在生物应用中，金纳米粒子是否能稳定地分散在溶液中是非常重要的一个因素。在前面提到的图2.8、图8.2和图8.4至图8.6中，反应得到的金纳米粒子溶液不管处于纳米带，纳米线或者单个的球形金纳米粒子都能稳定地分散在溶液中，没有沉淀生成。为探索金纳米粒子能均匀地分散在溶液中的原因，用高倍透射电镜观察了金纳米线的结构。如图8.7（2）所示，组成纳米线的每个金纳米粒子都有非常规整的球形结构，直径都小于15nm。EDX［图8.7（3）］谱图也可以看出微区由碳，金和氧元素组成，表明金纳米线结构是由香菇多糖和金组成的。不同于图8.5（2）中的金纳米粒子呈现无规分布，经过室温放置7d处理后，金纳米粒子会形成线状结构。文献报道，常见的三螺旋葡聚糖有裂褶菌葡聚糖（schizophyllan），硬葡聚糖（scleroglucan），卡得胶（curdlan）。它们的三螺旋结构是通过不同多糖链上葡萄糖单元疏水面的2－OH基团间的氢键网络形成内部的螺旋空腔而稳定，6－OH一侧指向外侧显示亲水性。这种由氢键和疏水相互作用形成的多糖三螺旋结构能被强极性溶剂（如，二甲亚砜，NaOH等）或高温处理破坏成单股无规线团链，即螺旋链多糖变性；变性后的螺旋链多糖可以在一定条件下自组装形成新的三螺旋链，即螺旋复性。而且变性后的螺旋链多糖释放出疏水和氢键作用位点（2－OH），能够与其他客体分子，如核酸、碳纳米管等，通过疏水和氢键相互作用以及伴随的尺寸识别，形成新的复合物。例如单壁碳纳米管可以被包裹进入裂褶菌多糖的螺旋空腔中形成良好分散的水溶液。文献已经报道香菇多糖可以在高温下变性为单链香菇多糖即s－LNT，s－LNT浓度高于0.4mg/mL能复性为三螺旋链结构。因此我们可以推断还原生成的金纳米粒子（AuNP s）被包裹进复性的三螺旋多糖（r－LNT）的空腔中形成AuNP s/r－LNT纳米线状复合物［如图8.6（2），图8.7（2）］。为了证明这一点，我们向纳米复合物AuNP s/r－LNT溶液中加入极性溶剂DMSO破坏r－LNT的三螺旋结构，结果证明溶液颜色由原来的紫红色变为淡黑色并有沉淀在底部生成。从TEM图中也可以看出上清液只有少量的呈聚集状态的金纳米粒子存在。由此，我们推测多糖的三螺旋结构被破坏之后，导致其疏水空腔消失，被包裹的金纳米粒子会聚集被沉淀下来。
文献报道银纳米粒子可通过与t－LNT外侧的羟基相互作用而稳定分散在三螺旋多糖的外侧。那么，本研究中金纳米粒子是否也是通过羟基与金纳米粒子表面的相互作用而分布在外侧而不是分布在r－LNT的螺旋空腔内部呢？我们通过一个简单的萃取实验证明金纳米粒子的分布情况。文献报道，不同的配体对金纳米粒子的吸附能力排序如下：RSH≈RNH2≈R3P≈RSiH3＞RI＞ROH≈RBr。因此我们用硫醇萃取实验来验证金纳米粒子和LNT复合物（AuNPs/LNT）的复合情况。三种AuNPs/LNT溶液通过以下方法制备：单链香菇多糖s－LNT制备方法如实验部分所述，用高浓度单链多糖在100℃下还原氯金酸30min后，置于室温下3d待单链多糖复性成三螺旋链（r－LNT）后制备得到纳米复合物，标记为AuNPs/r－LNT（cs－LNT＝3mg/mL）；同样的，用低浓度的s－LNT（cs－LNT＝0.5mg/mL）高温反应30min后置于室温下，由于多糖浓度较低不能复性，得到的产物标记为AuNP s/s－LNT；第三种直接用t－LNT在高温100℃下还原氯金酸溶液30min后，置于室温下3d得到AuNPs/t－LNT纳米复合物。然后将十二硫醇加入到上述三种不同的溶液中，如图8.8a1，b1和c1所示，比重较低的无色十二硫醇浮在溶液上层。三种混合液搅拌1h之后，AuNPs/r－LNT溶液仍然为紫红色，只有两相界面处出现少量的泡沫，而另外两种溶液中的金纳米粒子都被萃取到上层的十二硫醇中。经过离心之后，AuNP s/r－LNT溶液仍然没有变化，而另外两种复合物中的金纳米粒子沉淀下来。
图8.7 金纳米粒子溶液的颜色和透射电镜图
（1）高倍透射电镜图谱（2）和EDX图谱（3）。反应条件：多糖浓度cs－LNT＝5.0mg/mL，100℃下还原氯金酸10min，室温放置7d；（4）图为加入DMSO后金纳米粒子溶液颜色和透射电镜图。
这些结果充分证明在高浓度下大部分被s－LNT还原的金纳米粒子被包裹进了螺旋空腔之内，在加入硫醇之后能避免金纳米粒子与硫醇接触被硫醇萃取出来；相反的如果是s－LNT浓度较低，s－LNT不能复性成为具有空腔结构的t－LNT，金纳米粒子只能通过羟基作用附着在糖链周围，在萃取的过程中被硫醇吸附走。而未经过变性复性重组过程的t－LNT，由于其本身的螺旋空腔直径只有大约1.2nm，而金纳米粒子直径有18nm，显然不能被包裹进螺旋空腔中，只能形成类似纳米Ag/LNT复合物的结构。只有经过变性复性重组过程的香菇多糖，其螺旋空腔可以随着客体粒子的大小产生变化，能更好地包裹并分散客体分子。(https://www.xing528.com)
图8.8 利用硫醇对不同金纳米粒子溶液AuNPs/r－LNT（a－1，2，3）、AuNPs/t－LNT（b－1，2，3）和AuNPs/s－LNT（c－1，2，3）萃取图
我们在前文图8.5、图8.6和图8.7中也可以看到纳米线的存在，可以解释为在反应初期较短的10min内只有少部分三螺旋链复性成功，大部分金纳米粒子随机分布，但它们可以很好地分散于水溶液中。如在图8.4（1）中所讨论的，在280nm的波段是归因于葡聚糖的羟基与金纳米粒子表面的长相互作用。这一结果表明，金纳米粒子除了分散于疏水空腔中，也可以与LNT羟基基团相互作用，两者都能导致其在水中的良好分散。但是经过足够的时间，越来越多的t－LNT复性成功，金纳米粒子被诱导进入疏水螺旋空腔，形成纳米线结构，如图8.7（1）和图8.7（2）所示。在高浓度的情况下，在初始阶段s－LNT迅速的还原Au3+生成金纳米粒子，此时通过在金纳米粒子表面与羟基基团之间的相互作用稳定，然后随着三螺旋结构的形成包埋到逐渐复性的t－LNT的疏水空腔内形成更稳定的金纳米线。
根据上述得到的结果，我们提出了一个金纳米粒子在LNT水溶液中合成和分散的机理图，如图8.9所示。在低浓度（0.5mg/mL）时，还原生成的Au在30min前采用纳米带状结构，充分反应1h后形成分散的球形形状。如图8.4（1）所示，反应5min后出现纳米带，表明还原反应发生得很快。因此，我们认为即使在低浓度下，s－LNT还原氯金酸也是一个快反应。此外，由于低浓度的s－LNT很难复性成为t－LNT。由于金纳米粒子和多糖羟基基团之间的相互作用，金纳米粒子局部集中在多糖链周围，这一点可以从紫外吸收光谱结果来证明，如图8.4（1）所示（5min，10min，15min和30min）。此外，一些大的金纳米粒子聚集体在30min内观察到。随着不断搅拌反应60min后，Au纳米带或大的聚集体进一步分散成球形纳米粒子，纳米带或聚集体几乎不可见［图8.4（6）］。即金纳米粒子在低浓度的s－LNT水溶液中的稳定主要是通过金纳米粒子表面与羟基之间的相互作用。在高浓度s－LNT的情况下，合成的金纳米粒子在初始阶段通过与LNT的羟基之间相互作用而稳定，然后随着三螺旋结构的复性，包埋到疏水的三螺旋空腔内，形成金纳米线结构。
图8.9 金纳米粒子合成示意图
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
