金纳米粒子可控自组装构建及其光学性质研究

摘要

近年来,随着纳米科学的迅速发展,金属纳米粒子以其独特的性能已被广泛应用于各学科的研究,将金属纳米粒子有序化、结构化无疑是深入研究这些独特性能的有效途径。金属纳米颗粒能够组装成一维、二维或三维结构,组装后的纳米材料表现出特有的集体性质。这些性质不仅取决于纳米粒子的形状和大小,也取决于其空间的排列的方式,因此,通过控制组装的结构以调节组装体的光电学性质引起了很大关注,同时也面临很大的挑战。据此,本文探讨了各向异性的金纳米棒不同方式组装的制造方法,以及球形金纳米粒子与金纳米棒杂化组装体系的制造方法,并且能够控制球形金纳米粒子组装到金纳米棒的不同面。初步探讨了组装的方式对组装体光学性质的影响。主要内容如下:
　　 1.探讨了金纳米棒不同方式组装的构建。采用种子生长法合成的金纳米棒(GNRs),侧面被大量CTAB所包被,末端相对裸露,因此端面(头部)可以优先进行化学修饰。当加入适量体积与浓度的双官能团分子SH-PEG-COOH(Mw～459)时,其通过Au-S键优先结合在GNRs端面,并提供羧基官能团。生物素分子(Biotin-PEO-Amine)一端的氨基与羧基官能团通过EDC/NHS共价连接形成酰胺键(CO-NH)并锚定于GNRs端面上,形成端面修饰生物素的金纳米棒(GNRs-Biotin)。链霉亲和素蛋白(Streptavidin,SA)加入后,其与生物素的特异性识别引发GNRs头碰头的组装,即首尾相连的组装结构(End-to-End)。组装形成后,TEM电镜图可看出,GNRs首尾连接成链状结构,紫外可见吸收光谱图发现GNRs长轴吸收峰发生明显红移。
　　 2.对于GNRs肩并肩组装(Side-by-Side),本研究设计引入SH-PEG-CH3O(Mw～2000)分子,其优先结合在GNRs端面。由于端面被此分子占据,双官能团分子SH-PEG-COOH加入后仅能结合在GNRs的侧面,并置换侧面的CTAB分子。此后,生物素通过同样的方式共价连接到GNRs侧面,链霉亲和素蛋白与生物素的特异性识别引发GNRs肩并肩组装形成(Side-by-Side)。TEM电镜图可看出,GNRs肩并肩连接成梯状结构,紫外可见吸收光谱图中GNRs长轴吸收峰发生明显蓝移并伴随峰强度的降低。
　　 3.对于End-to-Side组装,分别对两组GNRs进行表面修饰,一组GNRs端面修饰生物素,另一组GNRs侧面修饰链霉亲和素蛋白。由TEM图得知,GNRs排列成“T”,“Ⅱ”,“Ⅲ”等结构,紫外-可见吸收光谱图中GNRs长轴吸收峰发生红移。
　　 4.探讨了不同形状金纳米粒子组装体系构建。设计并控制球形金纳米粒子(GNPs)组装在棒状金纳米粒子(GNRs)的端面或侧面。GNPs表面共价连接SA,GNRs头部共价结合Biotin分子,两者混合后,SA与Biotin的特异性识别使得GNPs组装在GNRs的端面。然而,当SA通过静电作用结合在GNRs的侧面,Biotin通过共价连接的方式结合于GNPs表面,两者混合后,SA与Biotin的特异性识别使得GNPs组装在GNRs的侧面,同时分别利用紫外可见吸收光谱及Zeta电位的改变分别对GNPs,GNRs的表面修饰进行表征。最后以TEM电镜与紫外可见吸收光谱作为表征手段,实现GNPs在GNRs不同表面的可控组装。这种方法可用于构建其它形状纳米材料的可控组装。