纳米金溶液的研制及其性能研究*

何 灵，洪雨婷，胡 振，郑旭坤，卢琳娜

(闽江学院服装与艺术工程学院，福建 福州 350108)

在现如今科技急速发展的时代，不再以单独的某一学科领域做研究，交叉学科研究成为研究学者们更为关注的对象。纳米材料是指颗粒直径在1～100 nm的纳米颗粒组成的材料，其具有小尺寸效应、量子效应、表面效应和宏观量子隧道效应等特殊性能[1]。纳米金是指金纳米颗粒，能有效附着于生物大分子上。纳米金颗粒通常以胶体金的形态存在于水溶液中，其性质取决于纳米金的粒径及粒径分布[2]。基于纳米材料的特殊性能，纳米金可作为纺织材料应用于医用领域，研究学者发现纳米金具有其良好的生物相容性及医学价值，早在19世纪末的美国，纳米金溶液就被用来治疗酗酒及关节炎等疾病[3]。

在其他临床医学等其他医疗领域中，传统包扎伤口敷料无明显的抗菌性能。后学者研究发现可将纳米银作为抗菌剂附着于医用敷料纤维上，从而起到抗菌抗病毒的作用，防止伤口感染，从而起到促进伤口愈合的作用。但存在一些人有对金属银过敏的现象，因此纳米金可以代替纳米银选用作为抗菌材料[4]。本实验采用氯金酸通过化学还原法制备纳米金溶液，成功地制备了体系稳定性良好，溶液颗粒分布均匀，品相良好的纳米金溶液。

1 实 验

1.1 主要材料与仪器

主要材料：氯金酸、硼氢化钠、柠檬酸钠、硫酸、盐酸、碳酸氢钠、氯化钠、氢氧化钠、乙醇(以上试剂均为分析纯)，国药集团有限公司；大肠杆菌(E.coli)、金黄色葡萄球菌(S.aureus)，福州市疾病预防控制中心。

主要仪器：TecnaiG220型透射电镜，美国FEI公司；HPPS 5001型激光粒度分布仪，英国马尔文公司；LRH-250A型生化培养箱，广东省医疗器械厂。

1.2 纳米金溶液的制备

最常见的制备纳米金溶液的方法是化学还原法[4]，其过程是将还原剂加入到一定浓度的金离子溶液中，在高温的条件下，将金离子还原成金单质颗粒。常用的还原剂有除葡萄糖外、柠檬酸钠、硼氢化钠等[5]。制备出的纳米金粒径不同，其所用的还原剂制也不同[6]。

1.2.1 还原剂的选择

对比柠檬酸钠和硼氢化钠两种常见的还原剂对氯金酸溶液的实验效果发现，由表1可知，在其它条件相同的情况下，使同等量浓度相同的氯金酸还原至相同的程度，柠檬酸钠溶液所滴加的量远大于硼氢化钠溶液所滴加的量。

表1 还原剂种类对实验的影响

表2 还原剂浓度对实验的影响

(1)实验步骤

①加入蒸馏水，将氯金酸溶液稀释至100 mg/L；

②用天平称取0.5 g的柠檬酸钠，放入烧杯，用量筒量取50 mL的水倒入烧杯，在烧杯中放磁力转子，放在搅拌器上使其搅拌均匀，得到10 g/L柠檬酸钠溶液；

③通过上述方法得到15 g/L硼氢化钠溶液。

(2)实验现象

1.2.2 还原剂的浓度

本小组目的为制备出无明显颗粒团聚，溶液成色透亮且稳定性好的纳米金溶液，配置不同浓度的硼氢化钠溶液与氯金酸溶液产生反应。

(1)实验步骤

①设置四个烧杯，编号：①、②、③、④。烧杯中盛10 mL氯金酸溶液于其中；

②制备出浓度分别为600 mg/L、1200 mg/L、1800 mg/L、2400 mg/L硼氢化钠溶液，分别滴加入四个烧杯中；

③预热磁力加热搅拌90 ℃，将步骤1中的四个烧杯放在搅拌器上加热搅动使均匀反应，滴加反应溶剂。

(2)实验现象

1.2.3 反应浴比

(1)实验过程

①量取12个烧杯，编号如表3、表4所示。

表3 氯金酸与硼氢化钠的反应浴比

表4 反应浴比配置

②各取10 mL 100 mg/L氯金酸溶液于烧杯中。

③制备2400 mg/L硼氢化钠溶液。

④预热磁力加热搅拌90 ℃，将步骤1中的四个烧杯放在搅拌器上加热搅动使均匀反应。

⑤在发现②和③号烧杯中的纳米金溶液颜色最为透亮，故继续实验。

⑥将步骤1中使用的10个烧杯中放如磁转子，同时将烧杯放放置于90 ℃的磁力加热搅拌机中。利用移液枪滴加反应试剂溶液。

(2)实验现象

①号烧杯出现紫色；②号、③号，烧杯出现红色；④号烧杯出现紫黑色。而在①s号，②s号，③s号，④s号，⑤s号，⑥s号，⑦s号，⑧s号中，依然以②号的颜色最为透亮干净，呈酒红色，且隔日后，最终颜色未见明显变化。

综合三组实验表明，硼氢化钠对氯金酸溶液具有良好的还原性。将2 400 mg/L的硼氢化钠溶液加入氯金酸溶液中，在90 ℃磁力搅拌作用下充分反应，可得到酒红色清澈透亮的纳米金溶液。

2 性能测试

2.1 透射电镜(TEM)测试

将少量待测纳米金溶液涂敷在200目铜网碳膜上，常温下蒸发干燥，在TEM透射电镜下观察其微观形貌。如图1所示，纳米金具有良好的分散性和均匀性，形状较为规整，无团聚现象。

图1 纳米金溶液的TEM图像

2.2 粒径(DLS)测试

将制备好的纳米金溶液稀释至所需浓度，利用 HPPS 5001型激光粒度仪进行粒径测试，每个样品重复测三次。如图2所示，纳米金溶液的平均粒径分布在10 nm左右。

图2 纳米金溶液的粒径分布图

2.3 耐高/低温稳定性分析

将制备好的纳米金溶液置于不同的温度环境中，观察溶液的稳定性。如表5所示，纳米金溶液在-10 ℃和100 ℃，放置48 h后溶液稳定无明显变化，具有良好的耐高/低温稳定性。

表5 纳米金溶液的耐高/低温性能

2.4 耐化学性能测试

在纳米金溶液中分别滴加H3BO3、HCL、氨水、NaCL、NaHCO3、NaOH、乙醇，静置一定时间，观察现象。如表6所示，纳米金溶液颜色基本不变，也无分层现象出现。说明制备的纳米金溶液具有良好的耐化学稳定性。

表6 纳米金溶液的耐化学性能

2.5 抗菌性能测试

将灭菌的营养琼脂倾倒于培养皿中，待其冷却后，用移液枪吸取菌悬液0.1 mL，用涂布棒均匀涂抹于琼脂上。将3个直径为4 mm的滤纸片均匀放置于琼脂培养基上，并在每个滤纸片上均匀涂抹不同浓度的纳米金溶液，将培养皿封口，倒置放入生化培养箱，于37 ℃恒温培养18～24 h后观察抑菌圈大小。

图3中三个滤纸片上不同浓度的纳米金溶液周围均出现了透明的抑菌圈，抑菌圈直径在10～12 mm，根据抗菌测试标准，可确定纳米金溶液对E. coli和S. aureus均表现出抗菌作用。

图3 纳米金溶液的抑菌圈

3 结 论

本实验以氯金酸为原料，通过还原金单质的原理，将2 400 mg/L硼氢化钠溶液作为还原剂，90 ℃下充分反应，成功制得了稳定性与化学性能优良的纳米金溶液。该方法制备得到的纳米金颗粒直径为10 nm左右，且分散性良好，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌表现出抗菌作用。本实验还通过降低反应物浓度，提高了对反应过程的可操控性，包括溶液浴比的设置，反应温度的设置等，增大了反应条件梯度，使结果更加精细准确。后再将溶液做蒸馏处理，使其达到后续实验所需的浓度，提高本实验的可操作性高，且对后续抗菌材料研究具有一定帮助。