甾醇类生物表面活性剂可控制备金纳米材料及在生物检测中的应用

Gold nanoparticles (GNPs) have advantages over other metal nanoparticles due to their great biocompatibility and less-cytotoxicity. The research of GNPs has attracted wide attention and has been studied extensively. The shape, size and property of GNPs can be controlled during their synthesis and functionalization with different groups. However, most of the synthetic methods were involved in high-pollution, high-energy-consumption, waste and disposal issues. Therefore, the potential scope of GNPs was dramatically limited. With the promotion and popularity of “green chemistry” concept, the introduction of plant extract and biosurfactant during the synthesis could solve most of the above problems. However, structure characterization and bioactivity become the new bottleneck. The applicants propose the introduction of phytosterol-surfactant (PS) to the controllable preparation of GNPs, based on the necessity of “green methods” while avoiding the associated problems. The general and specific mechanisms would be researched in the process of nucleation and growth of GNPs by induction of PS. Functional group transformation, platform transition, and structure relationship would also be investigated in this proposal. By taking the great advantage of biocompatibility, applicants would study the PS capped GNPs in biological system. The applicants wish to broaden the road for both phytosterol-surfactant and gold nanoparticles.

因具有独特的光学、电学性质以及良好的生物相容性，金纳米材料的研究引起了人们的浓厚兴趣。尽管在金纳米晶体形貌与尺寸可控合成方面已取得了相当大的进展，但大部分合成方法存在高污染、高能耗及废物难处理等问题，大大限制了金纳米材料的应用。随着“绿色化学”概念的提出和发展，植物提取物和生物表面活性剂在纳米材料制备中获得了越来越多的应用，有效地解决了上述问题。但部分结构难以测定、对生物体影响待评估等问题又成为新的瓶颈。申请人正是基于“绿色方法”制备纳米材料的必要性，同时避免其所带来的问题，提出将植物甾醇类表面活性剂引入到金纳米材料的可控制备中。同时，通过改变体系结构及引入功能性基团，考察非离子表面活性剂诱导金纳米材料成核与生长的特异性及普适性机理。利用植物甾醇类表面活性剂生物适应性这一巨大优势，尝试将所包覆的金纳米结构应用于生物检测，最终拓宽甾醇类表面活性剂及金纳米材料的应用范围。

因具有独特的光学、电学性质以及良好的生物相容性，金纳米材料的研究引起了人们的浓厚兴趣。随着“绿色化学”概念的提出和发展，植物提取物和生物表面活性剂在纳米材料制备中获得了越来越多的应用。正是基于以上两方面的考虑，我们围绕“甾醇表面活性剂”与“金纳米材料”两个关键词开展了一系列的研究工作。. 首先，利用典型甾醇表面活性剂BPS-30制备的球形金纳米颗粒可以在水溶液中实现对微量氯仿的检测。在BPS-30溶液中混入BPS-20，可以制备出不规则球形金纳米颗粒，利用该颗粒在水溶液中实现了对微量存在的汞离子的检测。上述两项检测主要基于待测物对甾醇表面活性剂与金纳米颗粒表面原子之间相互作用的破坏，使得金纳米颗粒出现聚沉。待测物浓度较高时，可以通过肉眼观测直接确定；待测物浓度较低时，可以借助紫外-可见光谱确定待测物的存在。我们通过其它类似试剂证实了该检测方法具有较强的排它性，只对待测物产生特异性响应。. 其次，借助于混合包覆剂1,10-二溴化吡咯烷和十二烷基硫酸钠，通过改变温度来控制反应动力学进程，我们制备了星状和树枝状金纳米材料，发现具有更大长径比的枝状金纳米结构能产生更强且稳定的增强拉曼光谱效应。利用另一组混合活性剂体系十六烷基三甲基溴化铵和十二烷基硫酸钠，我们制得了环状金纳米结构。基于“结构缺陷”和“弹性包覆”机理，我们给出了金纳米环的形成机理。我们在氯化胆碱和乙二醇形成的低温共熔物中，通过锌与氯金酸之间的电化学还原得到了具有优异催化性能的金纳米“泡沫”结构。. 此外，我们考察了甾醇类生物表面活性剂液液界面分布机理，并评价了它们的油水界面活性，研究了几个关键因素（浓度，盐度和温度）的影响。我们发现醇类助表面活性剂与BPS-30显示出优异的协同效应，通过添加具有最佳链长的正戊醇，可使界面张力降低到超低值（2.8×10-3 mN/m）。. 我们希望所进行的研究可以进一步拓宽生物表面活性剂的使用范围，并有助于深入理解表面活性剂在制备金纳米材料过程中的作用。