基于多巴胺及其氧化聚合产物的各向异性金纳米材料的制备及其性能研究

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近年来,金纳米粒子(gold Nanoparticles,gold NPs)由于其独特的光学、电学和化学性质,在生物医学器件、生物传感器、催化和药物等领域受到了广泛的关注。除了球形纳米粒子之外,科学家们仍热衷于合成各向异性的、复杂的金属纳米结构,如纳米蠕虫、纳米线、纳米棒、纳米星、纳米海胆、纳米花和纳米树枝等。由于在其表面附近的电磁场的各向异性分布,这些非对称结构就比球形结构具有更独特的光电性质。近年来,常用的贻贝蛋白模拟物多巴胺(Dopamine,DA)在金属纳米材料的制备中引起了人们的广泛关注。由于其具有丰富的酚/醌之间的氧化还原转化,DA可作为贵金属前驱体的还原剂。此外,与其他酚类物质一样,DA也可以作为结构导向剂可以选择性地沉积在金粒子特定的晶面上,从而形成具有各向异性结构的纳米粒子。另外,DA可以氧化和聚合在金纳米材料上形成一层聚多巴胺(Polydopamine,PDA)涂层,从而使制备的金纳米粒子具有一定的稳定性和良好的生物相容性。基于此,本论文展开了以下两个方面的工作:(1)一锅法制备形貌可控聚多巴胺功能化金纳米及其催化应用通过控制DA在碱性环境中的氧化自聚合的性质,采用一锅法,不加入其他还原剂和稳定剂,仅控制DA氧化时间的不同,原位还原氯金酸(HAu Cl4)得到不同形貌的金纳米粒子。采用透射电子显微镜、紫外-可见光谱等对其结构形貌、成分进行表征。探究其形成各向异性金纳米粒子的机理,并检测所制备的不同形貌的金纳米粒子对硼氢化钠(Na BH4)还原4-硝基苯酚(4-NP)的催化性能。结果证明,DA经过不同氧化聚合程度形成的PDA对金纳米粒子的形貌有着决定性的影响,随着聚合程度加深,制备出的金纳米粒子分别为球形、哑铃形以及支化的花状结构,并且催化性能与纳米粒子的表面积呈正相关性。(2)多巴胺辅助一步法合成金纳米虫及其作为光热剂的应用采用一锅法制备超细金纳米蠕虫(gold Nanoworms,gold NWs),该方法不需要任何预先制备的种子、聚合物或模板,Na BH4为还原剂,DA做为结构导向剂。通过透射电子显微镜、紫外-可见光谱、X-射线电子能谱等对合成的gold NWs进行分析,结果证明直径为5±1.5 nm的gold NWs是纳米粒子通过定向附着(Oriented Attachment,OA)机制附着形成的。DA在gold NWs形成过程中起结构导向作用,随后溶液中的游离DA分子开始在gold NWs表面聚合形成PDA涂层。此外,gold NWs的长度可以通过DA浓度的变化来调节。用邻苯二酚代替DA也可以得到gold NWs。制备的gold NWs具有良好的生物相容性与显著的光热性能,并且对革兰氏阴性大肠杆菌和革兰氏阳性金黄色葡萄球菌均表现出光热抗菌作用。
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