[发明专利]一种过氧化氢酶还原四氯金酸制备金纳米粒子的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金纳米粒子的制备方法，尤其涉及一种过氧化氢酶还原四氯金酸制备金纳米粒子的方法。

背景技术

金纳米粒子是指粒径在1～100nm的微粒。金纳米粒子具有特殊的表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应，在催化、电子与光学器件、生物技术等多个领域有着重要的应用。金纳米粒子在510～550nm可见光谱范围内有一吸收峰，吸收波长随金纳米粒子直径增大而增加。当粒径从小到大时，表观颜色依次呈现出淡橙黄色、葡萄酒色、深红色和蓝紫色变化。

金纳米粒子表面为原子排列，由于大量的孪晶、位错、层错等晶体缺陷的存在，导致了大量的悬键和不饱和键，使颗粒的表面积和表面活性点数目显著增加，具有不饱和的性质，出现多活化中心，具有很高的化学活性，容易与其他原子相结合而趋于稳定，因此金纳米粒子间存在着容易团聚的问题。金纳米粒子的团聚会进一步影响到金纳米粒子的尺寸，然而金纳米粒子的光学、电学、催化等特殊性能很大程度上受粒子尺寸大小的影响，因此解决金纳米粒子团聚的问题对于提高金纳米材料的性能具有重要的意义。

为了解决金纳米粒子的团聚问题，金纳米粒子的合成往往和表面修饰同步进行，首先还原剂将金的化合物还原成金原子，金原子进一步聚集形成金纳米粒子，在形成金纳米粒子的同时，加入表面吸附稳定剂以增加稳定性，或者修饰分子直接组装到它的表面，形成含自组装单分子层的金纳米粒子。所使用的还原剂有柠檬酸钠、硼氢化钠、抗坏血酸、白磷、乙醇或多羟基化合物等，所使用的稳定剂有柠檬酸钠、聚合物、有机配体等。

合成金纳米粒子的最经典方法是柠檬酸钠还原法，至今仍广泛使用，利用此方法制备金纳米粒子的过程中，柠檬酸钠不仅作为还原剂还作为稳定剂，通过改变柠檬酸钠与四氯金酸的摩尔比可以控制粒子的尺寸，但随着尺寸的增加，粒子的多分散度也随之增加，粒子形貌表现为椭球或其它不规则形状，粒子稳定性降低，尤其是在批量合成中，很难控制不同批次间的重复性。

相转移法也是金纳米粒子制备常用方法之一，制备过程中需用有机溶剂抽提，制得有机溶胶，然后经脱水、脱有机溶剂，即制得金纳米材料，此方法制得的金纳米粒子均匀、分散性好，但操作过程复杂，制备过程中有机溶剂消耗较多，对环境影响较大。

发明内容

本发明提供了一种过氧化氢酶还原四氯金酸制备金纳米粒子的方法，该方法解决了传统方法金纳米粒子容易团聚、重复性差、工艺复杂、制备所用试剂对环境影响大的问题。

一种过氧化氢酶还原四氯金酸制备金纳米粒子的方法，包括以下步骤：将过氧化氢酶溶液滴加到四氯金酸溶液中，搅拌均匀；调节混合溶液的pH值为碱性，并于20～37℃的水浴条件下发生反应，反应完成后，分离得到金纳米粒子。

过氧化氢酶(Catalase)作为一种蛋白质分子，来源广泛，价格低廉，具有良好的生物相容性，在本发明中用作合成金纳米粒子的模板。过氧化氢酶分子中含有大量氨基、巯基结合位点，可用于固定四氯金酸，给金纳米粒子生长提供了良好空间结构，能有效阻止金纳米粒子在合成过程中聚集；另外，过氧化氢酶中的酪氨酸及含有伯氨基的赖氨酸、精氨酸在碱性条件下具有还原性，可原位还原四氯金酸。

所述过氧化氢酶优选为牛肝过氧化氢酶。

所述过氧化氢酶溶液浓度优选为5～50mg/mL，更优选为5～20mg/mL，最优选为5mg/mL，过氧化氢酶用量越少，制备成本越低。

四氯金酸溶液浓度过高时，会导致金纳米粒子的团聚，最终使金纳米粒子的性能下降，所述四氯金酸溶液的浓度优选为0.1％～1％，更优选为0.5％～1％，最优选为1％。

单个过氧化氢酶分子结合位点是有限的，因此过氧化氢酶与四氯金酸之间的摩尔比会影响金纳米粒子的尺寸和产量，过氧化氢酶与四氯金酸之间的摩尔比越高，混合溶液的还原性越强，提供的过氧化氢酶分子结合位点越多，则单个位点上结合的金纳米粒子的量越少，因而形成的金纳米粒子尺寸越小，因此通过调节过氧化氢酶与四氯金酸的摩尔比，可得到尺寸大小可控的金纳米粒子，过氧化氢酶与四氯金酸的摩尔比优选为0.00221∶1～0.221∶1，在此摩尔比范围内，可得到粒径为10～40nm的金纳米粒子，金纳米粒子的粒径范围较窄，而且得到的金纳米粒子具有较好的性能。

过氧化氢酶与四氯金酸的摩尔比更优选为0.00221∶1～0.0885∶1，在此摩尔比范围内，可得到粒径为10～30nm的金纳米粒子，较高摩尔比导致金纳米粒子更多具有酶的性质。

在碱性条件下，有利于提高过氧化氢酶还原性基团的还原性，所述混合溶液的pH值优选为10～12；更优选为12。