(A) 金纳米棒的紫外-可见-近红外吸收光谱图和 (B) 金纳米棒的透射电镜图
金属纳米颗粒具有独特的物理性质, 对金属纳米颗粒的研究, 尤其是对其形貌可控制备及相应的性质和应用研究一直是材料科学及相关领域的前沿热点. 近年来, 各国的研究人员在纳米材料研究方面取得了长足的进步, 制备出多种形貌的金属纳米颗粒, 并将其广泛用于纳米器件构建、生物标记、医学检测和表面增强拉曼等领域.
在各相异性的金属纳米颗粒中,金纳米棒由于其独特的表面等离子体共振(surface plasmon resonance, SPR)性质及良好的生物相容性被广泛用于生物医学领域. 相比于其他金纳米结构, 金纳米棒的特殊形貌特征更易使其与靶向抗体或者小分子结合. 更重要的是, 金纳米棒的 SPR峰随着长径比的增高向近红外区红移. 由于可见光不容易穿透生物组织, 而高长径比的金纳米棒在近红外区对光的吸收和散射能力都很强, 因此对于皮下组织的癌症的治疗或者诊断可能是更好的选择. 另外, 高长径比的金纳米棒存在两个特征荧光发射带, 其荧光效率比短长径比的更高,通过溶液中荧光强度的变化可实现DNA杂交的检测. 高长径比的金纳米棒, 除了光学方面的应用, 在电学方面被作为纳米尺寸电子设备的组成成分. 对于纳米尺寸的电路设计和功能化器件的构建, 相比于短长径比的金纳米棒, 高长径比的金纳米棒具有无可比拟的优势.
目前, 制备高长径比(长径比＞6)的金纳米棒有两种方法. 一种是在AgNO3体系中, 采取引入二元表面活性剂的方法, 除了使用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)外还引入了十八烷基苄基二甲基氯化铵(BDAC)作为双表面活性剂, 成功制备出长径比在7～10之间产率约为90%的金纳米棒. 另一种是在无AgNO3体系中, 在柠檬酸盐存在的条件下用NaBH4还原 HAuCl4制得3.5nm大小的金种子,然后通过精细控制生长条件, 通过三步方法制备长径比为18～23之间的柱形金纳米棒, 金纳米棒的产率约为4%. 之后, 该方法又得到了改良, 通过调节pH值来制备单分散性较好的高长径比金纳米棒, 其产率约为90%. 此外, 在无AgNO3体系中, Wei等采用两步方法合成高长径比的金纳米棒, 但此方法需要通过精确调控生长液的pH来实现. 基于现有金纳米棒的制备方法较复杂, 因此发展一种新型、快速的合成高长径比金纳米棒的方法具有重要的实际意义.
东南大学生物科学与医学工程学院生物电子学国家重点实验室钱卫平等人报道了一种制备高长径比金纳米棒的新方法. 在25℃条件下, 采用种子介导生长法, 通过优化表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的浓度, 制备了长度(200±18.62)nm, 长径比大于10的金纳米棒, 并讨论了金纳米棒的形成机制. 结果表明, 金纳米棒的长径比和纵向吸收波长与CTAB的浓度有关. 此外, 通过提高反应液的离子强度, 利用制备的金纳米棒与球形颗粒不同的静电作用将金纳米棒分离纯化. 运用透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)对金纳米棒的表面形貌进行表征.