基于綠色化學(xué)合成的四氧化三鐵和銀納米材料研究.pdf

1、由于納米效應(yīng)(表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等)，納米材料具有塊體材料所不具備的奇特的物理和化學(xué)特性，使其在催化、光電子器件、分析檢測(cè)、微區(qū)成像和生物工程以及醫(yī)藥等領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用潛力。近年來(lái)，科學(xué)家們利用各種物理的和化學(xué)的手段在合成和應(yīng)用功能納米材料方面取得了許多令人矚目的成就，納米技術(shù)也與信息技術(shù)、生物技術(shù)并列為二十一世紀(jì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的三大支柱。盡管如此，人類仍然處于納米科學(xué)和納米技術(shù)發(fā)展的早期階段。跟任何一門新興的科學(xué)技術(shù)

2、一樣，在其發(fā)展的初級(jí)階段，人們往往都偏重于探索和追求材料某一些方面優(yōu)越的物理或化學(xué)性能，而忽視或拖延了一些“非所需性能”的研究，比如材料的生物安全性等。隨著納米材料制備技術(shù)的不斷發(fā)展，許多傳統(tǒng)制備方法的弊端也凸現(xiàn)出來(lái)，如過多的能量損耗，大量的有機(jī)溶劑使用，風(fēng)險(xiǎn)性試劑的加入等，這些都給人類健康和生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了安全隱患。因此，開發(fā)綠色、高效和節(jié)能的納米材料合成策略，得到高生物安全性的納米產(chǎn)品，成為擺在納米合成領(lǐng)域一項(xiàng)急迫和挑戰(zhàn)性的任務(wù)。

3、r>　　 本文旨在探索綠色的合成方法來(lái)制備兩種無(wú)機(jī)功能納米材料：四氧化三鐵和銀。利用微波作為加熱源，合成出四氧化三鐵超順磁性微球；利用細(xì)菌作為模板，合成出中空多孔銀微球；利用牛血清白蛋白(BSA)作為模板，合成出核殼結(jié)構(gòu)的銀微球；利用蘆薈提取液作為模板，合成出銀納米粒子。這些通過“綠色合成”方法得到的納米材料表面具有易修飾的官能團(tuán)，較好的生物相容性，出色的表面增強(qiáng)拉曼效應(yīng)以及良好的X射線增敏能力等等。本文各章的主要內(nèi)容如下：
　

4、　 一、以微波作為能量加熱源，通過多元醇法成功地合成出超順磁性納米多孔四氧化三鐵微球。SEM和TEM表明微球粒徑在200 nm左右，具有好的分散性；紅外光譜數(shù)據(jù)表明微球具有親水性的基團(tuán)，易于進(jìn)行表面修飾；磁學(xué)測(cè)量表明微球具有超順磁性和高的飽和磁化強(qiáng)度；氮吸附曲線表明所得微球具有多孔結(jié)構(gòu)，且孔徑是介孔級(jí)。所有這些特點(diǎn)賦予了磁性微球在催化、分離、基因/藥物載體等領(lǐng)域潛在的應(yīng)用價(jià)值。微波作為一種有效的綠色能量源，具有安全、高效和環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。

5、將微波加熱融入到多元醇法制備四氧化三鐵納米材料中，不僅可以大大縮短反應(yīng)的時(shí)間，降低能耗，提高效率，反應(yīng)的參數(shù)也可以很好地控制，便于進(jìn)行程序化和規(guī)模化生產(chǎn)。該研究為納米材料合成中能量源的選用提供了借鑒。
　　 二、以乳酸菌作為模板，結(jié)合超聲技術(shù)，常溫原位一步合成出尺寸可調(diào)、壁厚可控的細(xì)菌形態(tài)中空多孔銀微球。SEM和TEM觀察到銀微球表面具有類似核桃外殼的粗糙形貌；刻蝕實(shí)驗(yàn)表明微球內(nèi)部是中空結(jié)構(gòu)；AFM結(jié)果表明微球擁有大的表面積；氮

6、氣吸附脫附實(shí)驗(yàn)表明微球具有介孔結(jié)構(gòu)；表面增強(qiáng)拉曼散射研究表明微球?qū)?-巰基吡啶的檢測(cè)極限濃度達(dá)到1×10-15 M，增強(qiáng)因子為1011。所有上述特點(diǎn)，表明了以細(xì)菌作為模板合成的銀微球是出色的表面增強(qiáng)拉曼散射底物，它可能在癌癥標(biāo)記物的早期診斷和檢測(cè)、抗菌和殺菌試劑、氣體吸附和感知、農(nóng)藥和爆炸物的檢測(cè)等領(lǐng)域具有極其重要的開發(fā)價(jià)值。細(xì)菌作為一種可再生資源，不僅具有多樣性的形貌，如球菌，桿菌，螺旋菌等都可以用來(lái)合成不同材質(zhì)的納米結(jié)構(gòu)，如氧化物、

7、金屬、硫化物等，而且可以在體外進(jìn)行大量培養(yǎng)，方法簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，屬于真正意義上的綠色納米科學(xué)。該研究為設(shè)計(jì)和仿生制造生物形貌的納米器件提供了思路。
　　 三、以綠色植物蘆薈提取液作為模板，在室溫環(huán)境下自行還原硝酸銀溶液得到銀納米粒子。XRD結(jié)果表明得到的晶相屬于面心立方晶型的銀；TEM觀察表明粒子形貌多數(shù)呈球形；MTT實(shí)驗(yàn)證實(shí)了還原產(chǎn)物具有較好的生物相容性；抗菌實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明銀@蘆薈的混雜物對(duì)大腸桿菌具有較好的協(xié)同抗菌能力，有望開

8、發(fā)成為一種新型的綠色抗菌劑。蘆薈是一種具有重要價(jià)值的藥用天然植物，可進(jìn)行人工大面積種植。這種新穎的以天然植物為模板的綠色合成方法有望用于大規(guī)模合成其它高生物安全性納米粒子，具有廣闊的發(fā)展空間。
　　 四、以牛血清白蛋(BSA)作為模板，在室溫下成功地合成得到了微米尺度的銀納米粒子組裝體(平均粒徑500 nm)。XRD表明微球是面心立方晶型的銀；SEM表明微球具有較好的分散性；TEM表明微球是核殼結(jié)構(gòu)，內(nèi)部是由一些納米尺度的銀粒子

9、構(gòu)成的組裝體，外部包裹了一層BSA分子；紫外可見吸收和圓二色譜表明，Ag+的加入改變了BSA的二級(jí)結(jié)構(gòu)；MTT實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明微球?qū)ξ赴┘?xì)胞(MGC-803)具有較好的生物相容性；X射線增敏結(jié)果表明，微球是一種有效的增敏劑。BSA是一種重要的血清蛋白，價(jià)廉易得，在納米材料的合成中可以充當(dāng)模板、離子捕獲劑、還原劑、起泡劑等多重角色，能夠有效地代替?zhèn)鹘y(tǒng)化學(xué)還原劑和表面活性劑對(duì)環(huán)境帶來(lái)的隱患問題。同時(shí)，BSA本身所具有的很多官能性基團(tuán)，使得納米粒

10、子的后表面修飾更加靈活，是納米材料綠色合成中一類出色的模板。該研究還為納米材料的自組裝提供了參考。
　　 本研究將綠色化學(xué)的理念糅合到納米材料的合成當(dāng)中，追求低能耗、低污染、低碳、可持續(xù)發(fā)展的“綠色納米”合成的新理念和新方法。通過探討這些相對(duì)綠色的合成方法，制備出經(jīng)濟(jì)實(shí)用、環(huán)境友好、資源節(jié)約的綠色納米產(chǎn)品，以期能夠?yàn)槿蘸蠹{米材料真正實(shí)現(xiàn)工業(yè)化及產(chǎn)業(yè)化提供方法指導(dǎo)、理論支撐、實(shí)踐靈感和可行性保證，為新型、環(huán)保的納米產(chǎn)品開發(fā)和設(shè)計(jì)提