金纳米粒子的合成、特性及其在生物医学检测中的应用研究进展

近年来,纳米技术越来越广泛的应用到各个领域,金纳米粒子因其具有许多优良的物理、化学及生物学性质而引起了人们特别的关注。本文综述了金纳米粒子几种经典的合成方法,以及基于金纳米粒子独特的理化性质在病原体、核酸蛋白质检测方面的最新研究进展。     

水凝胶/金属纳米粒子复合物的制备及其在催化反应中的应用

金属纳米粒子的表面效应使其在有机催化方面具有广阔的应用前景,但由于金属纳米粒子易团聚而降低了其催化活性,解决金属纳米粒子的团聚问题具有重要的实际意义。水凝胶具有三维网状结构和大量的功能基团,可用于金属纳米粒子催化剂的制备,有利于金属纳米粒子的分散与固定以及提高金属粒子的回收率与重复使用性。本文主要综述了水凝胶（天然水凝胶与合成水凝胶）负载金属纳米粒子复合物的制备及其催化性能的研究,对影响复合催化剂性能的因素进行总结,最后对其存在的问题和将来可能的发展方向进行展望。     

功能化磁性纳米粒子联合质谱技术用于金属硫蛋白的富集及鉴定研究

金属硫蛋白(Metallothionein,MT)是一种具有结合金属能力和高诱导特性的低分子量蛋白质,因此常被作为一种重要的生物标志物用于水环境重金属污染评估。传统的金属硫蛋白富集检测方法耗时较长,操作复杂。本研究制备了金包覆四氧化三铁的核壳纳米粒子(Fe_3O_4@AuNPs),具有磁场的快速响应和特殊的光学特性的优点,并且可利用Au-S的强亲和力实现纳米粒子对金属硫蛋白的快速富集,进一步将纯化的蛋白质通过基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱(MALDI-TOF/MS)进行分析检测。结果表明,Fe_3O_4@Au纳米粒子可以直接从复杂的溶液中富集MT,采用MALDI-TOF/MS鉴定分析,检出限达10 fg/mL。     

室温固相反应制备Keggin结构杂多酸铵盐纳米粒子

纳米材料由于其量子尺寸效应及表面效应而在磁、光、电等方面显示出许多常规粒子所不具有的特性[1] .纳米材料成功应用的实例及潜在应用前景推动了各种纳米粉末的合成及合成方法的发展 [2～ 4 ] .利用低温固相反应制备纳米粒子尚不多见 ,但已有报道 [5,6] .多金属氧酸盐因其独特的结构而具有较高的催化活性、导电性、磁性、光电致变色性以及抗病毒活性 ,因而有着广阔的应用前景 ,这些方面的研究已越来越引起人们的兴趣 [7～ 10 ] .本文采用室温固相反应首次制备了多金属氧酸盐纳米粒子 (NH4 ) 3PMo12 O4 0 · 9H2 O(1 )和 (NH4 ) 3PW12…     

固相萃取材料在金属离子前处理应用中的研究进展

为避免摄入过量重金属、危害人类健康,应提高对金属离子的检测能力。常用的金属检测技术如电感耦合等离子体质谱、电热原子吸收光谱、火焰原子吸收光谱等可以有效识别痕量重金属,并且具有多组分分析能力以及检出限低、产量高等优点。但复杂样品本身浓度较低且基质干扰大,因此检测前需进行前处理以消除基质干扰,满足低浓度和小体积样品的检测需求。固相萃取是富集样品中金属离子常用的方法之一,开发能够进行高效、快速富集分离的固相萃取新材料及前处理技术是金属离子检测的关键。限制接触碳纳米管、纳米吸附剂、纳米粒子载体、磁性纳米粒子等纳米材料可提供大的比表面积和可调的官能团,以促进金属离子吸收,其优越的光学性能则可用于荧光和比色检测;高分子聚合物具有卓越的机械性能和化学稳定性,可用于微量金属粒子的前富集、分离和检测;离子印迹聚合物对目标离子具有选择性识别能力的空间结构,可以吸附待分离体系中的金属离子;双功能材料可同时进行多种金属离子的萃取和快速定量检测,新型的光敏络合物则可以将结合态的金属离子转变为游离态,使其被多种生物传感器快速检测,也可以研究生物体内金属离子的信号传递过程。该文综述了纳米材料、聚合物、功能材料等新型固相萃取材料的特点及在复杂样品前处理中的应用和研究进展,并对其未来发展方向进行了展望。     

基于表面增强拉曼光谱的重金属离子检测

以对巯基苯甲酸为拉曼标记和自组装修饰分子, 在光亮金基底上修饰后作为检测基底, 在金纳米粒子表面修饰后获得具有表面增强拉曼光谱信号的标记金溶胶. 修饰的基底及纳米离子通过重金属离子与羧基端的配位而发生相互作用, 最终形成“金属基底-对巯基苯甲酸/重金属离子/对巯基苯甲酸-金属纳米颗粒”的三明治结构. 采用扫描电镜表征纳米粒子的组装及以表面增强拉曼光谱检测表面标记分子的信号, 以此实现重金属离子的检测. 以强螯合剂EDTA溶液淋洗三明治结构, 使重金属离子与金属基底以及纳米颗粒上的羧基的配位作用断裂, 获得可再次利用的修饰金基底.     

金属纳米粒子二聚体组装及其应用

金属纳米粒子的组装是用来构建更高层次的纳米结构和研究纳米粒子之间构效关系的一种有效手段.作为最简单的组合方式,二聚体提供了一个简洁的模型用于深入研究两个粒子间的相互作用.本文总结了金属纳米二聚体组装中常用的方法,如静电吸附、双巯基分子连接、模板法组装等;讨论了等离激元纳米二聚体在纳米光电子学中表现出的表面等离激元耦合、电子隧穿等效应;介绍了金属纳米二聚体在表面增强拉曼光谱(SERS)和等离激元诱导光催化中的具有代表性的应用.     

“非保护型”金属胶体纳米簇形成机理研究

碱-乙二醇法制备的"非保护型"金属及合金纳米簇由表面吸附的溶剂分子和简单离子实现稳定化,它们被广泛用于制备高性能复相催化剂和研究复相催化剂中的尺寸、组成、载体表面基团以及修饰剂对催化性能的影响。关于此类非保护金属纳米簇的形成过程及机理的认识尚有待进一步深化。本文采用原位快速扫描X射线吸收精细结构谱(QXAFS)、原位紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱、透射电子显微镜和动态光散射技术研究了碱-乙二醇法合成中非保护型金属胶体纳米簇的形成过程与机理。结果表明,在碱-乙二醇法合成非保护型Pt金属纳米簇的过程中,室温下即有部分Pt(IV)被还原至Pt(II)。随着反应温度的升高,OH-逐渐取代与Pt离子配位的Cl-,在Pt―Pt键形成之前,反应体系的UV-Vis吸收光谱中可观察到明显的纳米粒子的散射信号,原位QXAFS分析表明Pt纳米簇是由Pt氧化物纳米粒子还原所形成的;在Ru金属纳米簇的形成过程中,OH-首先取代了Ru Cl_3中的Cl~-,形成羟基配合物Ru(OH) _6~(3-),后者进一步缩合形成氧化钌纳米粒子,最终Ru金属纳米簇由乙二醇还原氧化钌纳米粒子形成。由于先形成了氧化物纳米粒子,后续的还原反应被限制在氧化物纳米粒子内,使最终得到的非保护型金属纳米簇具有尺寸小、分布窄的特点。本工作所获得的知识对发展高性能能源转化催化剂、精细化学合成催化剂、传感器等功能体系具有重要意义。     

表面等离激元金属纳米粒子的多元化结构及应用

目前, 单一的金属纳米粒子结构已经难以满足多学科交叉发展的需求. 因此, 将多种金属纳米粒子(如不同尺寸、 形状、 组分等)集成在同一基底表面, 能够充分发挥不同金属纳米粒子的性质和优势, 极具研究价值和应用价值. 本文介绍了多元化表面等离激元纳米粒子结构的构筑方法, 以及其在信息编码、 光电器件、 能源催化等领域的应用. 最后, 提出了当前在多元化结构制备中存在的挑战, 并展望了利用多元化结构实现性能提升的前景.     

氧化锌-银复合纳米粒子的制备：吸收光谱和荧光光谱

金属和半导体纳米粒子的制备及性质的研究是当今材料科学和物理化学的热门课题［1－6］．在利用太阳能光降解环境污染物、生物传感器以及光生物等方面这些纳米粒子都具有实际应用的可能性．对纳米粒子表面进行修饰而形成的复合纳米粒子可以有效地调整单一颗粒的表面性质甚至颗粒的稳定性．另外，复合纳米粒子的制备对研究纳米粒子的尺寸量子化效应、非线性光学性质及其它光电性质都有重要的意义．人们已成功地制备了许多复合金属－金属纳米粒子，如Cu－Ag［7］，Ag-Pd［8］及Ag－Pt［9］等．关于复合半导体－半导作纳米粒子也有报导，如C…     

甲醛在PtAuPd纳米合金/巯基功能化离子液体修饰电极上的电催化氧化

近年来,金属纳米粒子在催化、电学和光学等领域引起了人们的广泛兴趣~([1]).与单一金属纳米粒子相比,合金纳米粒子常常具有更多、更好的性能.制备粒径小且分布均匀的合金纳米粒子是开展相关研究应用的重要环节.     

多核核壳结构银胶粒的制备及其抑菌特性

银纳米粒子具有广谱抗菌性,但自身由于具有较高的表面能容易发生团聚.本文以聚醚胺为还原剂和稳定剂,利用光化学还原法,合成了聚乙二醇包覆的银纳米粒子.通过透射电子显微镜分析表明该胶体粒子具有多核核壳结构,聚乙二醇包裹的银纳米颗粒粒径在14 nm左右,整个胶体粒子粒径在45 nm左右.抑菌实验结果表明这种银纳米胶体对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有明显的抑菌效果.     

晶相调控对金属纳米粒子催化性能的影响

尺寸在1–10 nm的金属纳米催化剂广泛地应用于石油化工,精细化学品合成,能源与环境保护等领域。大量研究表明,金属纳米粒子的催化性能与其微观结构,即尺寸、形貌和晶相等密切相关。近年来,对金属纳米粒子的尺寸和形貌效应已经有了较为系统深入的研究,但对晶相效应的研究则较少涉及。这主要是由于介稳晶相的金属纳米粒子在合成过程中或反应条件下极易转化为热力学稳定的晶相结构。根据金属原子密堆积形式,金属纳米粒子的晶相结构主要有立方面心(fcc)、立方体心(bcc)和六方密堆积(hcp)三种晶相;而金属合金由于d带电子存在着多种杂化方式,因而其晶相结构呈现出多样性且与单一金属有很大的不同。金属和合金纳米粒子晶相结构的调控,不仅会改变金属原子的配位环境,调控了其电子分布状态,还可影响反应物和产物的吸附、活化和脱附,进而调变催化性能。首先,我们简要总结了液相合成和固相转变调控金属纳米粒子晶相的原理和方法。纳米粒子的液相合成一般包括前驱体还原成核和晶核生长两个阶段,通过对液相合成条件的优化,尤其是表面活性剂的选择,可有效调控合成过程中的热力学和动力学因素,从而实现金属晶相的可控合成。固相转变则主要是对具有一定晶相结构的纳米粒子于一定气氛和温度条件下进行加热处理,利用金属粒子与活性气体之间(H2, CO等)的化学作用来实现晶相转变。利用上述方法,可以合成出fcc-Co、fcc-Ru、L10-AuCu等热力学介稳的金属或合金纳米粒子。在此基础之上,我们分别以Co纳米粒子(fcc和hcp晶相)催化FT合成, Fe模型催化剂(fcc和bcc晶相)活化N2和CO, Ru纳米粒子(fcc和hcp晶相)催化CO氧化和氨硼烷水解制氢, Pd纳米粒子(PdHx物种)催化加氢等为例分析了晶相对金属纳米粒子催化性能的影响;在合金催化剂方面,以Pt3Co(无序的fcc和有序的L12), AuPdCo(P3–m、Fm3–m和R3–m混合晶相)和FePt纳米粒子(fcc和fct相)催化O2电化学还原、PtRhSn (碲铂矿晶相和fcc晶相)和ZrPt3纳米粒子(hcp和fcc晶相)催化乙醇电氧化、Ag3In合金(无序的Fm3–m相和有序的Pm3–m晶相)催化对硝基苯酚加氢、PdRu纳米粒子(fcc和hcp混合晶相)催化CO氧化等为例分析了合金催化剂的晶相对催化性能的影响。上述研究进展表明,金属纳米粒子的晶相也是影响制备剂高效金属催化剂的主要因素。最后,我们结合纳米催化的发展现状,提出了金属纳米粒子的晶相调控在纳米催化和纳米材料领域可能的发展态势。第一,通过对金属纳米粒子溶液相合成机理的深入研究,有助于发展出尺寸、形貌和晶相同时可控的新合成方法。第二,金属纳米粒子在晶相转化过程中往往伴随着烧结及组分的偏析等难题。利用氧化物包覆的核壳型或蛋壳型纳米结构以及碳纳米管的空间限域效应,或许有助于解决上述难题。第三,具有亚稳晶相结构的金属纳米粒子在反应条件下极易转变为热力学稳定的结构,因此,利用原位、动态、实时的表征技术对催化剂在真实工作状态下的微观结构进行细致的分析是阐明晶相效应的前提。     

人工控制液相金属纳米粒子的组装

液相中金属纳米粒子或团簇粒子的研究是现代化学和物理学的一个重要方面, 是对气相和真空中纳米粒子研究的补充。由于受到介质的强烈影响, 体系更为复杂, 然而却有了人工控制纳米粒子的大小和结构的可能性。本文介绍利用电离辐射或光化学方法还原金属离子在液相中制备金属纳米粒子, 通过调节介质的组成及介质的性质(如pH 值等) ,可以有效地控制其颗粒度大小, 并有可能最终控制纳米粒子的结构。该方法还具有颗粒度分布均匀、无须添加化学还原剂以及可以制备纳米合金粒子等优点。利用脉冲式辐照(脉冲辐解技术) 可以对液相中金属纳米粒子形成的化学反应机理进行深入的基础研究。     

分子筛限域金属纳米粒子及其氧化还原反应应用的研究进展

沸石分子筛是一类孔隙均匀、结晶度高、结构多样、比表面积大的材料,在催化、分离、吸附等方面得到了广泛的应用。沸石分子筛已被证明是金属纳米粒子(MNPs)的理想载体。金属纳米粒子@沸石分子筛催化剂不仅表现出优异的催化活性,而且具有较高的稳定性和择形催化性。此外,限域的金属纳米粒子与具有活性位点的纳米孔骨架的协同作用可以进一步提高复合催化剂的催化活性。金属纳米粒子@沸石分子筛催化剂由于具有较高的活性、择形性和热稳定性等优点,在工业相关应用中引起了人们的极大关注。本文综述了金属纳米粒子@沸石分子筛催化剂的研究进展,重点介绍了多种合成方法以及其在氢化和氧化反应中的应用进展。指出了金属纳米粒子@沸石分子筛催化剂领域存在的问题和挑战并对其未来发展进行展望。     

硫化银纳米球负载金纳米粒子信号放大的大肠杆菌O157:H7电化学免疫传感器

设计了一种利用碳纳米管作为基底固定材料以及硫化银纳米球负载金纳米粒子做为电化学标记信号的无酶免疫传感器,用于检测大肠杆菌O157:H7。同时引入具有信号放大功能的硫化银纳米球负载金纳米粒子作为标记物,并采用示差脉冲伏安法对金纳米粒子进行检测,其产生的电化学信号在一定范围内与大肠杆菌O157:H7的浓度呈线性关系。在最优条件下,该传感器线性范围为:1×10~3~1×10~7cfu/m L,检出限为4×10~2cfu/m L,并且具有良好的精密度和稳定性。该免疫传感器可以用于大肠杆菌O157:H7的快速检测。     

金属纳米粒子在手性拆分及手性识别领域中的应用

手性是自然界的本质属性,开发新的快速、高效、灵敏的手性分离分析方法对于对映体的立体选择性合成、手性药物的药理研究、对映体的纯度分析以及环境监测均具有重要意义。金属纳米粒子具有比表面积大、稳定性好和表面易修饰等优点,因而可作为理想的载体用于手性色谱领域;由于导带电子的集体震荡而产生的特殊的表面等离子体共振、荧光和催化性能等,使得金属纳米粒子在光学、电化学等手性传感器方面的应用和理论研究也不断深入。该文对近年来不同类型金属纳米粒子(金纳米粒子、银纳米粒子、量子点、磁性纳米粒子等)在手性分离和手性识别领域的应用现状进行了综述,并对该领域今后的发展进行了展望。     

无机纳米粒子的生物合成

无机纳米粒子的生物合成是指利用自然界中细菌、放线菌和真菌等微生物或一些高等植物在常温、常压下合成无机纳米粒子,不需使用有毒化学原料或不产生有毒副产品。该方法不仅是一种绿色的、环境友好的新型纳米材料合成策略,而且对深入了解生物矿化机理以及从理论上指导先进功能材料的设计和合成具有重要意义,因此近年来受到了化学、材料、生物科学等领域研究者的广泛关注。本文根据纳米粒子组成,分别综述了国内外利用生物体合成金属、硫化物和氧化物等无机纳米粒子的研究进展,重点讨论了生物合成的机理。结果表明:生物合成的无机纳米粒子具有尺寸分布窄、稳定性高、生物相容性好、产率高和成本低等优点; 为了适应高金属离子浓度的外界环境,生物体往往通过吸附、还原或沉淀、累积或排出等一系列生化过程改变金属离子的溶解性和毒性,从而导致无机纳米粒子的形成; 合成无机纳米粒子后,微生物通常仍具有繁殖能力,表明这些微生物可以被用于生产无机纳米粒子的生物工厂。然而,生物合成无机纳米粒子涉及到的生理过程非常复杂,微生物种类繁多,不同种类之间的差异也非常大。因此,在阐释生物合成机理、拓展纳米材料的种类和形貌、纳米粒子的后处理和应用等问题上仍需进一步深入研究。     

银纳米粒子修饰的二维金属-有机框架纳米片用于光热增强银离子释放抗菌

近年来,二维(2D)金属-有机框架(MOF)纳米复合材料被广泛的应用于生物医学领域,尤其是在抗菌方面。在此,我们通过光照诱导还银离子成功在二维MOF纳米片上生长银纳米粒子,得到了一种银纳米粒子(Ag NPs)修饰的二维Zr-Fc-MOF (MOF-Ag)纳米片,并将其用于光热增强Ag⁺释放抗菌治疗。通过水热法和超声处理合成MOF纳米片,然后通过原位光辐照诱导还原在MOF纳米片上生长Ag NPs。系列表征结果表明Ag NPs成功负载到MOF纳米片上。聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的修饰不仅可以增强MOF-Ag在溶液中的稳定性,还可以增强它的生物相容性。在近红外激光(NIR)照射下,MOF纳米片可以在短时间升温,而温度的升高可以加速Ag NPs在溶液中氧化为银离子。通过细菌生长曲线、菌落相对数和细菌形态变化等实验表明PVP@MOF-Ag纳米片具有优异的广谱杀菌性能。此外,2D MOF纳米片良好的光热性能不仅可以增强Ag⁺的释放,还可以增强细胞膜的通透性,随后进入细菌中的Ag⁺可以诱导内源性活性氧的产生,从而引发细菌的氧化应激,实现高效抗菌。基于良好的体外抗菌性能,进一步将PVP@MOF-Ag纳米片用于小鼠伤口愈合,在此期间PVP@MOF-Ag纳米片表现出良好的治疗效果和生物安全性。我们的研究结果表明,PVP@MOF-Ag纳米片可以作为光热增强Ag⁺释放抗菌治疗和伤口愈合的有效平台。     

一种光功能有机纳米粒子的制备及细胞毒性评价

合成了一种具有双光子荧光探针功能的有机纳米粒子2,5,2',5'-(4'-N,N-二苯胺苯乙烯基)联苯(DPA-TSB), 并研究其细胞毒性. 利用水溶性四氮唑(WST-1)法、 乳酸脱氮酶(LDH)法和流式细胞术检测了胃癌细胞吞噬纳米粒子后的生理活性. 研究结果表明, 在纳米粒子浓度小于12 μg/mL时, 胃癌细胞仍表现出较好的生理活性, 表明该纳米粒子是一种具有较好生物安全性的光功能有机纳米粒子.