一種基于蛋白還原法的合金納米顆粒制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬納米顆粒材料的制備領(lǐng)域，是一種基于蛋白還原法的合金納米顆粒制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]二元或多元合金納米顆粒以其優(yōu)異的理化性質(zhì)在催化、光學(xué)、生物傳感、藥物遞送等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。合金不但可以具有單一金屬所特有的性質(zhì)，還可能產(chǎn)生協(xié)同效果，故而近年來各種新型納米合金顆粒組合層出不窮。
[0003]納米顆粒的合成需要還原劑和穩(wěn)定劑。由于添加化學(xué)還原劑可能對環(huán)境帶來負(fù)面影響，不符合綠色化學(xué)的發(fā)展方向，因此越來越多的綠色合成法應(yīng)運(yùn)而生。這包括利用各種生物資源，如:蛋白質(zhì)、DNA、植物提取液、微生物等。其中，蛋白質(zhì)憑借自身的還原性氨基酸殘基可直接用于納米顆粒的還原，是一種綠色溫和的還原手段。但是，其耗費(fèi)時間較長，故而仍需要開拓新思路以提升蛋白直接還原納米顆粒的反應(yīng)速率和產(chǎn)率。關(guān)于一些新型制備手段也有報道，如利用微波法促進(jìn)納米粒子生成；將氣泡鼓入溶液中形成氣液界面用以合成納米合金等。然而，利用銅、鎳、亞鐵、鋁等易被蛋白還原的離子形成零價納米簇，加速還原銀、金、鉑、鈀等貴金屬并合成合金甚至三元合金的方法鮮有報道。所形成的合金不僅具有原目標(biāo)金屬納米顆粒的光譜性質(zhì)和還原性質(zhì)，同時也有機(jī)會獲得兩種納米金屬的協(xié)同性質(zhì)，應(yīng)用前景十分廣闊。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對上述問題，研制出一種基于蛋白質(zhì)快速還原制備合金納米顆粒的方法，在堿性水相環(huán)境下，制備出直徑為5-13nm的合金納米顆粒。
[0005]本發(fā)明的原理是:基于銅、鎳、亞鐵、鋁離子的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢小于銀、金、鉑、鈀離子，為了提高蛋白質(zhì)較難還原的貴金屬銀、金、鉑、鈀納米粒子的生成速率和產(chǎn)率，利用銅、鎳、亞鐵、鋁鹽溶液，使用蛋白質(zhì)將它們還原成銅、鎳、鐵、鋁納米團(tuán)簇作為成核物質(zhì)，以增加的銀、金、鉑、鈀離子的還原速率和產(chǎn)率，所合成的合金納米顆粒具備目標(biāo)貴金屬納米顆粒的性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了蛋白直接還原合金納米顆粒的快速制備。
[0006]本發(fā)明的一種蛋白直接還原的合金制備方法包括如下具體步驟:
[0007](I)制備純化蛋白溶液3_50mg mL—1;
[0008](2)配制銀、金、鉑或鈀中一種或其中任意兩種混合的貴金屬鹽溶液10_30mM ;
[0009](3)配制銅、鎳、亞鐵或鋁的金屬鹽溶液20-30mM，這些金屬需比步驟(2)中貴金屬的標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電勢低；
[0010](4)將(I) (2) (3)溶液混合制成納米合金前驅(qū)體溶液，用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH至堿性范圍，將前驅(qū)體溶液均勻混合后通高純氮?dú)獬酰^而放入水浴中加熱即可得到由蛋白快速還原的納米合金。
[0011]通過紫外分光光度計(jì)測得溶液的表面等離子共振譜峰或通過透射電子顯微鏡可監(jiān)測產(chǎn)物合成情況，所形成的單一峰可證明合成納米顆粒為均質(zhì)合金。
[0012]在步驟(I)中，所述蛋白溶液為含有pH在8.0-13.0范圍內(nèi)具備還原能力的氨基酸殘基的蛋白和多肽，在合成中并不限制其保持空間結(jié)構(gòu)，甚至這些蛋白的淀粉樣纖維體也均適用。其中具有還原性的氨基酸為色氨酸、酪氨酸、賴氨酸、精氨酸、組氨酸、半胱氨酸、谷氨酰胺，選取優(yōu)質(zhì)牛乳球蛋白、溶菌酶、胰島素、牛血清白蛋白，以及這些蛋白所成的淀粉樣纖維。其中一分子牛乳球蛋白中主要起還原作用的為2個色氨酸殘基，4個酪氨酸殘基，15個賴氨酸殘基；一分子溶菌酶中主要起還原作用的為6個色氨酸殘基，3個酪氨酸殘基，6個賴氨酸殘基，11個精氨酸殘基；一分子胰島素中主要起還原作用的為8個酪氨酸殘基，2個賴氨酸殘基，5個半胱氨酸殘基，4個組氨酸殘基；一分子牛血清白蛋白中主要起還原作用的為20個酪氨酸殘基，6個賴氨酸殘基，6個谷氨酰胺殘基。
[0013]在步驟(I)中，所述蛋白溶液配制方法為:用超純水配制3-50mg mL—1蛋白溶液，調(diào)節(jié)pH至8.0-13.0，穩(wěn)定一小時后將其離心取上層清液，并通過超速離心或透析除去原蛋白中雜質(zhì)離子。最終蛋白濃度由紫外分光光度計(jì)確定。
[0014]步驟(2)中，所述貴金屬鹽溶液為水溶性一價銀鹽、三價金鹽、四價鉑鹽、二價鈀鹽或它們之中任意兩者混合；優(yōu)選硝酸銀、氯金酸、氯鉑酸、氯化鈀。
[0015]步驟(3)中，所述金屬鹽溶液為水溶性銅鹽、鎳鹽、亞鐵鹽和鋁鹽；優(yōu)選氯化銅、硝酸銅、硫酸銅、氯化鎳、氯化亞鐵、氯化鋁。
[0016]步驟(I)中所述蛋白溶液與目標(biāo)合金產(chǎn)物并無特殊對應(yīng)關(guān)系。
[0017]在步驟(4)所述前驅(qū)體溶液中，所述的前驅(qū)體溶液混合體積比例為純化蛋白溶液:貴金屬鹽溶液:金屬鹽溶液為I: (0.2-18): (8-80) O
[0018]蛋白的最終濃度優(yōu)選為0.3-lmg mL—1，金屬最終濃度優(yōu)選為500-1800 μ M。
[0019]在步驟⑷中，所述反應(yīng)的反應(yīng)溫度優(yōu)選為60-90°C，pH優(yōu)選為8.0-13.0，超出此PH范圍，蛋白中起還原作用的氨基酸殘基會受影響，從而降低納米顆粒產(chǎn)率，而所述混合順序并無特殊要求。
[0020]與現(xiàn)有合成方法相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0021](I)本發(fā)明將蛋白直接還原貴金屬納米顆粒的制備時間由l_5h降低為5-30min，能夠快速有效地合成具備目標(biāo)納米顆粒性質(zhì)的納米合金，大大提高了合成速率；
[0022](2)本發(fā)明提供了一種利用低電極電勢的金屬銅、鎳、鐵、鋁促進(jìn)貴金屬銀、金、鉑、鈀納米顆粒的合成并最終形成合金的新思路，其中蛋白質(zhì)既是還原劑又是納米顆粒的穩(wěn)定劑；
[0023](3)本發(fā)明所用蛋白質(zhì)并不要求空間結(jié)構(gòu)的保持，去折疊的蛋白質(zhì)甚至淀粉樣蛋白纖維亦適用于此合成方法。
[0024](4)本方法制備過程均為水相溶液，無有機(jī)溶劑，利用蛋白質(zhì)為還原劑，綠色環(huán)保，操作簡便，并降低了合成貴金屬納米顆粒的成本；
[0025](5)本方法除步驟4需要在60_90°C的條件下進(jìn)行外，其它均在室溫下進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)條件溫和；
[0026](6)本方法所制備的合金納米顆粒重復(fù)性好，便于工業(yè)生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所述加入硫酸銅在90°C水浴中加熱5min后所合成的銅銀合金納米顆粒與未加入銅離子情況下在90°C水浴中加熱5min的銀納米顆粒消光譜對比。證明加入硫酸銅后反應(yīng)速率和產(chǎn)率顯著提高。
[0028]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1所述銅銀納米合金顆粒@牛乳球蛋白復(fù)合物高倍透射電子顯微鏡圖像，其中晶面間距對應(yīng)銀銅合金的(111)晶面，證明了銀銅合金的合成。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合具體的實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)理解，這僅是為了舉例說明本發(fā)明，并非以任何方式限制本發(fā)明的范圍。
[0030]實(shí)施例1:牛乳球蛋白還原銅-銀合金納米顆粒的制備，具體操作步驟如下:
[0031](I)制備純化的牛乳球蛋白溶液:稱取一定量牛乳球蛋白粉末溶于超純水中，調(diào)節(jié)pH至11.0，穩(wěn)定一小時后將其離心取上層清液，并通過超速離心或透析除去原蛋白中雜質(zhì)離子。最后，通過紫外分光光度計(jì)將純化后的牛乳球蛋白溶液濃度確定為4mg HiL-1O
[0032](2)貴金屬納米銀選用硝酸銀作為前驅(qū)體，制備1mM硝酸銀溶液。
[0033](3)比銀氧化還原電極電勢低的金屬鹽選用硫酸銅作為前驅(qū)體，制備20mM硫酸銅溶液。
[0034](4)制備合金納米銅-銀O牛乳球蛋白復(fù)合物:將500 yL牛乳球蛋白溶液，180 yL硫酸銅溶液，300 μ L硝酸銀溶液以及4mL去離子水一同置于小玻璃瓶中。調(diào)節(jié)溶液pH為12.0，經(jīng)磁力攪拌混勻后，向前驅(qū)體溶液通高純氮?dú)獬酢；旌虾?，前?qū)體溶液中牛乳球蛋白的濃度為0.4mg mL'繼而將小瓶放入90°C水浴中加熱，15min即可得到由牛乳球蛋白還原的銅-銀合金納米顆粒。
[0035]相比于同條件下未加入銅離子，加熱5min銅銀合金納米與銀納米顆粒合成情況對比如圖1所示，表明加入硫酸銅短時間內(nèi)即可達(dá)很高產(chǎn)率。其單一表面等離子共振譜峰位置在410nm，同時如圖2所示銅銀納米顆粒高倍透射電子顯微鏡圖像，其中晶面間距對應(yīng)銀銅合金的(111)晶面，證明合成了均質(zhì)銀銅合金納米顆粒。
[0036]實(shí)施例2:牛乳球蛋白還原銅-銀-金三元合金納米顆粒的制備，具體操作步驟如下:
[0037](I)制備純化的牛乳球蛋白溶液:如實(shí)施例1中步驟⑴所述，將純化后的牛乳球蛋白確定為4mg mL'
[0038](2)貴金屬納米金銀選用氯金酸和硝酸銀作為前驅(qū)體，制備1mM硝酸銀溶液，20mM氯金酸溶液。
[0039](3)比金、銀的氧化還原電極電勢低的金屬鹽選用氯化銅作為前驅(qū)體，制備20mM硫酸銅溶液。
[0040](4)制備合金納米銅-銀-金O牛乳球蛋白復(fù)合物:將500 μ L牛乳球蛋白溶液，180 μ L硫酸銅溶液，240 μ L硝酸銀溶液，100 μ L氯金酸溶液，以及4mL去離子水一