戊二醛还原法制备纳米金及其类葡萄糖氧化酶活性测定_闵晟一.pdf

2023 年 第 1 期 化学工程与装备 2023 年 1 月 Chemical Engineering&Equipment 19 戊二醛还原法制备纳米金及其戊二醛还原法制备纳米金及其 类葡萄糖氧化酶活性测定类葡萄糖氧化酶活性测定 闵晟一（苏州大学 放射与辐射防护学院，江苏 苏州 215000）摘摘 要：要：以聚乙烯吡咯烷酮为保护剂，戊二醛为还原剂，通过一步还原法制备纳米金，利用电子显微镜、纳米粒度分析仪和紫外分光光度计对其进行表征，并研究了合成条件对材料粒径、形貌以及分散性的影响，并检测了纳米金的类葡萄糖氧化酶（GOD）活性。结果表明合成最适条件为：65下在氯金酸和 PVP 质量比为 1:1 的混合溶液中迅速加入戊二醛（戊二醛与氯金酸的摩尔比为 3：1），合成的纳米金分散性好，尺寸均一，平均粒径为 70.2 nm，具有良好的类葡萄糖氧化酶活性。关键词：关键词：纳米金；化学还原；戊二醛；聚乙烯吡咯烷酮；类酶活性 纳米金具有独特的表面效应、量子效应和生物相容性，现已成为很多领域的譬如：光电、催化、生物医学等的研究和应用的热点。在生物科学还有医学上，金溶胶可以应用于生物检测、疾病诊断、药物载体以及疾病治疗。1-3戊二醛常用于实验室细胞固定及杀菌消毒。4与制备纳米金常用的还原剂硼氢化钠相比，具有安全、不易变质、还原性温和等特点。在本工作中，以聚乙烯吡咯烷酮为保护剂，使用戊二醛还原氯金酸，系统改进反应制备条件，制备了分散均匀、大小近似，类酶的活性高的金溶胶。1 1 实实 验验 1.1 试剂 四氯合金（III）酸（HAuCl44H2O，国药试剂），聚乙烯吡咯烷酮（PVP-6500，西格玛奥德里奇），3,3,5,5-四甲基联苯胺（TMB，西格玛奥德里奇），过氧化氢 30%（H2O2，永华化学），戊二醛（C5H8O2，国药试剂），辣根过氧化物酶（HRP，上海源叶），均为分析纯。实验用水为超纯水，纯水系统(Direct Q5)，电阻率 18.2 Mcm。1.2 金纳米颗粒的制备与表征 1.2.1 金纳米颗粒的制备 方式 1：取氯金酸溶液（0.024 mol/L）合适的体积，酌量混合进入 PVP 溶液（0.0001mol/L），温热，以很快的速率注入适量戊二醛（0.03 mol/L），数分钟后溶液出现粉红色，停止搅拌并冰水浴冷却。方式：取合适的量的戊二醛（0.03 mol/L）和 PVP 溶液（0.0001mol/L）混合，温热经过一段时间后迅速注入适宜的量的氯金酸溶液（0.024 mol/L），溶液出现粉红色时停止搅拌，并立即冰水浴冷却。在 4条件下以 21000 r/min 转速离心，弃去上清液，沉淀分散于 PVP 溶液中保存。1.2.2 金纳米颗粒的表征 利用 Tecnai G2 spirit BioTwin 型透射电子显微镜可直观显示金溶胶大小、形貌及分散度；使用名为紫外光谱仪（型号：岛津 3600）完成金溶胶的紫外可见吸收光谱的测试，范围在 300.0900.0 nm，利用纳米激光粒度仪（Zetasizer Nano ZS90）检测纳米金的水合粒径。纳米金的平均粒径根据 Wolfgang Haiss 等人给出的公式计算。5 其中，Aspr为表面等离子体共振峰，A450为 450 nm 处的吸光度。1.2.3 金纳米颗粒类酶活性检测 配置 20mM 的葡萄糖标准溶液，加入纳米金，孵化 30分钟，离心后取上清液，加入 TMB 和 HRP，5 分钟后测定溶液 565nm 处吸收峰。2 2 调控因素讨论调控因素讨论 2.1 还原剂用量的影响 戊二醛和 HAuCl4的理论摩尔比为 3:4，为保证价格更昂贵的 HAuCl4反应充分，使其摩尔比大于 3:4。固定 HAuCl4和保护剂用量，在 65下通过改变戊二醛的用量来制备金纳米溶胶。在氯金酸：戊二醛摩尔比分别为 0.75:1，1:1，2:1，3:1，4:1 条件下，纳米金最大吸收波长分别 538.0，533.5，530.0，522.5，526.5（单位：nm），平均粒径分别为 9.7，8.9，8.4，6.8，7.0（单位：nm）。图 1 和图 2 分别是金溶胶的 UV-VIS 和形状大小表征。如图 1 所示，金胶体样品的吸收峰出现在 520nm 附近，半峰宽度随着 C5H8O2含量的增加而增加，表明生成的金溶胶的直径减小，离散程度变宽。从图 2 可以看出，颗粒近似球形，胶体金沉淀过程类似于结晶过程，可分为两个阶段：第DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.01.11020 闵晟一：戊二醛还原法制备纳米金及其类葡萄糖氧化酶活性测定 一阶段是晶核形成，第二阶段是晶体生长。当加入少量戊二醛时，部分 AuCl4-被还原为金原子，形成晶核。由于初始晶核的粒径小，表面能高，一旦形成，AuCl4-将被吸附，生成晶核的速度慢，数量少，剩余 AuCl4-将更过量，吸附的概率大，吸附的离子将减少，生成的金颗粒将更大。当添加更多戊二醛时，一次形成大量晶核，周围没有残留的 AuCl4-离子。吸附保护剂 PVP 用于保持自身的稳定性，从而获得粒径更小、均匀性更好的金颗粒。如图 2 所示，当戊二醛与氯金酸的摩尔比为 3:1 时，制备的金纳米粒子大小均匀，分散良好。图图 1 1 不同不同戊二醛戊二醛用量制备的金溶胶的紫外吸收光谱用量制备的金溶胶的紫外吸收光谱 图图 2 2 （a a）纳米金电镜照；（纳米金电镜照；（b b）水合粒径）水合粒径 图图 3 3 戊二醛制备的纳米金的类戊二醛制备的纳米金的类 GODGOD 活性评估活性评估 2.2 反应温度的影响 固定其他条件，在 45，65，85条件下制得的纳米金最大吸收波长分别为 537.0，525.5，527.0（单位：nm）。随温度缩减，金溶胶的吸收峰红移，半峰宽变宽，反映出成熟的金纳米半径变小，颗粒的大小分布变窄。气温越高，分子材料活动越猛烈，越易于固体金的散布，粒子相撞的机会也会扩展，扩充了粒子相聚的概率，不过缘故保护剂的存有，见效地抑制了微粒相聚。特定的作用温度，转化核晶的机理不尽相同，温度越高，成熟晶核的速率越快，介质中残存的AuCl4-越少，附着的发生率小，故转化的金粒子的粒度分布小，且更相容。2.3 保护剂用量的影响 借助绑定氯金酸的添加量，转换 PVP 浓度，浅析保护剂剂量的作用，金胶的紫外吸收光谱揭示金溶胶的吸收峰 随 PVP 倒入量的扩大先蓝移后红移，半峰宽先减后增，可以看出合成的金成分的粒度先减后增，表面积分布频率先变窄后变宽，散发性先变好后变差。溶胶是极其涣散的多相系统，能量高，热力学不稳健，微球的围聚会使系统的能量削减。PVP 的亲水极性基团维持了金粒子在水中极强的零散性，能够遏制金微粒的成长及围聚，使其富有极佳离散性。PVP 对金微粒的边缘裹藏经 3 个工序：遮挡不十足、恰巧基本遮挡、缠绕透顶的 PVP 在过多的 PVP 反应下生出离子化。当 PVP 添加量还是比较有限时，PVP 对金粒表层只好部分点缀，未被覆盖的边缘还可吸引介质中的 AuCl4-赓续还原，致使颗粒尺寸更大且粒度分布较宽，发散性差；伴随 PVP 插入量增进，已达某个加量（即氯金酸与 PVP 的质量比为）时PVP 凑巧完满包覆金固体，此时金颗粒表皮难以再粘附混合液中的 AuCl4-持续还原，于是成熟的金粒最均匀、晶粒微小，散布性最强；PVP 添加量持续上升，则混合溶液中的 PVP与附着在金微纳粒子表层的PVP感化，PVP从金粒轮廓溶解，此时金粒的表层已难以被 PVP 完备紧裹，促成晶粒变大、颗粒分布变宽、发散性变差。2.4 试剂加入顺序的影响 固定其余反应条件，改变试剂加入顺序：先将氯金酸和 PVP 混合，后加入戊二醛。先将戊二醛与 PVP 混合，再加入氯金酸。制备的金溶胶的紫外吸收光谱如图 3 所示。先加戊二醛的比后加戊二醛的 要大，并且半峰宽大，吸光度小，说明粒子直径大、粒径分布宽、金溶胶浓度小。戊二醛高温下还原性强，若先将戊二醛与 PVP 混合加热，在高温下部分戊二醛迅速活化，加入氯金酸后少量晶核成熟混合溶液中盈余的 AuCl4-就居多附着在晶核外表延续成长，引起成熟的金粒状体积较大、颗粒的大小分布较宽。3 3 纳米金颗粒类酶活性的表纳米金颗粒类酶活性的表征征 通过 TMB 法测定了纳米金的类葡萄糖氧化酶（GOD）活性，其原理是：纳米金催化葡萄糖氧化生成葡萄糖酸和过氧化氢，过氧化氢在 HRP 催化下将 TMB 氧化成蓝色的 ox-TMB，该生成物在 650 nm 处具有最大吸收峰，可依据生成的ox-TMB 吸光度测定纳米金的类葡萄糖氧化酶活性。6,7在65，戊二醛:氯金酸摩尔比等于 3:1，PVP:氯金酸质量比为 1:1 条件下制备得的纳米金经上述检测后，测定溶液的紫外-可见吸收光谱如图 3。据图 3，材料具有较好的葡萄糖氧化酶活性，相较于传统方法制备的纳米金表现出更好的催化活性，推测可能是戊二酸根阴离子吸附在纳米金表面所致。4 4 结结 论论 （1）挑选戊二醛为还原剂，其添加量以戊二醛与氯金 闵晟一：戊二醛还原法制备纳米金及其类葡萄糖氧化酶活性测定 21 酸的摩尔比为 3:1 时为最适合，在此方式下制得的金微粒的颗粒尺寸为 7nm、直径分布窄、扩散性好。（2）制成金溶胶的适宜温度为 65，制得的金颗粒的阵性好、颗粒均匀一致。（3）氯金酸与 PVP 质量比为 1:1 时，PVP 能够阻遏金粒子的生长及围聚，并使制得的金溶胶有极好的分散性，表面积分布窄。（4）相对于氯金酸的添加次序，后加戊二醛比先加戊二醛制得的金细颗粒更均匀一致、粒级小。（5）采用戊二醛法制备得的 7 nm 平均粒径的纳米金颗粒具有良好的葡萄糖氧化酶类酶活性，应用潜力大。参考文献参考文献 1 Rojluechai,Siriphong,Sumaeth Chavadej,et al.Catalytic activity of ethylene oxidation over Au,Ag and AuAg catalysts:Support effectJ.Catalysis Communications,2007(8):57-64.2 Qian X.,Peng XH.,Ansari D.,et al.In vivo tumor targeting and spectroscopic detection with surface-enhanced Raman nanoparticle tagsJ.Nat Biotechnol,2008(26):83-90.3 英帅.金纳米粒子复合材料的设计及应用研究D.吉林大学,2017.4 姜笃银,陈璧,陶克.戊二醛对异种无细胞真皮基质的交联作用及其实验研究C/中华医学会烧伤外科学分会,中华医学会第六届全国烧伤外科学术会议论文汇编.2001:177.5 Haiss W,Thanh NT,Aveyard J,et al.Determination of size and concentration of gold nanoparticles from UV-vis spectraJ.Anal Chem,2007,79(11):4215-21.6 Comotti M.,Della Pina C.,Matarrese R.et al.The Catalytic Activity of“Naked”Gold ParticlesJ.Angewandte Chemie International Edition,2004,43:5812-5815.7 于书萱.金纳米粒子及其复合物的类葡萄糖氧化酶活性研究D.吉林大学,2021.（上接第（上接第 1818 页）页）_ 如图 5 所示，流体从进入管道后开始流动，部分流体与管壁（A-A）发生碰撞，使得流体流动方向发生变化。同时，在流体速度完全平行于管壁前（如图 3-1 中所示），一部分流体往低处流动（如图 5 中所示），在处形成涡流。依靠动量交换，涡流维持运动所需的能量由主流提供，且涡流区域由于压力升高带来的流速减低，这