PEI/Au纳米材料制备开题报告

全文总字数：2678字

1. 研究目的与意义

纳米金因其具备良好的光学、电学和生物亲和能力等特性，已成为21世纪在催化、检测、生物传感、药物载体、生物探针、基因芯片等方面幵发应用研究得越来越多的新材料。金纳米粒子的粒径大小、表面结构与自身的催化活性、选择性有着至关重要的联系。本课题主要研究了纳米金制备方法，并且讨论了纳米金在工业催化、生物医药、生物分析化学、食品安全快速检测等方面的应用。同时采用聚乙烯亚胺（PEI）作为还原稳定剂，在纳米金粒子生长过程中起到结构或形貌导向作用；以紫外光谱为研究手段，调控聚乙烯亚胺与氯金酸的比例，优化金纳米粒子的制备条件。通过TEM表征表明PEI存在下，制备的纳米Au的粒径在5-13 nm之间。

2. 国内外研究现状分析

1857年，法拉第研究道尔顿理论时，对纳米金作了系统的研究，发现假如向含有纳米颗粒金的溶液中加入少量的电解质，溶液可由红宝石色经蓝色最终凝集为无色，但若加入如明胶等这样的大分子物质便可以阻止这种颜色变化；1935年Edward等人也发现纳米金能强健体质并有效地降低患者的疼痛感；1939年Kausche和Ruska用高倍的电子显微镜扫描观察用金纳米颗粒标记的烟草花叶病毒，发现金颗粒是细颗粒状，并呈高电子密度；1971年Taylor和Faulk首次用直接免疫细胞的化学技术将免疫金染色(immunogold staining IGS)，然后将纳米金颗粒与兔抗沙门氏菌抗血清(免疫清)相结合，来检测沙门氏菌表面的抗原，开创了将纳米金用于免疫标记的技术先河；在1973年Frens创立将0.01%的氯金酸溶液100mL加热至沸腾，迅速加入1%的柠檬酸钠溶液4mL，溶液立即变成蓝色，继续加热至溶液由蓝色变为透明的橙红色为止，约7-10min左右；1985年Slot与Geuze对该法进行了改良，特点是通过改变鞣酸的用量制备出多种颗粒直径的胶体金，颗粒直径均匀一致；1986年，Henegouwen等完善了白磷还原法，制备出不同直径的胶体金。取0.5mL新鲜配制的20%饱和白磷乙醚溶液，加入到60mL用上述方法制备的胶体金中充分振摇，再加入1%氯金酸溶液0.75mL及0.1mol/L碳酸钾溶液0.6mL，振摇数分钟溶液变成棕红色，加热煮沸上述溶液直至变成鲜红色，约需10min；2003年Gao J等利用晶种生长法合成不同长径比的金纳米棒，并考察了长径比对金纳米棒的等离子共振的影响；2004年Matsui等人使用分子印记(MIP)技术制备了固定有金纳米粒子的传感器，当被测物进入该传感器后，金纳米颗粒之间的距离变大，造成纳米金的等离子体共振带发生蓝移，再通过肉眼观察颜色变化或紫外检测最大波长的变化可以确定待测物的浓度，对肾上腺素的检测限可以达到5μM；同年美国的Patrick等采用了一种称为纳米壳辅助的光热疗法的实验方法来灭活肿瘤细胞，在这种方法中，一种新型的具有可变光学吸收性的金纳米微粒能够从肿瘤细胞的脉管系统中被动渗出，他们把小于130 nm的金外壳包裹的聚乙烯乙二醇通过静脉注射到老鼠的体内，微粒在血液中循环6 h以后，用近红外光照射皮下肿瘤部位，效果良好；2005年美国阿肯色大学的Zharov等设计了一套系统，将40 nm的金纳米微粒通过抗体与MDA-MB-231乳腺癌细胞上的抗原结合然后用激光照射细胞金纳米微粒结合体，可以观察到在金纳米周围产生大量的气泡从而导致肿瘤细胞的死亡；2006年美国加州大学和乔治亚理工学院的El-Sayed等通过利用EGFR抗体-金纳米结合体，特异性的靶定癌细胞，进行激光照射。在实验中分别将两个口腔鳞片癌细胞系和一个良性细胞系与EGFR抗体-金纳米微粒结合体一起孵育，然后将样品置于可见氩激光光源中，结果发现只需用于杀死良性细胞一半的激光能量就能将恶性癌细胞杀死；而只有少量金纳米微粒存在的细胞则受到很小的热能破坏。2007年Haiss等利用晶种生长合成尺寸在5-100nm的球形金纳米颗粒。并通过研究球形金纳米颗粒的尺寸对共振信号的影响，建立一种基于紫外一可见吸收光谱的尺寸判别方法；2007年Yakar等应用抗体与抗原之间的特异性识别作用，使用聚(苯乙烯磺酸钠)( PSS)和抗体(anti-EGFR antibody)来修饰CTAB稳定的金纳米棒制备生物探针。随后用抗体修饰的金纳米棒颗粒与EGFR过度表达的癌细胞发生特异性识别而标记癌细胞，利用金纳米棒的光学特性进行了癌细胞的双光子发光成像研究工作。用760nm的激光光源，从金纳米棒标记的癌细胞获得的双光子发光强度是没有金纳米棒标记的癌细胞自身发出荧光的3倍。同年Ivan El-Sayed等人首次报道了金纳米棒光学和光热性质的联合应用，该研究发现，人的口腔细胞能够聚集排列结合在抗表皮生长因子受体上的金纳米棒，而纳米棒附近的癌症分子可以产生强的锐线极化拉曼光谱，可以作为诊断癌细胞的特征信号；2009年鲁卫平等人在已有的真菌基因分离技术中，建立了单次PCR放大法，以金纳米的最新基因芯片结合检测分析手段，对多个有致病作用的酵母菌进行了检测；2010年Brendan D. Smith and Juewen Liu等人研究了用纳米金与己知碱基排列顺序的单链DNA结合，在缓冲溶液中，盐浓度小于30%，较低的Tm下通过溶液颜色由红到蓝的变化，来确定未知DNA是否与已知DNA的结合来达到检测单碱基突变的目的。

3. 研究的基本内容与计划

前期需要查阅文献，并对相关的文献进行总结概述；把握本课题的国内外研究进展，理解本研究课题的意义；拟定合成制备方案，在进行制备钱，需要和指导老师讨论实验研究方案的可行实验中要求掌握PEI修饰的金纳米复合材料制备技术以及相应的材料表征手段，能熟练的操作分析仪器，了解所用化学药品的理化性质和毒理效应，并正确的使用，在确保安全的前提下有序地开展实验。在实验过程中，需要如实记录实验现象，主动与指导老师交流，分析。能熟练运用office，origin等相关办公、化学数据处理软件，整理分析实验数据，获得实验结论。

4. 研究创新点

1本文介绍了纳米金制备方法，讨论了纳米金在工业催化、生物医药、生物分析化学、食品安全快速检测等方面的应用。

2采用聚乙烯亚胺（pei）作为还原稳定剂，在纳米金粒子生长过程中起到结构或形貌导向作用；

3以紫外光谱为研究手段，调控聚乙烯亚胺与氯金酸的比例，优化金纳米粒子的制备条件。tem表征表明pei存在下，制备的纳米au的粒径在5-13 nm之间。