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不同清洗方法(离心和透析)对15纳米柠檬酸钠稳定纳米颗粒表面化学和组成的影响,关于透析过程,核磁共振分析表明,经过9个清洗周期后,柠檬酸浓度与第一次离心后测量的浓度相当(约6 104M)相当,但通过动态光散射测定的色散多分散指数增加,x射线光电子能谱结果支持核磁共振的结果,并揭示了纳米颗粒清洗过程后的主要碳氢化合物污染。

在这项工作中,使用XPS和其他表征技术,即核磁共振(NMR)、扫描电子显微镜(SEM)、动态光散射(DLS)、离心液体沉降(CLS)和紫外-可见光谱(UV-Vis)来研究两种清洗过程(即离心和透析)对纳米金颗粒(直径15纳米)的物理化学性质和疏水分子功能化程度的影响。

纳米颗粒表征

离心液体沉降对原始AuNP溶液进行了测量,以确定其尺寸分布。XPS研究了AuNP溶液的表面组成,为此通过磁控溅射在硅(100)切割硅片上沉积的清洁钛薄膜(标称厚度为150nm)上发现了纳米颗粒溶液,此外在一些实验中还使用了商用的聚四氟乙烯胶带,对于每个样品,都记录了测量光谱(0-1150eV,通过能量160eV)和高分辨率光谱(20eV的通过能量)。

AuNPs通常稳定通过在合成过程中过量添加柠檬酸钠,这扮演多角色(1)还原剂(2)静电稳定剂(3)pH介质通过修改物种参与反应的反应性,虽然这种过量的柠檬酸盐具有最小化颗粒聚集的积极作用,但它也部分地阻碍了AuNPs的表面功能化。为了克服这种次要效应,通常需要尝试在特定功能化之前或之后通过缓冲液/水透析或离心去除柠檬酸盐。52在不同的纯化方法中,离心和透析是最受欢迎的,可能是由于它们的实现相对简单和低价格的仪器。53在这项工作中,比较了透析和离心步骤来去除胶体AuNPs中多余的柠檬酸,残留柠檬酸的量与金纳米颗粒在溶液中的稳定性相关。

通过超纯水离心和超纯水再分散循环,从AuNPs样品中去除多余的未结合柠檬酸,在每个离心循环后,对纳米颗粒进行表征,以研究离心过程的影响,并将柠檬酸分子的减少与AuNP溶液的稳定性联系起来,采用四甲基硅烷(TMS)为离心工艺不同阶段柠檬酸盐定量的内标,进行了HNMR实验,如图1所示。

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不同透析周期对柠檬酸含量的影响,数据表明至少需要6个透析周期才能去除与单次离心可以消除的相同量的柠檬酸,而需要12个透析周期才能去除与两次离心相当的量。然而,需要注意的是,即使透析不如离心,超过6个循环也会引起溶液不稳定性,对透析纳米颗粒的Au4f核心水平光谱的分析显示了与在离心样品中观察到的相似的特征和拟合成分。然而,由于光谱的高背景,拟合结果远不如离心样品可靠。

为了研究不同清洗过程对表面功能化的影响,我们用1h、1h、2h、2h-全氟十硫醇对AuNPs进行了共价功能化,选择这样的硫醇分子是因为氟的存在,可以以高灵敏度的XPS进行检测,从而有助于获得关于功能化过程的精确定量信息,此外,氟碳自组装单分子层(FSAMs)由于其高电离潜力,比烃硫醇更不容易受到x射线损伤, 将不同的AuNP溶液与PFT硫醇接触过夜,然后离心纯化两次。在透析的纳米颗粒中,只有D3样品在功能化过程后足够稳定,而PFT与D6、D9和D12的反应产生了较强的纳米颗粒聚集/沉淀。

为了评估不同离心周期的影响,可以使用一个简单的公式来估计表面覆盖,如烷硫酸盐的情况,考虑到烃基材料中Au的非弹性平均自由程为4nm,在XPS实验中获得了典型的约12nm的采样深度,这意味着Au4f信号的很大一部分来自纳米颗粒体。

本文研究了离心和透析这两种不同的清洗过程对AuNPs表面化学的影响,采用离心和透析程序来纯化AuNP溶液,并在每个纯化步骤后进行仔细的理化表征。结果表明,这两种工艺都能从溶液中去除柠檬酸盐。虽然两次离心就足以去除几乎所有的柠檬酸分子,但需要多达12个透析周期才能获得可比的结果,此外,透析过程被发现通过离子交换影响溶液的pH值,导致纳米颗粒溶液较不稳定。

清洁过程对纳米粒子功能化的影响也通过用PFT硫醇功能化纳米粒子来研究,三次离心后获得了高达0.9个单层的覆盖率,而只有50%,通过直接柠檬酸盐替代和/或三个透析周期观察到单层覆盖。这项工作提供了一些关于化学功能化前AuNP溶液预处理效果的重要信息,并阐明了与不同纯化过程相关的可能不利影响(聚集、溶液不稳定性)。此外研究指出应该仔细选择和报告硫醇交换前后的清洗程序,同时应该对所有功能化步骤进行详尽的物理化学表征。

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