金-有机硅-金的多层核壳纳米结构及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种金-有机硅-金的多层核壳纳米结构及其制备方法和应用。该多层核壳纳米结构包括：由金纳米颗粒构成的内核；由有机硅构成且包围内核的中间介电层；以及由金纳米材料构成且包围中间介电层的外壳。其制备方法包括：a：利用氯化金和柠檬酸三钠制备分散有金纳米颗粒的胶体溶液；b：加入氨水和巯基硅烷，形成由有机硅构成的表面巯基功能化的中间介电层；c：加入氯化金和还原剂，利用原位还原种子生长法形成由金纳米材料构成的外壳。该制备方法简单高效，重复性好。该多层核壳纳米结构具有单一的形貌、良好的单分散性，在近红外激光照射下具有与普通单层金纳米壳相比更好的光热效果；可作为表面增强拉曼散射基底材料用于拉曼生物成像。

【技术实现步骤摘要】
金-有机硅-金的多层核壳纳米结构及其制备方法和应用
本专利技术涉及纳米与生物材料领域，更具体地涉及一种金-有机硅-金的多层核壳纳米结构及其制备方法和应用。
技术介绍
近年来，金纳米壳由于其可调的等离子光学性质及广阔的生物医学应用和光学应用前景正受到越来越广泛的关注。金纳米壳能产生可调的等离子基元共振，从而引起强烈的光学吸收和散射。通过调节核与壳的相对大小(即核壳比)，其消光峰可跨越可见光到近红外区(650-1300nm)。为了能更为精细的调节等离子共振特性，一种特殊的金-二氧化硅-金的多层核壳纳米结构被人们提及。理论上，与普通单层金纳米壳相比，多层核壳纳米结构具有更为复杂优异的光学性质。首先，内核颗粒与外层金壳会发生等离子作用，这使得多层核壳纳米结构出现更多的等离子共振峰。此外，通过调节多层核壳纳米结构的中间介电层厚度，多层核壳纳米结构的吸收和散射相对强弱可被调节，这使得多层核壳纳米结构在生物成像和治疗方面应用潜力巨大。而且，多层核壳结构多层核壳纳米结构还能支持“Fano”共振。“Fano”共振在检测灵敏度方面或者较大的突破，因此，多层核壳纳米结构作为下一代生物感应试剂具有较大的优势。近场分布计算表明，多层核壳纳米结构的内核金颗粒表面具有较好的近场增强。这个结果预示着多层核壳纳米结构作为表面增强拉曼散射(SERS)基板，在环境监测和基础生物医学研究领域有着广阔的应用潜力。虽然多层核壳纳米结构具有非常优异的光学性质，但是迄今为止，有关多层核壳纳米结构的可控制备报道极少。有限的报道显示，多层核壳纳米结构的中间介电层均是采用二氧化硅构成(R.Bardhan,S.Mukherjee,N.A.Mirin,S.D.Levit,P.Nordlander,N.J.Halas,J.Phys.Chem.C2010,114,7378；X.H.Xia,Y.Liu,V.Backman,G.A.Ameer,Nanotechnology2006,17,5435；C.S.Bell,S.S.Yu,T.D.Giorgio,Small2011,7,1158；C.Ayala-Orozco,J.G.Liu,M.W.Knight,Y.Wang,J.K.Day,P.Nordlander,N.J.Halas,NanoLett.2014,14,2926)。其大致的制备过程是：首先，制备一定粒径的金纳米颗粒，经离心、超声再分散置换为乙醇相；然后加入氨水和正硅酸乙酯(TEOS)形成Au-SiO2醇溶胶，经离心、超声再分散并重复三次以除杂质；清洗好的Au-SiO2醇溶胶与氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)混合，通过APTES修饰Au-SiO2颗粒使其表面氨基化；接着，用硼氢化钠还原法制备1-3nm的胶体金溶液作为后续实验的种子；然后，金纳米颗粒种子通过静电作用吸附到SiO2颗粒表面；最后，在甲醛或CO2等弱还原剂的作用下，更多的金被还原，并以胶体表面的金纳米颗粒种子作为晶核在表面形成最外层金壳。但是这种种子生长法步骤多、复杂，金纳米颗粒种子嫁接效果欠佳。总结起来，其制备存在以下三方面的问题：(1)该方法需要频繁的相转移(水-醇)及离心清洗，非常耗时耗力。(2)载体表面需要复杂的氨基功能化修饰，这种修饰容易导致材料的团聚，影响材料的分散性。(3)金纳米颗粒种子通过-NH2与种子的静电作用吸附到载体表面，这种经典吸附不牢固，种子容易脱落，影响后续壳层的生长。
技术实现思路
本专利技术提供一种金-有机硅-金的多层核壳纳米结构及其制备方法和应用，从而解决现有技术中多层核壳纳米结构的制备工艺复杂、制备效果欠佳、性能不稳定等问题。为解决上述问题，本专利技术采用的技术方案为：一种金-有机硅-金的多层核壳纳米结构，包括：由金纳米颗粒构成的内核；由有机硅构成且包围所述内核的中间介电层；以及由金纳米材料构成且包围所述中间介电层的外壳。所述金-有机硅-金的多层核壳纳米结构具有60-250nm的整体直径，其中，所述内核的直径为10-100nm，所述中间介电层的厚度为10-50nm，所述外壳的厚度为15-25nm。所述金-有机硅-金的多层核壳纳米结构具有呈现双峰的紫外-可见-近红外消光谱，其中一个峰处于700-900nm范围的近红外区域，另一个峰处于550-650nm范围的可见光区域。本专利技术还提供一种金-有机硅-金的多层核壳纳米结构的制备方法，包括：步骤a：利用氯化金和柠檬酸三钠制备分散有金纳米颗粒的胶体溶液；步骤b：向步骤a得到的胶体溶液中加入氨水和巯基硅烷，在所述金纳米颗粒表面形成由有机硅构成的表面巯基功能化的中间介电层；步骤c：向步骤b得到的胶体溶液中加入氯化金和还原剂，利用原位还原种子生长法在所述中间介电层表面形成由金纳米材料构成的外壳。其中，所述步骤a包括：步骤a1：将氯化金和柠檬酸三钠按照摩尔比(15-50)：(250-400)混合均匀，加入超纯水，在100℃沸腾条件下得到鲜红色胶体溶液，然后降温至70-90℃；步骤a2：将氯化金和柠檬酸三钠按照摩尔比(20-40)：(50-200)同时加入到所述鲜红色胶体溶液中，在70-90℃下继续搅拌得到分散有金纳米颗粒的暗红色胶体溶液。其中，所述步骤b中，所述金纳米颗粒、氨水和有机硅烷的摩尔比为(1-10)：(100-300)：(5-20)。其中，所述步骤b中，所述巯基硅烷为3-巯基丙基三甲氧基硅烷、3-巯基丙基三乙氧基硅烷或3-巯基丙基三丙氧基硅烷。其中，所述步骤c包括：c1：向步骤b得到的胶体溶液中依次加入摩尔比为6×104：1.5：1的超纯水、氯化金和第一还原剂，在所述中间介电层表面形成金纳米颗粒；c2：向步骤c1得到的胶体溶液中依次加入摩尔比为2×104：1.5：0.01：30的超纯水、氯化金、碳酸钾和第二还原剂，以使所述中间介电层表面的金纳米颗粒继续生长形成由金纳米材料构成的外壳。其中，所述第一还原剂优选为硼氢化钠，所述第二还原剂优选为抗坏血酸，应该理解，其它任何能够将氯化金还原为金的还原剂均可用在本专利技术中。本专利技术还提供所述金-有机硅-金的多层核壳纳米结构在表面增强拉曼散射上的应用。所述金-有机硅-金的多层核壳纳米结构在808nm激光照射下，同等消光强度(强度为2)条件下，与单层金纳米壳相比具有更好的光热转化效果。所述多层核壳纳米结构浓度为50μg/ml具有明显的光热杀死癌细胞能力。所述金-有机硅-金的多层核壳纳米结构作为表面增强拉曼光谱(SERS)基板，同等内核金颗粒浓度条件下，多层核壳纳米结构具有比不带有最外层金壳的金-有机硅纳米颗粒强近10倍的拉曼增强效果。通过上述技术手段，本专利技术的金-有机硅-金的多层核壳纳米结构及其制备方法和应用的优点包括：(1)该多层核壳纳米结构的制备合成过程简单高效，重复性好。整个合成过程均在水相体系进行，不需要频繁的相转移和清洗过程，省时省力；中间介电层采用巯基硅烷作为单一硅烷直接自缩聚形成，形成的中间介电层表面已经是巯基(-SH)功能化的，避免了繁琐且效果不佳的功能化修饰；金纳米颗粒种子通过原位还原的方法直接一步嫁接到中间介电层表面，种子与载体通过化学键Au-S键结合，比传统的静电吸附效果更好，不易脱落。(2)该多层核壳纳米结构具有极佳的分散性，且形貌粒径均一，多层核本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金‑有机硅‑金的多层核壳纳米结构，其特征在于，包括：由金纳米颗粒构成的内核；由有机硅构成且包围所述内核的中间介电层；以及由金纳米材料构成且包围所述中间介电层的外壳。

【技术特征摘要】
1.一种金-有机硅-金的多层核壳纳米结构的制备方法，其特征在于，包括：步骤a：利用氯化金和柠檬酸三钠制备分散有金纳米颗粒的胶体溶液；步骤b：向步骤a得到的胶体溶液中加入氨水和巯基硅烷，在所述金纳米颗粒的表面形成由有机硅构成的表面巯基功能化的中间介电层；步骤c：向步骤b得到的胶体溶液中加入氯化金和还原剂，利用原位还原种子生长法在所述中间介电层表面形成由金纳米材料构成的外壳。2.如权利要求1所述的金-有机硅-金的多层核壳纳米结构的制备方法，其特征在于，所述步骤a包括：步骤a1：将氯化金和柠檬酸三钠按照摩尔比(15-50)：(250-400)混合均匀，加入超纯水，在100℃沸腾条件下得到鲜红色胶体溶液，然后降温至70-90℃；步骤a2：将氯化金和柠檬酸三钠按照摩尔比(20-40)：(50-200)同时加入到所述鲜红色胶体溶液中，在70-90℃下继续搅拌得到分散有金纳米颗粒的暗红色胶体溶液。3.如权利要求1所述的金-有机硅-金的多层核壳纳米结构的制备方法，其特征在于，所述步骤b中，所述金纳米颗粒、氨水和巯基硅烷的摩尔比为(1-10)：(100-300)：(5-20)。4.如权利要求1所述的金-有机硅-金的多层核壳纳米结构的制备方法，其特征在于，所述步骤b中，所述巯基硅烷为3-巯基丙基三甲氧基硅烷、3-巯基丙基三乙氧基硅烷或3-巯基丙基三丙氧基硅烷。5.如权利要求1所述的金-有机硅-金的多层核壳纳米结构的制备方法，其特征在于，所述步骤c包括：c1：...

【专利技术属性】
技术研发人员：李永生，高勇平，王尧，施剑林，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31