一种小型空心金纳米棒及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于纳米试剂领域，更具体地，涉及一种小型空心金纳米棒及其制备方法和应用。
背景技术
在肿瘤的一些诊断和治疗方法中，结合利用具有特殊功能的纳米材料可以极大的提高诊疗效率。比如光声成像需要一种能在特定波长范围产生光热效应的纳米试剂作为造影剂。目前最常用的是将近红外一区响应的纳米试剂作为光声成像的造影剂。而实际上，因为在活体组织中，近红外二区具有相对最低的背景干扰，利用近红外二区的光源更有利于得到稳定可靠的光声信号。
对于制备近红外二区响应的纳米试剂，现有技术中已提出了一些解决方案，如CN108356279A公开了一种空心金纳米材料的制备方法。通过该制备方法可获得空心金纳米材料，而且所获得的空心纳米材料能够应用于光热治疗和载药化疗，也能应用于CT成像，光热成像，还能用作近红外二区光声成像的造影剂。但是，这种方法制备的空心金纳米棒，在具有近红外二区响应特征时，其长度大于100纳米。
尺寸小于100纳米的纳米颗粒在活体中具有更好的药物代谢动力学和更好的肿瘤富集效果，而且最新的研究表明，比表面积大小与光声信号的强度呈正相关的关系，具有更小尺寸的纳米材料不仅具有更大的比表面积，而且具有更高的光热稳定性和更强的光声信号。空心纳米材料相比实心材料，具有更大的比表面积，而且比重更小，空腔还具有载药的潜力，因此是一种潜在的优良纳米试剂。但是，目前几乎没有方法可以获得小尺寸的空心金纳米棒，已经报道的具有近红外二区响应特征的尺寸小于100纳米的金纳米棒都是实心的结构。
发明内容
针对现有技术的上述缺点和/或改进需求，本发明提供了一种小型空心金纳米棒及其制备方法和应用，其中该制备方法通过分步反应调节模板尺寸，先获得具有小尺寸的碲硒模板，再引入硝酸银对碲硒模板与金前体物质的电置换取代反应进行改进，同时对反应后期材料表面的修饰处理工艺条件进行优化，从而制得小型空心金纳米棒，使其不仅具有金纳米结构的功能，并且能在较小尺寸条件下拥有近红外二区响应特征。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种小型空心金纳米棒的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
(a)将碲前体加入含还原剂的溶液中并反应预设时间，然后加入硒前体继续反应预设时间，待反应结束后加入含有表面活性剂的溶液并充分搅拌，最后进行固液分离获得沉淀物，由此制得碲硒纳米棒;
(b)将步骤(a)制得的碲硒纳米棒分散于水溶液中，加入硝酸银溶液并反应预设时间，然后加入金前体继续反应预设时间，最后加入半胱氨酸和聚乙二醇溶液并反应预设时间，待反应结束后进行固液分离获得沉淀物，以此制得所述小型空心金纳米棒。
作为进一步优选的，在步骤(a)中，所述碲前体为二氧化碲、亚碲酸和亚碲酸盐中的一种或多种;所述硒前体为亚硒酸和亚硒酸盐中的一种或多种;所述还原剂为水合肼;所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠。
作为进一步优选的，在步骤(a)中，所述碲前体和硒前体的摩尔比为1:1～1:3。
作为进一步优选的，在步骤(a)中，反应温度为30℃～50℃，加入所述碲前体后反应时间为1min～5min，加入所述硒前体后反应时间为3min～10min。
作为进一步优选的，在步骤(b)中，所述金前体为氯金酸，所述聚乙二醇为巯基化处理的聚乙二醇，所述半胱氨酸的浓度为0.5μmol/L～3μmol/L。
作为进一步优选的，在步骤(b)中，所述硝酸银和金前体的摩尔比为1:3～1:10;所述碲硒纳米棒与金前体的摩尔比为1:2～3:2。
作为进一步优选的，在步骤(b)中，反应温度为1℃～25℃，加入所述硝酸银溶液后反应时间为2min～15min，加入所述金前体后反应时间为1min～10min，加入所述半胱氨酸和聚乙二醇溶液后反应时间为1min～10min。
按照本发明的另一方面，提供了一种利用上述方法制备的小型空心金纳米棒。
作为进一步优选的，所述小型空心金纳米棒包括壳体以及由所述壳体包覆形成的空心区域，所述小型空心金纳米棒的长度为40nm～55nm，其直径为20nm～30nm。
按照本发明的又一方面，提供了一种上述小型空心金纳米棒在光声成像、CT成像、负载药物、光动力治疗、光热治疗、放疗或化疗中的应用。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
1.本发明通过分步反应调节模板尺寸，先获得小尺寸的碲硒模板，再引入硝酸银对碲硒模板与金前体物质的电置换取代反应进行改进，同时对反应后期材料表面的修饰处理工艺条件进行优化，从而制得小型空心金纳米棒，该小型空心金纳米棒不仅具有金纳米结构的功能，并且能在较小尺寸条件下拥有近红外二区响应特征;
2.尤其是，本发明通过对反应过程中的各参数进行优化，使得制备的小型空心金纳米棒具有良好的均一性、分散性和稳定性;
3.本发明制备的小型空心金纳米棒不仅拥有大尺寸金中空纳米材料的性质和优点，并且因其小尺寸特性，在生物体中具有更好的药物代谢动力学和更高的肿瘤富集，更适合作为纳米试剂用于各种生物医学用途，同时其小尺寸会引起光声成像信号强度的增加，与现有技术中的空心金纳米棒相比更加适合作为近红外二区光声成像的造影剂。
附图说明
图1是本发明优选实施例提供的小型空心金纳米棒的制备流程图;
图2是本发明优选实施例中制备的小型空心金纳米棒的STEM图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本发明实施例提供了一种小型空心金纳米棒的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
(a)将碲前体加入含还原剂的溶液中，在温度为30℃～50℃的条件下充分搅拌反应1min～5min，然后加入硒前体继续反应3min～10min，其中碲前体和硒前体的摩尔比为1:1～1:3，待反应结束后将反应溶液稀释于含有表面活性剂的溶液中，充分搅拌后进行固液分离获得沉淀物，由此制得碲硒纳米棒;
(b)将步骤(a)制得的碲硒纳米棒分散于1℃～25℃的水溶液中，加入硝酸银溶液并搅拌反应2min～15min，然后加入金前体继续反应1min～10min，其中硝酸银和金前体的摩尔比为1:3～1:10，碲硒纳米棒与金前体的摩尔比为1:2～3:2，最后加入半胱氨酸和聚乙二醇溶液并反应1min～10min，待反应结束后进行固液分离获得沉淀物，以此制得小型空心金纳米棒。
进一步，在步骤(a)中，碲前体为二氧化碲、亚碲酸和亚碲酸盐中的一种或多种;硒前体为亚硒酸和亚硒酸盐中的一种或两种;还原剂为水合肼;表面活性剂为十二烷基硫酸钠。
进一步，在步骤(b)中，金前体为氯金酸，聚乙二醇为巯基化处理的聚乙二醇，半胱氨酸的浓度为0.5μmol/L～3μmol/L。
按照本发明的另一方面，提供了一种利用上述方法制备的小型空心金纳米棒，该小型空心金纳米棒包括壳体以及由壳体包覆形成的空心区域，小型空心金纳米棒的长度约为40nm～55nm，其直径约为20nm～30nm，空心区域的直径约为小型空心金纳米棒总直径的二分之一。图2是本发明一个优选实施例中制备的小型空心金纳米棒的STEM图，从图中可以看到小型空心金纳米棒的平均长度约为50nm，平均直径约为25nm。
本发明制备的小型空心金纳米棒具有空心金纳米材料的一些性质，比如：近红外一区和二区范围的等离子体吸收峰、能用作CT成像照影剂、负载药物分子的能力等。相比之前的中空金纳米材料需要长度大于100纳米才具有较好的近红外二区的吸收，这种小型化的空心金纳米棒在生物应用中具有巨大优势。并且小型化本身有利于提高光声成像信号的强度，因此，这种小型化的空心金纳米棒适合作为造影剂用于活体的光声成像以及作为纳米试剂用于其他的诊疗方法中。该小型空心金纳米棒可在光声成像、CT成像、负载药物、光动力治疗、光热治疗、放疗或化疗中进行应用。
下面根据具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
(a)将二氧化碲加入水合肼溶液中，在温度为30℃的条件下充分搅拌反应3min，然后加入亚硒酸溶液并继续反应5min，其中二氧化碲与亚硒酸的摩尔比为1:2，待反应结束后将反应溶液稀释于含有十二烷基硫酸钠的溶液中，充分搅拌后进行固液分离获得沉淀物，由此制得碲硒纳米棒;
(b)将步骤(a)制得的碲硒纳米棒分散于25℃的水溶液中，加入硝酸银溶液并搅拌反应2min，然后加入金前体继续反应1min，其中碲硒纳米棒与金前体的摩尔比为1:1，硝酸银与金前体的摩尔比为1:6，最后加入半胱氨酸和聚乙二醇溶液并反应1min，其中半胱氨酸的摩尔浓度约为0.5μmol/L，待反应结束后进行固液分离获得沉淀物，以此制得小型空心金纳米棒。
实施例2
(a)将亚碲酸加入水合肼溶液中，在温度为40℃的条件下充分搅拌反应5min，然后加入亚硒酸钠溶液并继续反应10min，其中亚碲酸与亚硒酸钠的摩尔比为1:1，待反应结束后将反应溶液稀释于含有十二烷基硫酸钠的溶液中，充分搅拌后进行固液分离获得沉淀物，由此制得碲硒纳米棒;
(b)将步骤(a)制得的碲硒纳米棒分散于10℃的水溶液中，加入硝酸银溶液并搅拌反应5min，然后加入金前体继续反应6min，其中碲硒纳米棒与金前体的摩尔比为3:2，硝酸银与金前体的摩尔比为1:3，最后加入半胱氨酸和聚乙二醇溶液并反应10min，其中半胱氨酸的摩尔浓度约为3μmol/L，待反应结束后进行固液分离获得沉淀物，以此制得小型空心金纳米棒。
实施例3
(a)将亚碲酸钠加入水合肼溶液中，在温度为50℃的条件下充分搅拌反应1min，然后加入亚硒酸溶液并继续反应3min，其中亚碲酸钠与亚硒酸的摩尔比为1:3，待反应结束后将反应溶液稀释于含有十二烷基硫酸钠的溶液中，充分搅拌后进行固液分离获得沉淀物，由此制得碲硒纳米棒;
(b)将步骤(a)制得的碲硒纳米棒分散于1℃的水溶液中，加入硝酸银溶液并搅拌反应15min，然后加入金前体继续反应10min，其中碲硒纳米棒与金前体的摩尔比为1:2，硝酸银与金前体的摩尔比为1:10，最后加入半胱氨酸和聚乙二醇溶液并反应5min，其中半胱氨酸的摩尔浓度约为1μmol/L，待反应结束后进行固液分离获得沉淀物，以此制得小型空心金纳米棒。
本领域的技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
