納米金溶液的研制及其性能研究*

何 靈，洪雨婷，胡 振，鄭旭坤，盧琳娜

(閩江學院服裝與藝術(shù)工程學院，福建 福州 350108)

在現(xiàn)如今科技急速發(fā)展的時代，不再以單獨的某一學科領(lǐng)域做研究，交叉學科研究成為研究學者們更為關(guān)注的對象。納米材料是指顆粒直徑在1～100 nm的納米顆粒組成的材料，其具有小尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)、表面效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等特殊性能[1]。納米金是指金納米顆粒，能有效附著于生物大分子上。納米金顆粒通常以膠體金的形態(tài)存在于水溶液中，其性質(zhì)取決于納米金的粒徑及粒徑分布[2]?；诩{米材料的特殊性能，納米金可作為紡織材料應(yīng)用于醫(yī)用領(lǐng)域，研究學者發(fā)現(xiàn)納米金具有其良好的生物相容性及醫(yī)學價值，早在19世紀末的美國，納米金溶液就被用來治療酗酒及關(guān)節(jié)炎等疾病[3]。

在其他臨床醫(yī)學等其他醫(yī)療領(lǐng)域中，傳統(tǒng)包扎傷口敷料無明顯的抗菌性能。后學者研究發(fā)現(xiàn)可將納米銀作為抗菌劑附著于醫(yī)用敷料纖維上，從而起到抗菌抗病毒的作用，防止傷口感染，從而起到促進傷口愈合的作用。但存在一些人有對金屬銀過敏的現(xiàn)象，因此納米金可以代替納米銀選用作為抗菌材料[4]。本實驗采用氯金酸通過化學還原法制備納米金溶液，成功地制備了體系穩(wěn)定性良好，溶液顆粒分布均勻，品相良好的納米金溶液。

1 實 驗

1.1 主要材料與儀器

主要材料：氯金酸、硼氫化鈉、檸檬酸鈉、硫酸、鹽酸、碳酸氫鈉、氯化鈉、氫氧化鈉、乙醇(以上試劑均為分析純)，國藥集團有限公司；大腸桿菌(E.coli)、金黃色葡萄球菌(S.aureus)，福州市疾病預(yù)防控制中心。

主要儀器：TecnaiG220型透射電鏡，美國FEI公司；HPPS 5001型激光粒度分布儀，英國馬爾文公司；LRH-250A型生化培養(yǎng)箱，廣東省醫(yī)療器械廠。

1.2 納米金溶液的制備

最常見的制備納米金溶液的方法是化學還原法[4]，其過程是將還原劑加入到一定濃度的金離子溶液中，在高溫的條件下，將金離子還原成金單質(zhì)顆粒。常用的還原劑有除葡萄糖外、檸檬酸鈉、硼氫化鈉等[5]。制備出的納米金粒徑不同，其所用的還原劑制也不同[6]。

1.2.1 還原劑的選擇

對比檸檬酸鈉和硼氫化鈉兩種常見的還原劑對氯金酸溶液的實驗效果發(fā)現(xiàn)，由表1可知，在其它條件相同的情況下，使同等量濃度相同的氯金酸還原至相同的程度，檸檬酸鈉溶液所滴加的量遠大于硼氫化鈉溶液所滴加的量。

表1 還原劑種類對實驗的影響

表2 還原劑濃度對實驗的影響

(1)實驗步驟

①加入蒸餾水，將氯金酸溶液稀釋至100 mg/L；

②用天平稱取0.5 g的檸檬酸鈉，放入燒杯，用量筒量取50 mL的水倒入燒杯，在燒杯中放磁力轉(zhuǎn)子，放在攪拌器上使其攪拌均勻，得到10 g/L檸檬酸鈉溶液；

③通過上述方法得到15 g/L硼氫化鈉溶液。

(2)實驗現(xiàn)象

1.2.2 還原劑的濃度

本小組目的為制備出無明顯顆粒團聚，溶液成色透亮且穩(wěn)定性好的納米金溶液，配置不同濃度的硼氫化鈉溶液與氯金酸溶液產(chǎn)生反應(yīng)。

(1)實驗步驟

①設(shè)置四個燒杯，編號：①、②、③、④。燒杯中盛10 mL氯金酸溶液于其中；

②制備出濃度分別為600 mg/L、1200 mg/L、1800 mg/L、2400 mg/L硼氫化鈉溶液，分別滴加入四個燒杯中；

③預(yù)熱磁力加熱攪拌90 ℃，將步驟1中的四個燒杯放在攪拌器上加熱攪動使均勻反應(yīng)，滴加反應(yīng)溶劑。

(2)實驗現(xiàn)象

1.2.3 反應(yīng)浴比

(1)實驗過程

①量取12個燒杯，編號如表3、表4所示。

表3 氯金酸與硼氫化鈉的反應(yīng)浴比

表4 反應(yīng)浴比配置

②各取10 mL 100 mg/L氯金酸溶液于燒杯中。

③制備2400 mg/L硼氫化鈉溶液。

④預(yù)熱磁力加熱攪拌90 ℃，將步驟1中的四個燒杯放在攪拌器上加熱攪動使均勻反應(yīng)。

⑤在發(fā)現(xiàn)②和③號燒杯中的納米金溶液顏色最為透亮，故繼續(xù)實驗。

⑥將步驟1中使用的10個燒杯中放如磁轉(zhuǎn)子，同時將燒杯放放置于90 ℃的磁力加熱攪拌機中。利用移液槍滴加反應(yīng)試劑溶液。

(2)實驗現(xiàn)象

①號燒杯出現(xiàn)紫色；②號、③號，燒杯出現(xiàn)紅色；④號燒杯出現(xiàn)紫黑色。而在①s號，②s號，③s號，④s號，⑤s號，⑥s號，⑦s號，⑧s號中，依然以②號的顏色最為透亮干凈，呈酒紅色，且隔日后，最終顏色未見明顯變化。

綜合三組實驗表明，硼氫化鈉對氯金酸溶液具有良好的還原性。將2 400 mg/L的硼氫化鈉溶液加入氯金酸溶液中，在90 ℃磁力攪拌作用下充分反應(yīng)，可得到酒紅色清澈透亮的納米金溶液。

2 性能測試

2.1 透射電鏡(TEM)測試

將少量待測納米金溶液涂敷在200目銅網(wǎng)碳膜上，常溫下蒸發(fā)干燥，在TEM透射電鏡下觀察其微觀形貌。如圖1所示，納米金具有良好的分散性和均勻性，形狀較為規(guī)整，無團聚現(xiàn)象。

圖1 納米金溶液的TEM圖像

2.2 粒徑(DLS)測試

將制備好的納米金溶液稀釋至所需濃度，利用 HPPS 5001型激光粒度儀進行粒徑測試，每個樣品重復測三次。如圖2所示，納米金溶液的平均粒徑分布在10 nm左右。

圖2 納米金溶液的粒徑分布圖

2.3 耐高/低溫穩(wěn)定性分析

將制備好的納米金溶液置于不同的溫度環(huán)境中，觀察溶液的穩(wěn)定性。如表5所示，納米金溶液在-10 ℃和100 ℃，放置48 h后溶液穩(wěn)定無明顯變化，具有良好的耐高/低溫穩(wěn)定性。

表5 納米金溶液的耐高/低溫性能

2.4 耐化學性能測試

在納米金溶液中分別滴加H3BO3、HCL、氨水、NaCL、NaHCO3、NaOH、乙醇，靜置一定時間，觀察現(xiàn)象。如表6所示，納米金溶液顏色基本不變，也無分層現(xiàn)象出現(xiàn)。說明制備的納米金溶液具有良好的耐化學穩(wěn)定性。

表6 納米金溶液的耐化學性能

2.5 抗菌性能測試

將滅菌的營養(yǎng)瓊脂傾倒于培養(yǎng)皿中，待其冷卻后，用移液槍吸取菌懸液0.1 mL，用涂布棒均勻涂抹于瓊脂上。將3個直徑為4 mm的濾紙片均勻放置于瓊脂培養(yǎng)基上，并在每個濾紙片上均勻涂抹不同濃度的納米金溶液，將培養(yǎng)皿封口，倒置放入生化培養(yǎng)箱，于37 ℃恒溫培養(yǎng)18～24 h后觀察抑菌圈大小。

圖3中三個濾紙片上不同濃度的納米金溶液周圍均出現(xiàn)了透明的抑菌圈，抑菌圈直徑在10～12 mm，根據(jù)抗菌測試標準，可確定納米金溶液對E. coli和S. aureus均表現(xiàn)出抗菌作用。

圖3 納米金溶液的抑菌圈

3 結(jié) 論

本實驗以氯金酸為原料，通過還原金單質(zhì)的原理，將2 400 mg/L硼氫化鈉溶液作為還原劑，90 ℃下充分反應(yīng)，成功制得了穩(wěn)定性與化學性能優(yōu)良的納米金溶液。該方法制備得到的納米金顆粒直徑為10 nm左右，且分散性良好，對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌表現(xiàn)出抗菌作用。本實驗還通過降低反應(yīng)物濃度，提高了對反應(yīng)過程的可操控性，包括溶液浴比的設(shè)置，反應(yīng)溫度的設(shè)置等，增大了反應(yīng)條件梯度，使結(jié)果更加精細準確。后再將溶液做蒸餾處理，使其達到后續(xù)實驗所需的濃度，提高本實驗的可操作性高，且對后續(xù)抗菌材料研究具有一定幫助。