[发明专利]立体五角星金纳米粒子及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有显著表面等离子体共振吸收性能及表面增强拉曼效应的单分散立体五角星金纳米粒子及其制备方法。

背景技术

金纳米粒子具有独特的表面等离子体吸收性能和良好的生物相容性。这些特性使其在表面等离子体光学、化学/生物传感、医学成像、表面增强拉曼散射光谱、光热治疗等方面具有十分重要的应用价值及广阔的应用前景。研究表明，金纳米粒子的表面等离子体吸收性能与其尺度、形貌等结构因素密切相关。因此，可控构筑尺度均匀、形貌规则的金纳米粒子一直备受关注。近年来，人们在水溶液或非水溶液中发展了包括光化学、热化学、湿化学、生物化学法在内的多种金纳米粒子合成策略。利用这些合成策略，人们在液相中高产率控制合成了金纳米线、纳米棒、纳米片、纳米棱锥、纳米多面体等各种不同形貌的金纳米粒子，并系统研究了其形成机理及光学性能。然而，与具有规则形貌的金纳米粒子外，人们采用目前报道的金纳米粒子控制合成策略还不能选择性地高产率合成均匀的、尺寸可调的立体五角星金纳米粒子。从几何形状来看，五角星金纳米粒子是一种具有尖端结构的金纳米粒子，在颗粒间端具有显著局域电场增强效应，使其在表面增强拉曼散射、生物分子检测方面具有重要应用价值。显然，发展一种简便有效的立体五角星金纳米粒子构筑方法，控制合成不同尺度的立体五角星纳米粒子具有十分重要的科学意义和实用价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有金纳米粒子制备技术不足之处，提出一种简便快速制备立体五角星金纳米粒子的合成方法；高产率控制合成尺度均匀的立体五角星金纳米粒子。

本发明中单分散立体五角星金纳米粒子典型合成过程是在环境气氛条件下以金十面体作为种子，聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDDA）作表面活性剂、用抗坏血酸（AA）还原氯金酸（HAuCl₄），采用种子生长法来实现立体五角星金纳米粒子制备。

所述的单分散立体五角星金纳米粒子的制备方法，包括以下具体步骤：

（1）将聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDDA，Mw=100000-200000，20 wt%）水溶液添加到乙二醇溶液中，搅拌均匀后得到混合溶液；

（2）在搅拌条件下，向聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDDA）乙二醇溶液中依次加入氯金酸（HAuCl₄）及抗坏血酸（AA），获得反应前驱体溶液，其中，聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDDA）、氯金酸（HAuCl₄）、抗坏血酸（AA）的浓度分别为0.005-0.1摩尔/升、0.0005-0.005摩尔/升和0.005-0.05摩尔/升；

（3）向配制好的溶液（2）添加用多元醇方法制备的金纳米十面体胶体溶液，其中金纳米十面体种子的浓度为0.00001-0.0005摩尔/升；

（4）将反应前驱体溶液（3）置于室温下反应0.5-4小时，制得溶液颜色为深蓝色的立体五角星金纳米粒子胶体溶液；

（5）获得的立体五角星金纳米粒子胶体溶液用高速离心机离心分离，在转速5000-15000转/分钟离心10-100分钟后，移去离心管中无色溶液，得到沉淀产物；

（6）用溶剂超声清洗获得的沉淀产物，制得单分散立体五角星金纳米粒子。

本发明的有益效果：

（1）该方法制备的产物为单分散金纳米粒子，其形状为立体五角星，颗粒尺度均匀、单分散性好，立体五角星金纳米颗粒在水或乙二醇等溶液中具有非常好的分散性与稳定性，能够在室温、环境气氛条件下长时间保存且不发生团聚；

（2）该方法制备的立体五角星金纳米粒子不仅产率高，而且产物的粒径可通过实验参数如反应前驱体溶液中种子添加量、氯金酸（HAuCl₄）、反应时间、反应温度进行有效调控，通过控制制备参数，可分别获得不同尺度的单分散立体五角星金纳米粒子；

（3）通过对制得的立体五角星金纳米粒子用紫外-可见-近红外分光光度计进行测试，由测试结果可知，立体五角星金纳米颗粒对560-620纳米的可见光具有明显的吸收性能，其吸收峰可在560-620 纳米范围内通过立体五角星金纳米粒子尺度有效调控；

（4）将制得的立体五角星金纳米粒子作为表面增强拉曼（SERS）的基底，用共聚拉曼光谱仪对其进行测试，其测试结果表明，立体五角星金纳米粒子具有优异的SERS效应；

（5）本发明的制备仅需实验室常用的普通设备，不需专用设备，工艺过程简单易操作；