共振产生。并且大比率的NRs 比短的NRs荧光效率更高，可以用标记DNA分子的长比率的NRs通过溶液中荧光强度变化来观察NRs上DNA探针分子与目标DNA分子的杂交情况，进而实现对DNA杂交的检测。

由于DNA 具有特异性识别能力使得它可以作为连接分子将NRs组装成2D或3D的有序纳米结构组装体，目前普遍使用的是端基巯基修饰，通过NRs与巯基的配位作用将低聚核苷酸分子结合到NRs上，再通过低聚核苷酸与作为模板的分子的碱基配对而完成NRs的修饰与组装；或者将两份NRs 分别包敷上含有互补碱基序列的低聚核苷酸，然后将它们混合，则可得到2D或3D的NRs组装体系。由于具有更完善和严密的分子识别功能，在生物医学中具有巨大的应用潜力。Mann 等[34]构建了NRs 与巯基修饰的DNA分子共价结合的共轭体。分别在二元和三元DNA杂交体系中构建NRs的组装体并通过等离子吸收带的变化实现了对互补靶物DNA序列的识别。

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Huang等[35]以表面带正电的NRs作为基因传感探针，利用其等离子共振光散射信号，成功检测了来自HIV-1 U5长末端重复序列（LTR）的21个碱基的特征寡核苷酸序列与其互补的探针序列的杂交过程。该方法无需对探针DNA、靶物DNA或NRs 自身进行复杂的标记或修饰过程，只需将探针DNA 和NRs以及缓冲盐溶液进行简单的混合，再加入靶物DNA。杂交过程能导致DNA的电负性增强并且形成刚性结构，有利于DNA在NRs的径向部分与NRs发生静电作用，导致NRs聚集，5 min以内溶液颜色从红色变为淡紫色，即可实现杂交的可视化检测。同时NRs的聚集还会产生强烈增强的等离子共振光散射信号，利用光散射信号可进行精确定量分析。该研究利用NRs作为疾病相关特征DNA序列的传感平台，进一步为疾病诊断朝着简单、快速、准确方面的发展提供了新的思路。

Lee等[36]将双链核苷酸偶联至金纳米棒上，构建了一个吸收近红外光的对基因干预和远程控制释放的光学开关——oligonucleotides on a nano- plasmonic carrier-based optical swith（ONCOS）。通过近红外光照射活化ONCOS开关，释放出的DNA单链与目标mRNA结合，在RNaseH 酶作用下，阻止了相应蛋白质的翻译，从而实现远程控制基因干预的过程。这种基因干预的新技术能够实现空间和时间上的控制，这是传统基因干预技术所不能做到的。

Wijaya 等[37]用两种不同长度的金纳米棒负载两种不同的 DNA，选择合适波长的激光照射金纳米棒选择性释放相应的 DNA 链，通过调节激光使得DNA的释放率达到50%～80%，释放的DNA仍有其原有的功能，这为多种药物运输提供了一种新思路。

4.2.4 生物素-亲和素

生物素（biotin）-亲和素（avidin）体系是一种理想的分子识别模型。生物素是体内存在的一种维生素，亲和素相对分子质量约67000，由4条相同的肽链构成，每条肽链包含128个氨基酸亚基，亚基之间通过二硫键连接。每个亲和素能结合4个生物素分子，二者之间的亲和力极强，亲和常数（K）可达1015 L/mol，仅比共价键低一个数量级，识别作用快，并可以在较宽的pH值和温度范围内稳定存在。Murphy等 [38]报道了在NRs表面修饰链霉亲和素（streptavidin，STV）诱导NRs首尾连接的方法。他们首先合成CTAB保护的比率为18的NRs，然后用生物素功能化，向生物素修饰的NRs溶液中加入一定量的链霉亲和素，由于链霉亲和素和生物素能特异性识别，因此使NRs首尾相连，形成3D 结构，其相连处的距离是4～5 nm，这和一个链霉亲和素分子的尺寸相对应（约4.5 nm×4.5 nm×5.8 nm）。这种结构在生物识别领域存在巨大应用潜力。

Greg等[39]将单个金纳米棒与生物素耦合，利用生物素对亲和素体系的分子识别作用，构建了可实时检测链霉亲和素的单个NRs-biotin生物传感器。用暗场显微系统通过跟踪局部表面等离子体共振散射光谱显示的波长变化来完成检测。检测的最低链霉亲和素浓度是1 nmol/L，比早先公布的链霉亲和素结合的检测限低1000倍，利用生物素化的单个NRs-biotin纳米结构是一个主要因素。

Frasch等[40]则通过3′,5′两端生物素修饰的DNA单链将已经固载的F1-ATP酶（腺苷三磷酸酶）和被抗生物素蛋白功能化修饰的NRs连接起来构成新型的生物传感纳米器件用于检测单个特定序列的靶物DNA分子。与溶液中的靶物DNA杂交之后，DNA双链会在NRs和F1-ATP酶之间形成刚性的桥梁，此时如果再加入ATP，通过DNA与F1-ATP 酶桥连的NRs就会由于F1-ATP酶的旋转机理而发生旋转。而纳米器件的这种旋转会发出显微镜可以检测到的红色脉冲信号，从而与非特异性吸附的NRs区分，检测靶物DNA可以达到zeptomole（10-21 mol）的灵敏限（600个分子），并且能很好地区分单核苷酸多肽性，增加捕获探针的数量和配基位点，还可以同时进行多个错配碱基的识别。这种检测平台远远超越了传统的PCR技术的检测限，增加了低靶物浓度DNA检测的速度、灵敏度、特异性以及简单性。他们正在进一步将其发展为一种更加快速、便携、简单的DNA检测仪，极大提高了点突变生物传感在临床和生物防御方面的应用。

4.2.5 抗原-抗体

许多癌细胞（脑癌、肺癌、前列腺癌和乳腺癌）的表面都覆盖着一种特殊蛋白质，这种蛋白质被称为表皮生长因子受体（EFGR），EFGR为癌症提供治疗新靶点，探明这种蛋白质是癌症诊断的关键。抗原是一种能引起机体抵抗反应的分子，而与之相对的，机体中可以识别并抵抗抗原的分子就是抗体。与生物素-亲和素相似，抗原和抗体之间的识别能力较强，并且具有高度选择的专一性。它们之间的识别作用也可应用于纳米材料的组装中。将抗原分子偶联在金纳米棒表面，利用抗原-抗体的识别作用，制备金纳米棒生物探针，用于癌症的诊断和光热治

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疗领域。

Tan等[41]描述用抗体-抗原分子识别体系设计形成NRs的线性组装。首先通过金硫键使硫辛酸固定到NRs的端部，使NRs的端部带有羧基功能团，然后通过共价键把带有氨基的抗鼠IgG固定在NRs 端部上 [{111}面]，抗鼠IgG修饰的NRs通过抗鼠IgG和鼠IgG生物识别可以形成NRs的线性组装，并可以控制其组装长度。通过精细的实验条件调控（如控制加入鼠IgG的量），NRs可以组装成棒链，长度可达3 mm，这种组装结构可望用于纳米器件用于生物医学检测领域。

最近 Wang 等[42]报道了在NRs上生物偶联EFGR抗体用作生物探针，用两种不同比率的NRs 生物探针在体外达到了对两个目标癌症细胞同时检测和激光热治疗的目的。

El-Sayed等[43]也采用近红外脉冲激光进行“光-热”治疗的研究。他们将适宜比率的NRs预先共轭结合到anti-EFGR单克隆的抗体上，随后在细胞培养基中与良性的表皮细胞和恶性口腔细胞孵化，共轭anti- EFGR抗体的NRs以较高的亲和力特异地键合到恶性细胞表面上。于是，NRs强烈散射的红光在暗场显微镜能够清晰可见，从而自良性细胞中诊断出恶性细胞。他们利用表面增强拉曼技术发展了一种新的癌细胞诊断标记方法。结合了抗体的NRs能在癌细胞上进行均匀组装和排列，产生很强的表面等离子场，从而作为表面增强拉曼散射的良好基底，附近的分子就会发出强烈增强的拉曼光谱，这种光谱具有强烈、灵敏、偏振等特点，而正常细胞样品中由于NRs随意分布，所以无法产生这种强烈的表面增强拉曼信号。这种表面增强拉曼散射信号就可以作为癌细胞的诊断信号。另外，NRs 的LSPR可以调节到近红外区域，NRs将吸收的光能转化为热能，使局域范围内的温度升高，以杀死肿瘤细胞。与球形金纳米颗粒相比，能更高效地将光能转化为热能，这种对癌细胞的选择性破坏，和良性细胞相比，杀死癌细胞只需一半的激光能量，而且不损害良性细胞。这种优势在低传导率的介质中尤其明显。而这种局部热效应和细胞伤亡之间的关系被广泛研究并应用于癌细胞的光热治疗。

Tong等[44]利用叶酸/寡核苷酸配体共轭的NRs 被引入靶KB癌细胞和孵化后，采用近红外脉冲激光进行“光-热”治疗的研究。研究发现，NRs停留在癌细胞膜上面时，激光照射后变得极热，使周围分子电离，产生能持续数微秒的血浆起泡，即气穴现象，使NRs附近产生洞穴。这种洞穴使大量Ca2+容易流入细胞内，激发酶的活性，使细胞内部的基本结构松散从而使细胞质膜产生水泡，分解细胞质膜并最终导致细胞死亡。这说明NRs导致细胞死亡的原因不仅包括局部高热还包括NRs诱导的生物化学过程。

免疫分析（immunoassay）是利用抗原抗体的特异性反应进行定性和定量的分析技术，是蛋白质研究的重要内容。而利用抗原抗体的特异性反应引起金纳米棒组装或仍然保持其分散状态，进而采用动态光散射技术[45]、局部表面等离子共振、表面增强拉曼技术等对抗原进行定量测定的分析方法，方法简单、灵敏，已经引起了人们的广泛关注，使NRs 在免疫分析中得到了较好的应用，并取得了令人满意的效果。最近，Liu等[45]结合金纳米颗粒散射横截面积（cross section）较大的特点和动态光散射技术灵敏度高的特点，发展了一种一步溶液免疫分析法。将结合了抗体对的金纳米棒和金纳米球与抗原混合，随着抗原浓度增加，可以产生二聚体，低聚体和多聚体，聚集体和单体的相对大小可以通过动态光散射技术进行定量测定，这种线性关系构成了溶液中免疫分析的基础。方法简单，样品用量非常少（只需要3.3 μL），可以检测低至0.1 ng/mL前列腺特异性抗原。

随着细菌对抗生素的抗药性的普遍流行，迫切要求发展一种新的方法来处理细菌性病原体。采用NRs技术能选择性靶标和破坏细菌性病原体。Norman等[46]采用共价偶联了一抗的NRs选择性的光热破坏致病性的革兰氏阴性细菌铜绿假单胞菌（pseudomonas aeruginosa）。研究发现，通过静电作用和共价偶联都可以将NRs与抗体结合进而靶标细菌，但是在生理条件下，共价耦合体系更加稳定。将NRs吸附在细菌表面，再进行近红外照射，可以显著破坏细菌细胞的生存能力。Toxoplasma gondii是造成弓形体病的寄生虫，尽管大多数感染病人没有明显症状，但是对哺乳期妇女或AIDS病人等免疫系统较差的人群会造成严重的健康问题。Cortie等[47]将NRs结合抗刚地弓形虫抗体，选择性靶标到一种弓形虫寄生虫感染形态细胞外速殖子上，随后进行红外激光照射，85%以上结合了NRs 的靶标细胞被杀死。与传统的药物处理这种寄生虫相比较，这种方法更加安全有效。这为处理寄生原生动物提供了一种新的治疗思路。

Junxue等[48]利用金/硅异质纳米棒表面与染色

第3期杨玉东等：金钠米棒表面修饰技术及其功能化的研究进展·395·

分子偶联，构建了基于沙氏门菌监测的金/硅异质纳米棒的生物传感器，通过双折射薄膜界面的方法构造的硅/金异质结构的纳米棒阵列对抗沙氏门菌抗体和组织染色分子是非常有效的。由于硅质纳米棒有大的比率，使得附着于硅纳米棒上的染色分子对探测、捕获沙门氏菌具有更强的荧光着色性。这种生物功能的异质纳米棒探测方法在食品安全业及生物医学诊断方面具有巨大的潜力。

5 金属材料修饰技术及功能化

金属材料包括银、铂等贵金属、金纳米棒本身是很好的模板，可用于组装其它的功能分子，得到多功能复合材料。

杨培东等[49]用电化学方法合成的金纳米棒为晶种，通过调控生长溶液中还原剂抗坏血酸的量以及pH值来控制抗坏血酸的还原能力，分别在NRs外又生成薄的金、银和钯层。这种复合的双金属结构能作为好的表面增强拉曼光谱的基底，用于化学和生物分子的传感。Wu等[50]首次合成出一种特殊结构的金纳米棒，即长方体钯/金双金属纳米棒，他们首次观察到了钯壳层在金棒{110}和{100}面的竞争生长。这种竞争生长导致了{110}面的消失，从而得到了长方体钯/金双金属纳米棒，这是首次从实验上证明了{110}和{100}面的不同反应活性，提供了钯壳层在金纳米棒{110}和{100}面竞争生长的证据。此外，该结构的双金属纳米棒使钯的表面等离子体共振峰从难以利用的紫外光谱区推移到可见光谱区且其具体位置可以根据钯壳层的厚度和预先选择的内置金核的长径比来调整，为在可见光谱区利用钯的性质开启方便之门。Guyot-Sionnest及其同事[51]制备出了光学性能可以精确控制的纳米颗粒，并将其用做光学电路的开关。研究人员制备出涂有硒化银或硫化银的金纳米棒，通过化学还原的方法将银镀到金表面，然后在硒化物和硫化物中进行氧化。金纳米棒便可以在 600 nm（可见光附近）到2000 nm（红外线）之间产生共振，通过改变银的硫化物涂层的厚度能够改变颗粒的共振频率，从而使颗粒具有开关性能。Chang 等 [52]在碱性条件下（pH值8.0～10.0），以金纳米棒为晶种合成了金银核壳复合材料。通过控制溶液中不同的pH值，使不同量的银选择性地沉积到金纳米棒的{111}面，从而得到不同形状的金银核壳结构的纳米材料。最近，Chang等[53]又将此方法扩展到合成金、银和汞3种金属的复合结构，这种复合结构的尺寸和大小可以通过调控汞离子的量来精细控制。6 结语

随着纳米技术的迅速发展，NRs已经在生物分离、DNA检测、荧光探针、生物成像和光热治疗、靶向药物传输等许多领域展现了良好的应用前景，但仍然面临许多亟待解决的问题。深入探索NRs的制备机理，进一步优化制备手段，提高所制备粒子的性能，设计具有灵敏性、多功能化的NRs，将会是一个漫长和艰辛的历程，需要多领域的科学家协作解决。

研发低毒性、生物相容性好、适合生物医学领域运用的NRs的合成方法，构建具有荧光特性、生物识别特性、靶向性和光热敏感特性等多功能的NRs复合粒子，应用于生物医学领域的NRs探针，用于DNA检测、生物识别、荧光成像和癌症的诊断和光热治疗等将成为未来几年NRs研究的热点和方向。

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金纳米棒的制备简史(四)——晶种法

金纳米棒的制备简史(四)——晶种法 2016-04-13 12:44来源：内江洛伯尔材料科技有限公司作者：研发部 晶种法制备可控长径比金纳米棒 晶种生长法是目前制备金纳米棒最成熟的方法．Murphy小组在柠檬酸盐保护的情况下，用硼氢化钠还原氯金酸溶液，得到直径3.5 nm的球形金纳米粒子，然后精细调控生长条件，如最优化C16TAB(十六烷基三甲基溴化铵)和抗坏血酸的浓度，通过两步或三步晶种法制得了高长径比的金纳米棒，棒的产率大约为4%．随后，他们改进了这一方法，仅仅调节反应的pH值，就使高长径比金纳米棒的产率提高到90%．El-Sayed小组进一步改进了这种方法．他们用CTAB代替柠檬酸盐封端的金纳米粒子作晶种，克服了先前方法的一些缺点和限制(如形成非棒状，φ形纳米粒子以及大量的球形粒子)．此外，在单组份表面活性剂体系中，通过调节生长溶液中银量即可得到长径比在1.5-4.5之间的金纳米棒．为获得长径比为4.6-10的金纳米棒，则需要N-十六烷基-N，N-二甲基苄基氯化铵(BDAC)和CTAB混合使用．在Murphy小组和EI-Sayed小组工作的基础上，人们又进行了一些改进和调整．主要集中在各种参数的变化，如晶种陈化时间，晶种浓度或生长溶液中金离子量与晶种的比例，温度，不同性质的表面活性剂等． Michael等用硝酸代替硝酸银，得到的金纳米棒尺寸均一，直径19-20nm，长度400-500nm，平均长径比21-23．他们认为，与硝酸造成的轻微pH变化相比，硝酸根离子的存在对棒的形成影响更大． Zijlstra等利用无晶种生长途径，在高达97°C的条件下制得了金纳米棒．与晶种生长法中晶种异处制备相反，此处的晶种原位生成．即在剧烈搅拌的情况下，往生长溶液中快速注入硼氢化钠，成核与生长会在5s 后发生． 尽管具体的制备方式有差异，但晶种生长法的基本原理可以表述为：制备出小尺寸的金纳米粒子作为晶种，然后生长溶液中的金离子在这些晶种上还原沿特定晶面生长得到金纳米棒．晶种法对设备的要求比较低，且反应温和，能扩大生产，是目前制备金纳米棒最成功的方法．

中药制剂纳米技术研究进展

中药制剂纳米技术研究进展 中药学：张生杰 104753091411 摘要:纳米中药是指运用纳米技术制造的、粒径小于100nm的中药有效成分、有效部位、原药及其复方制剂，具有增加药物对血脑屏障或生物膜的穿透性等特点。本文详细介绍了纳米中药的定义、特点，同时介绍了纳米中药制剂技术方面的进展。指出了纳米中药制剂存在的问题，并作了展望。 关键词:纳米技术；中药制剂；中药现代化 1.前言 纳米即十亿分之一米，相当于10个氢原子排成直线的长度。纳米技术(nanotechnology)是指在纳米尺度下对物质进行制备、研究和工业化，以及利用纳米尺度物质进行交叉研究和工业化的一门综合性的技术体。纳米技术作为高新技术，可广泛应用于材料学、电子学、生物学、医药学、显微学等多个领域，并起着重要的作用。1998年，徐辉碧教授等[2]率先提出了“纳米中药”的概念，进行了卓有成效的探索。纳米中药是指运用纳米技术制造的、粒径小于lOOnm的中药有效成分、有效部位、原药及其复方制剂。因纳米材料和纳米产品在性质上的奇特性和优越性，将增加药物吸收度，建立新的药物控释系统，改善药物的输送，替代病毒载体，催化药物化学反应和辅助设计药物等研究引入了微型、微观领域，为寻找和开发医药材料、合成理想药物提供了强有力的技术保证。运用纳米技术的药物克服了传统药 物许多缺陷以及无法解决的问题。将纳米技术应用于中药领域是中药现代化发展的重要方向之一。 中药作用的物质基础来自于中药中的活性成分，这些化学成分可能是某单一化合物(即有效成份)，也有可能是所提取的某一有效部位或有效部位群，有些中药甚至以全药入药。对于从中药中提取的单一有效成份如紫杉醇、喜树碱等而言，其纳米化制备类似于合成药，因而其研究在技术上相对较易实现。纳米载药系统在这方面的应用已有一些报道，目前这类药物已有多种制剂进入临床研究阶段。从目前的情况来看，可以大量获得单一有效成份的中药并不多，这就意味着纳米载药系统在这一层次上的应用受到一定限制。中药有效部位为主要活性成份的制剂占有相当比例，这一方面体现了中药多成份、多靶点的特点，同时具有原料较有效成份容易获得，成本相对低廉的特点。因此，以有效部位作为纳米载药系统在中药研究中的切入点无疑具有更现实的意义。对于中药有效部位，由于其组成的多样性其纳米化制备是较复杂的，要研究的问题还很多。利用其结构或性质相近的特点选择适当的辅料和工艺，使其多组分同时实现纳米化，可能是解决问题的途径之一。对于中药(植物、动物和矿物)的全药，由于组成复杂且性质差异较大，实现纳米化的方法除超细粉碎以外有待进一步开发。总之纳米技术应用于中药制剂还处于起步阶段，但前景是很好的。 2．纳米中药的制备 2.1超细粉碎 粉碎是中药材加工最常用的方法之一。随着科学技术的进步，新的粉碎机械不断涌现，粉碎所能达到的粒度越来越小，使中药粉末的粒度由细粉的尺度10μm-1000μm进入到超细粉的尺度0.1μm-10μm。经过超细粉碎的中药材，最直接的效应就是由于表面积增大而导致的药物吸收增加，相应地生物利用度得到提高，服用剂量减小，资源的利用率提高。 但是，超细粉碎在中药研究中的应用还存在一些问题，首先，中药材的超细粉碎虽然

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℃)。

纳米生物医用材料的进展研究样本

生物医用材料的研究进展 生物医用材料是用来对于生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的新型高技术材料, 它是研究人工器官和医疗器械的基础, 己成为材料学科的重要分支, 特别是随着生物技术的莲勃发展和重大突破, 生物材料己成为各国科学家竞相进行研究和开发的热点。研究动态 迄今为止 ,被详细研究过的生物材料已有一千多种 ,医学临床上广泛使用的也有几十种 ,涉及到材料学的各个领域。当前生物医用材料研究的重点是在保证安全性的前提下寻找组织相容性更好、可降解、耐腐蚀、持久、多用途的生物医用材料, 具体体现在以下几个方面: 1. 提高生物医用材料的组织相容性 途径不外乎有两种, 一是使用天然高分子材料, 例如利用基因工程技术将产生蛛丝的基因导入酵母细菌并使其表示; 二是在材料表面固定有生理功能的物质, 如多肽、酶和细胞生长因子等, 这些物质充当邻近细胞、基质的配基或受体 ,使材料表面形成一个能与生物活体相适应的过渡层。 2. 生物医用材料的可降解化 组织工程领域研究中 ,一般应用生物相容性的可降解聚合物去诱导周围组织的生长或作为植入细胞的粘附、生长、分化的临时支架。其中组织工程材料除了具备一定的机械性能外, 还需具有生物相容性和可降解性。 英国科学家创造了一种可降解淀粉基聚合物支架。以玉米淀粉为基本材料, 分别加入乙烯基乙烯醇和醋酸纤维素 ,再分别对应加入不同比例的发泡剂 (主要为羧酸 ), 注塑成型后就能够获得支撑组织再生的可降解支架。 3. 生物医用材料的生物功能化和生物智能化 利用细胞学和分子生物学方法将蛋白质、细胞生长因子、酶及多肽等固定在现有材料的表面 ,经过表面修饰构建新一代的分子生物材料 ,来引发我们所需的特异生物反应 ,抑制非特异性反应。例如将一种名叫玻璃粘连蛋白 (ＶＮ)的物质固定到钛表面, 发现固定ＶＮ的骨结合界面上有相对多的蛋白存在。4．开发新型医用合金材料

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

电化学 纳米金修饰电极检测VC和尿酸

Published:April 02,2011 LETTER https://www.sodocs.net/doc/5415681022.html,/ac Electrochemical Sensing Using Quantum-Sized Gold Nanoparticles S.Senthil Kumar,Kyuju Kwak,and Dongil Lee* Department of Chemistry,Yonsei University,Seoul 120-749,Korea b Supporting Information R ecent advances in the synthesis of ultrasmall gold nanoparticles protected with organothiolate (SR)have opened the possibility to synthesize stable,atomically monodisperse gold nanoparticles.1à4Au 25(SR)18,Au 38(SR)24,and Au 144(SR)60are the examples of the quantum-sized gold nanoparticles that exhibit discrete electronic states and quantum con ?nement e ?ects.5,6These nanoparticles have received considerable attention recently because of their unique size-dependent electrochemical,optical,and catalytic properties.1à9Much progress has been made toward understanding their structures and fundamental physical and chemical properties.For example,electrochemical and optical study of the Au 25nanoparticles has revealed that Au 25has the highest occupied molecular orbital (HOMO)àlowest unoccupied molecular orbital (LUMO)gap of ca.1.33eV,representing the molecule-like property.5However,the technological application of such nanoparticles is still scarce.7à9It will be of great interest to utilize these functional materials in technolog-ical areas such as nanoelectronics,optoelectronics,and sensors since these nanoparticles could exhibit unique properties that di ?er sub-stantially from the corresponding atoms and bulk materials.Herein,we report the ?rst utilization of the quantum-sized Au 25nanoparticles in electrocatalysis and electrochemical sensing. The sol àgel technique has been used to immobilize gold nanoparticles to form a modi ?ed electrode.10à12Gold nanoparticles employed for electrochemical sensing thus far were,however,redox inactive nanoparticles with core diameters usually larger than 3nm and,thus,they were entrapped into the sol àgel network along with redox mediators or redox enzymes.10à12The sol àgel matrix provides stability to the redox mediator or the enzyme that interacts selectively with the target analyte,and the gold nanoparticles act as tiny con-ductors.In the present study,the unique electrochemical properties of Au 25nanoparticles o ?er particular virtues for the development of the modi ?ed electrode in which Au 25can serve as an electronic conductor as well as a redox mediator.Highly monodisperse,hexanethiolate-pro-tected Au 25nanoparticles (Au 25)were synthesized and characterized as [Au 25(SC 6H 13)18]à(see Supporting Information for experimental details).Au 25nanoparticles were entrapped into the sol àgel network by the hydrolysis of ethyltrimethoxy silane according to a literature procedure 13with slight modi ?cation.In a typical procedure,Au 25solution (10mg in 0.2mL of CH 2Cl 2)was mixed with 0.1mL of water containing 25%(v/v)glutaraldehyde and 0.2mL of ethyltri-methoxy silane,and the mixture was sonicated for 30min.The resulting homogeneous solution was subsequently stored at room temperature for 2h.10μL of this mixture was then dropcast on the surface of a glassy carbon electrode (GCE,3mm diameter)and allowed to dry overnight at room temperature to form the modi ?ed sol àgel electrode (Au 25SGE).The Au 25SGE was then washed thoroughly with water and used as a working electrode.Scheme 1depicts the cartoon of Au 25SGE 14with the Au 25entrapped in the sol àgel network. The square wave voltammogram (SWV)of Au 25in CH 2Cl 2shown in Figure 1A displays the redox characteristics of Au 25;three sets of well-de ?ned redox peaks with formal potentials at 0.62,0.31,and à1.33V vs Ag wire quasi-reference electrode (AgQRE)can be assigned to Au 251t/0,Au 250/1àand Au 251à/2àredox couples,respectively.1Cyclic voltammogram (CV)of the Au 25SGE in 0.1M KCl (Figure 1B)also shows well-de ?ned and reversible redox peaks with formal potential at 0.34V vs Ag/AgCl corresponding to Au 250/1àcouple.The redox peaks of Au 251t/0couple are not well-resolved,and they appear as a small shoulder around 0.43V.The reason for this behavior is unclear at this time.It could re ?ect the fact that small peak spacings between Au 251t/0and Au 250/1àcouples are expected when the dielectric constant of the medium is higher.5It could also be due to the fact that limited charge-compensating counterions are available in the sol àgel network for Au 251t/0upon the ?rst oxidation (Au 250/1à)reaction,as has been observed in the voltammogram of a Langmuir monolayer of similar particles.15The ?rst oxidation (Au 250/1à)appears,however,to be very stable and reproducible;the peak potentials and peak currents of the Au 25SGE Received:February 14,2011Accepted:April 2,2011ABSTRACT:This paper describes the electrocatalytic activity of quantum-sized thiolate protected Au 25nanoparticles and their use in electrochemical sensing.The Au 25?lm modi ?ed electrode exhibited excellent mediated electrocatalytic activity that was utilized for amperometric sensing of biologically relevant ana-lytes,namely,ascorbic acid and uric acid.The electron transfer dynamics in the Au 25?lm was examined as a function of Au 25concentration,which manifested the dual role of Au 25as an electronic conductor as well as a redox mediator.The electron transfer study has further revealed the correlation between the electronic conductivity of the Au 25?lm and the sensing sensitivity.

羧基化多壁碳纳米管修饰电极循环伏安法测定过氧化氢

羧基化多壁碳纳米管修饰电极循环伏安法测 定过氧化氢 【摘要】目的:研究用羧基化多壁碳纳米管修饰电极伏安法测定过氧化氢的浓度。方法:采用涂布法制成羧基化多壁碳纳米管修饰电极；在pH=7.0 KH2PO4-Na2HPO4缓冲溶液中，采用该修饰电极伏安法测定H2O2。结果:该修饰电极对H2O2有着显著的电催化作用，与裸玻碳电极相比，其灵敏度大大提高，在 1.2×10-6～1.0×10-3 mol/L 浓度范围内，过氧化氢的氧化峰电流与其浓度呈良好的线性关系，检测限为3.1×10-7 mol/L，将该修饰电极用于医用过氧化氢的测定，相对平均偏差为1.2%，平均回收率为97.6%，结果满意。结论:该修饰电极响应快，灵敏度高，稳定性好，寿命长，适合于具有电活性生物分子的测定。 【关键词】碳纳米管学修饰电极伏安法过氧化氢 Abstract: Objective: To study a quantitative method for determination of hydrogen peroxide (H2O2) by voltammetry with multi-wall carbon nanotubes functionalized with carboxylic group modified electrode (CME). Method: The CME was fabricated, which based on the immobilization of multi-wall carbon nanotubes functionalized with carboxylic group. In a medium of KH2PO4-Na2HPO4 buffer solution with pH=7.0，the CME was

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。

多肽修饰的纳米金加速油 水界面酶促反应

DOI ：10．3724/SP．J．1096．2010．01333 多肽修饰的纳米金加速油-水界面酶促反应 杨小超 1，2 莫志宏 *1，2，3 （重庆大学生物工程学院1，新型微纳器件与系统技术国家重点学科实验室2，化学化工学院3，重庆400044） 摘 要 用固相合成法制备阳离子氨基酸组成的多肽，再将其连接到巯基化合物上，用于纳米金表面配体交 换，制备阳离子多肽修饰的纳米金，并研究了这种纳米粒子对油-水（O /W ）乳液界面酶促反应速度的影响。结果发现，将含有荧光底物的乳滴同酶直接混合时，45min 内溶液中未检测到荧光信号变化，但向该溶液中加入纳米粒子后溶液中荧光信号立即增强。出现该现象的主要原因是，当乳液界面酶促反应体系中含有纳米粒子时，纳米粒子表面的阳离子多肽同时吸附带负电荷的酶和乳液，迅速屏蔽酶与乳液之间的电荷排斥，使酶与乳液中的底物能有效接触，加速酶促反应进行；通过选用不同的油相制备乳液，调控纳米粒子与乳液之间的氢键作用，还可使酶促反应速度进一步提高。关键词 纳米金；酶促反应；乳液；界面 2009-12-18收稿；2010-03-02接受 本文系国际科技合作项目（No．20072664）资助*E-mail ：zhihmo@cqu．edu．cn 1引言 纳米金具有抗氧化性强、生物相容性好、制备方法简单等优点，它是一种研究最广泛的纳米粒 子［1，2］ 。金和巯基之间可以形成稳定的共价键，用含巯基的化合物修饰纳米金表面，可以得到稳定性很 好的纳米粒子。近年来，用两相合成法制备约2nm 的纳米金［3］，并用配体交换法［4］ 对其表面进行单分 子层修饰， 制备功能性纳米金的方法备受关注，其原因主要是这种纳米粒子的粒度与许多生物大分子相近，并且具有相当大的比表面积，进行适当的修饰后能与生物分子发生强烈的吸附作用，是研究纳米粒 子和生物分子相互作用的理想材料。目前，这类单分子层修饰的小粒度纳米金已经应用于蛋白质-蛋白质吸附的阻断［5］ 、α-螺旋识别［6］、变性蛋白质构象恢复［7］及生物转运［8］ 等领域的研究。 酶是一类具有催化功能的生物大分子。酶促反应具有高度的化学专一性、立体选择性和位置选择 性 ［9 11］ 。酶促反应在工业生产中，特别是食品、药品和环境化学领域有重要用途。由于工业生产中许 多酶促反应的底物为脂溶性物质，因此这些酶促反应需要在油-水界面进行，其中脂肪酶是一种在油-水界面执行酶促反应使用最多的酶，它可以催化脂类水解、脂类合成和手性化合物拆分等化学反应，该酶在油-水界面具有最大活性［12，13］ 。脂肪酶为水溶性生物分子，要使该酶均匀分散于油-水界面执行催化功能，需对其进行化学修饰，常用的方法为在酶表面修饰聚合物，其中以聚乙二醇研究最多［14］，但对酶进行共价修饰容易造成酶的构象发生改变，从而影响酶的活性。本研究制备了一种阳离子多肽巯基配体，通过配体交换法将其用于粒度约为2nm 的纳米金的表面单分子层修饰，得到了阳离子多肽修饰的纳米金，并研究了这种纳米粒子对油-水（O /W ）乳液界面酶促反应的影响。 2 实验部分 2．1 仪器与试剂 基质辅助激光解析电离飞行时间质谱（MALDI-TOF ，Bruker Daltonics 公司）；100CX 透射电子显微镜（JEOL ）；SpectraMax M5酶标仪（Spectramax ）；Zeta 电位仪（Malvern Zetasizer Nano ZS ）。 脂肪酶（Candida antarctica ）及其底物4-甲基伞形酮（Sigma-Aldrich 公司）；三苯基保护的巯基化合物Trit-S-C11-TEG-COOH ，按文献［8］的方法制备，其结构如图1所示。戊硫醇保护的粒径约为2nm 的 纳米金采用两相合成法制备［3］ 。多肽固相合成所需试剂包括哌啶、N ，N -二甲基甲酰胺（DMF ）、N ，N -二 第38卷2010年9月 分析化学（FENXI HUAXUE ）研究简报Chinese Journal of Analytical Chemistry 第9期1333 1336

电沉积纳米金的读书笔记

[1]吉玉兰, 王广凤, 方宾. 纳米金/单壁碳管修饰玻碳电极对黄芩苷的电催化作用及快速检 测[J].2010, 6(6): 11-12. NG/GCE电极的制备 将l mg酸化的SWNT分散在5 mL DMF中，超声振荡至溶液均一。玻碳电极先在0.05 μm A2O3上抛光，然后分别在无水乙醇和二次蒸馏水中各超声清洗l min，晾干后，用微量进样器取10.0μL上述SWNT分散液滴加在玻碳电极表面，晾干，即得SWNT/GCE。将SWNT/GCE用二次水冲净置于0.1 mg/mL HAuCl4中，以扫速50 mV/s，于1.2～-0.6 V范围连续扫描5圈，取出用水反复冲净，晾干得NG／SWNT／GCE。 [2]张英，袁若，柴雅琴等. 纳米金修饰玻碳电极测定对苯二酚[J]. 西南师范大学学报, 2002, 6(31):87-90. NG/GCE电极的制备 将玻碳电极分别用0.1 μm和0.03 μm A12O3。粉末抛光成镜面，二次水冲洗，依次用(1+1) HNO3，无水乙醇和二次水超声清洗5 min，取出后用二次水冲净置于1 mg/mL HAuCl4中，以饱和甘汞电极(SCE)为参比，铂丝为对电极，于-0.2 V下保持60 s，取出后用二次水反复冲洗，得NG／GCE修饰电极，悬在pH为7.0的PBS上方保存备用。 NG/GCE修饰电极的性能 图1(a)是裸GCE和NG/GCE修饰电极在 5.0 mmol/L Fe(CN)63-/4- + 0.1 mol/L PBS(pH=7.0)中的循环伏安图．从图中可以看出，Fe(CN)63-/4-在NG/GCE修饰电极上峰电流明显增加，并且氧化还原峰电位差值减小，这主要是因为：NG使GCE电极的表面粗糙度和有效面积增加以及带正电荷的NG叫同带负电荷Fe(CN)63-/4-有较强的静电作用，使氧化还原发应更容易发生．图l(b)是裸GCE和NG/GCE修饰电极在5.0 mmol/L Fe(CN)63-/4-+0.1 mol/L PBS(pH=7.0)中的交流阻抗图，由图可知，NG/GCE电极膜的阻抗比裸GCE小很多，这说明NG能很好地增强电子的传输． [3]朱强，袁若，柴雅琴等.以纳米金为介质的无标记电流型甲胎蛋白免疫传感器的研 究[J]. 西南师范大学学报, 2002, 2(32):82-90.

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%。

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。

芦丁在纳米金修饰玻碳电极上的电化学行为及其测定

芦丁在纳米金修饰玻碳电极上的电化学行为及其测定一、实验目的 1．初步掌握电化学工作站的使用方法，掌握循环伏安法和差分脉冲伏安法的基本原理和测量技术 2. 通过对体系的测量，了解如何根据峰电流、峰电势及峰电势差和扫描速度之间的函数关系来判断电极反应过程的可逆性，以及求算有关的热力学参数和动力学参数。 3. 学习固体电极表面的处理方法 二、实验原理 芦丁(Rutin）是一种多羟基黄酮类化合物，存在于多种植物的茎和叶中，是一些中草药的有效成分。在临床上它可用于治疗过敏性紫瘫及各种因毛细管脆性增加而引起的出血性疾病和冠状动脉高血压病等。 循环伏安法是用途最广泛的研究电活性物质的电化学分析方法，在电化学、无机化学、有机化学、生物化学等领域得到了广泛的应用。由于它能在很宽的电位范围内迅速观察研究对象的氧化还原行为，因此电化学研究中常常首先进行的是循环伏安行为研究，如电极过程的可逆性、电极反应机理、计算电极面积和扩散系数等电化学参数。

循环伏安是在工作电极上施加一个线性变化的扫描电压，以恒定的变化速度扫描，当达到某设定的终止电位时，再反向回归至某一设定的起始电位，记录工作电极上得到的电流与施加电压的关系曲线，对溶液中的电活性物质进行分析。 典型的循环伏安图如图所示： 选择施加在a 点的起始电位E i ，然后沿负的电位即正向扫描，当电位负到能够将Ox 还原时，在工作电极上发生还原反应：Ox + Ze = Red ，阴极电流迅速增加（b-d ），电流在d 点达到最高峰，此后由于电极附近溶液中的Ox 转变为Red 而耗尽，电流迅速衰减（d-e ）；在f 点电压沿正的方向扫描，当电位正到能够将Red 氧化时，在工作电极表面聚集的Red 将发生氧化反应：Red = Ox + Ze ，阳极电流迅速增加（i-j ），电流在j 点达到最高峰，此后由于电极附近溶液中的Red 转变为Ox 而耗尽，电流迅速衰减（j-k ）；当电压达到a 点的起始电位E i 时便完成了一个循环。 循环伏安图的几个重要参数为：阳极峰电流（i pa ）、阴极峰电流（i pc ）、阳i E 还原峰 E pc i pc E pa 氧化峰 a b g h i j I 0.8V I –0.2V k i pa f c d e