[发明专利]一种多用途的等离子的金纳米粒子膜的制备方法

说明书

技术领域

一种多用途的等离子的金纳米粒子膜的制备方法，属于材料化学技术领域。 

背景技术

金纳米粒子以其优异的光电学性质在近几十年广泛受到科学家的研究兴趣，金纳米粒子的这些性质被应用到光学、生物传感器、催化科学和程序性组装等领域。虽然金纳米粒子以及由金纳米粒子组成的膜的光学和电子学性质已经被研究和评估，但是，金纳米粒子膜的机械性质并没有得到很好的研究。 

层层组装技术是一种用纳米尺度的材料设计以达到控制材料内部结构的通用方法。自从上世纪90年代，此技术被广泛的用来生产高级涂层和复合材料。纳米材料包括无机分子簇、纳米粒子和核酸等能够作为元件成功的制备层层组装的多层膜。层层组装技术有许多实用的应用。诸如用于制备超疏水界面，传感器，半渗透膜，光学活性和响应性的薄膜，药物输送，仿生涂层等，绝大多数的应用都是基于假设层层组装涂层具有足够高的机械性能。对于某些材料的层层组装复合物已经进行了研究。但是对于金纳米粒子，研究还不充分。 

在机械性质方面，DNA分子逐渐受到注意。DNA多聚物不仅能连接金纳米粒子或其他粒子构建设计的块状结构，另外他们也显示出优异的机械性能，主要来自于他们双螺旋结构的刚性。DNA的内在的曲率和弹性对其机械性能有很大影响。DNA的杨氏模量在0.3-1 GPa，类似于塑料的值。 

因此，制备和研究金纳米粒子和DNA复合物的机械性质是相当必要的。类似于粘土和聚合物复合物膜，有机和无机的复合物显示出优秀的机械性能，这些性质源于这些复合物极高的机械性能。预期DNA-纳米粒子的复合物也会有类似的性质。 

本发明首先利用DNA，采用柠檬酸钠还原法制备出DNA修饰的金纳米粒子。所选用的DNA为12个碱基的DNA，包括互补的12-C和12-G。纳米粒子通过修饰在其表面的核酸的互补配对作用，实现对于纳米粒子的层层组装。此过程有别于传统的层层组装方法，传统的方法一般都是通过两种物质间的电荷的差异进行组装。实验结果通过扫描电镜和原子力显微镜看出制备的金纳米粒子膜较均匀，厚度在1微米左右。通过纳米压痕仪测定其硬度比起原来的金块有大幅度的提高，杨氏模量在80.85GPa。此种金纳米粒子薄膜在未来的纳米传感器和高强度材料上能够有良好的应用。 

发明内容

本发明的目的是提供一种高强度的等离子的金纳米粒子膜的制备方法，制备的膜结构表面规整、均一，膜的厚度在1微米左右，并且具有很高的硬度和杨氏模量。 

本发明的技术方案：一种多用途的等离子的金纳米粒子膜的制备方法，DNA修饰的金纳米粒子的合成，金纳米粒子通过DNA杂交层层组装成膜，制备出的金纳米粒子以及膜的表征，以及制备出的金纳米粒子膜的机械性能的测定； 

工艺步骤为：

（1）DNA修饰的金纳米粒子的合成：

a、1.9mL的Milli-Q超纯水，0.1mL浓度5mM的HAuCl₄溶液，加入到反应玻璃瓶中，37.0℃混匀；

b1、20μL 的50μM的12-C序列的DNA加入到一份步骤a所得混合体系中，37.0 ℃搅拌混匀15min；

b2、20μL 的50μM的12-G序列的DNA加入到另一份步骤a所得混合体系中，37.0 ℃搅拌混匀15min；

c、分别在b1、b2所得DNA溶液中，在搅拌的条件下快速各加入40 μL的质量体积分数1%新配制的柠檬酸三钠溶液；

d、此混合体系随后在37.0℃搅拌反应12h，溶液颜色从淡黄色变成红色，反应后分别得到的12-C DNA修饰的金纳米粒子溶液及12-G DNA修饰的金纳米粒子溶液，4℃保藏以进行下一步的实验；

所述12-C序列DNA为：5’-CCCCCCCCCCCC-3’，

所述12-G序列DNA为：5’-GGGGGGGGGGGG-3’；

（2）金纳米粒子通过DNA杂交层层组装成膜：

一片清洁的玻璃片浸入到质量体积分数1%的聚二甲基二丙烯氯化铵PDDA溶液中，反应5 min，取出，用超纯水清洗2 min，空气吹干；然后，将玻璃片浸入12-C DNA修饰的金纳米粒子溶液中去，反应15 min，使金纳米粒子吸附到玻璃片上去；反应结束用超纯水清洗2 min，空气吹干；再浸入12-G DNA修饰的金纳米粒子溶液中去，反应15 min，使金纳米粒子通过核酸杂交作用进行层层组装，反应结束用超纯水清洗2 min，空气吹干；然后交替上述过程，通过控制组装的循环次数来控制金纳米粒子膜的厚度；