金纳米盘的SEM照片
金纳米粒子的结构和形状对其性质有相当大的影响. 如纳米棒、纳米盘等与球形金纳米颗粒相比, 具有更为特殊的表面等离子共振(SPR)特性, 对于金纳米颗粒所处介质的变化非常敏感, 可以吸收红外光线, 不会破坏周围的细胞. 纳米棒、纳米盘在纳米复合材料和功能化纳米器件的构建、新型纳米生物探针的制备及其在生物分子检测、医学成像、癌症的光热治疗等领域具有广泛的应用前景. 因此, 形态可控的金纳米材料的合成、自组装和应用研究已成为科学家关注的焦点.
与其他形状的纳米金相比, 金纳米棒的组装研究较多,晶种生长法是目前金纳米棒制备研究中应用最广的一种方法. 但是在合成金纳米棒过程中使用大量的表面活性剂(十六烷基三甲基溴化铵, CTAB), 从而限制了其在生物体中的应用. 目前, 金纳米盘的合成及其应用研究也取得了较大的进展, 郭斌等以聚乙烯吡咯烷酮为还原剂和包覆剂在高强度紫外光照射下制备出尺度小于100 nm 的截角三角形或六边形金纳米盘. Li等以乙二醇为溶剂和还原剂在120℃反应2～12 h不等, 制备出尺度7～20 μm的金纳米盘. Chen等将氯金酸与烷基化聚乙烯亚胺混合, 制备出尺度50～500 nm 不等的金纳米盘. 这些合成方法有的需要使用有机溶剂、有的需要高温、有的反应时间较长、有的产物尺度过大. 如何发展一种简单、无毒、生物相容好、尺寸可控的金纳米盘合成方法, 在基础研究及应用领域已得到人们极大的关注.
壳聚糖(Chitosan, CTS)具有生物相容性好、原料丰富、可降解、无毒等优点. 壳聚糖分子结构中有丰富的氨基和羟基可作还原剂, 同时壳聚糖通过分子间和分子内氢键作用可形成分子水平上的独立空间, 为纳米粒子的生长提供很好的模板. 因此, 壳聚糖可同时做稳定剂和还原剂合成金纳米粒子.
Wang等在体温(37℃)环境下利用CTS-茚三酮共价化合物还原氯金酸制备了单分散的一维金纳米粒子链组装体. Wu等在高温(125℃)条件下以低分子量的CTS为稳定剂和还原剂,CTS 与氯金酸直接作用制备了金纳米粒子链. Guo等通过交联合成低分子量CTS与EDTA的纳米微球, 然后以EDTA为还原剂合成了大小可调且在pH 2～12范围内分散稳定的金纳米粒子. Ding等通过控制自组装的条件, 用柠檬酸盐稳定的金纳米粒子在半胱氨酸接枝的CTS溶液中组装形成一维金纳米链、二维的针状晶体及三维立方体型的晶体结构. Wang等用鲁米诺和CTS作还原剂一步合成金纳米花, 并制备化学发光传感器用于H2O2的测定. Yang等在70℃的水浴条件下利用壳聚糖与氯金酸直接作用合成了三角形、六边形金纳米盘,在500～1050 nm处出现等离子共振吸收带. 该方法合成的金纳米盘较大(在微米尺寸), 盘状金粒子的面内偶极共振吸收峰没有分开, 因而在应用上有所限制. 相对于金纳米棒的应用, 金纳米盘应用的相关报道要少得多. 但金银纳米盘边缘具有极强的局域等离子共振增强及荧光增强作用, 在生物传感和细胞成像分析方面已得到较好的应用.
华侨大学材料科学与工程学院孙向英等人水浴加热氯金酸、壳聚糖和纳米金种子的混合液, 以壳聚糖为稳定剂和还原剂成功合成了表面等离子体共振(SPR)吸收峰位可调的金纳米盘. SEM电镜图像表明纳米金盘主要为三角形和截角三角形, 其边长在170 nm 左右. X射线衍射分析表明金纳米盘是以{111}面为盘状面的高纯金单晶. 讨论了金纳米盘的生长机理. 在最佳条件下金纳米盘的面内偶极等离子共振吸收峰位于920 nm. 实验结果表明通过控制壳聚糖的量、金种子的加入量、水浴温度及水浴时间可以有效地控制近红外等离子吸收峰位及吸收强度.