一種載納米銀的聚乙烯醇水凝膠的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種載納米銀的聚乙烯醇水凝膠的制備方法，采用硼氫化鈉作為還原劑，利用循環(huán)冷凍?解凍法及浸漬法制備出形貌及粒子尺寸可控的載納米銀的聚乙烯醇水凝膠，操作簡單，無需復(fù)雜工藝設(shè)備，聚乙烯醇作為分散穩(wěn)定劑，對具有電磁增強(qiáng)的納米銀顆粒能起到支撐保護(hù)作用。用載納米銀的聚乙烯醇水凝膠基底檢測結(jié)晶紫，其檢測極限能達(dá)到10?12數(shù)量級，使用方便，操作簡單。
【專利說明】
一種載納米銀的聚乙烯醇水凝膠的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于金屬納米-高分子水凝膠復(fù)合材料的制備及其在表面拉曼增強(qiáng)領(lǐng)域的應(yīng)用，涉及一種載納米銀的聚乙烯醇水凝膠的制備及其作為拉曼基底的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]結(jié)晶紫是一種堿性的三苯甲烷類紫色染料，固體粉末呈暗綠色閃光，溶于水或乙醇后呈紫色，屬于非食品原料，在細(xì)菌學(xué)、細(xì)胞學(xué)和組織學(xué)等方面應(yīng)用極廣，是一種優(yōu)良的生物染色劑。但也因其價格低廉、使用方便，具有抗菌等活性，常被違法濫用于水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)。結(jié)晶紫及其代謝產(chǎn)物具有較高毒性、高殘留，長期接觸或服用后，易導(dǎo)致生命體得癌癥、畸變、突變等，對生命體及環(huán)境都有非常大的危害。因此這種堿性染料的殘留檢測是食品安全分析的重要問題之一。
[0003]目前檢測結(jié)晶紫的方法主要有液相色譜檢測和拉曼增強(qiáng)檢測，其中用于拉曼檢測的基底較多，比如以純金或純銀納米材料作為基底來檢測結(jié)晶紫，但其成本較高、操作相對繁瑣。鑒于以上諸多的缺點(diǎn)，有必要研究出一種能夠快速簡便檢測出結(jié)晶紫含量的基底。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種載納米銀的聚乙烯醇水凝膠的制備及其作為拉曼基底的應(yīng)用，采用硼氫化鈉作為還原劑，利用循環(huán)冷凍-解凍法及“浸漬”法制備出形貌及粒子尺寸可控的載納米銀的聚乙烯醇水凝膠，操作簡單，無需復(fù)雜工藝設(shè)備，聚乙烯醇作為分散穩(wěn)定劑，對具有電磁增強(qiáng)的納米銀顆粒能起到支撐保護(hù)作用。用載納米銀的聚乙烯醇水凝膠基底檢測結(jié)晶紫，其檢測極限能達(dá)到10—12數(shù)量級，使用方便，操作簡單。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)目的通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn):
[0006]聚乙烯醇一納米銀復(fù)合材料，按照下述步驟進(jìn)行制備:
[0007]步驟I，采用循環(huán)冷凍-解凍法制備含納米銀前驅(qū)體的聚乙烯醇水凝膠
[0008]將聚乙烯醇溶于去離子水中，向體系中加入硝酸銀的水溶液并分散均勻，將均勻分散聚乙烯醇和硝酸銀的水溶液進(jìn)行循環(huán)冷凍一解凍，以得到含納米銀前驅(qū)體的聚乙烯醇水凝膠；
[0009]具體來說:取1.0?1.1g聚乙稀醇于85?90°C溶于8ml去離子水中，攪拌30min，然后冷卻至室溫，向體系中加入2ml濃度為20?50mM硝酸銀溶液，攪拌15min，后將溶液取出離心(400?600rpm，3min)以趕出體系中的氣泡。用容量為Iml的注射器取Iml上述所得溶液，置冰箱于_18°C下冷凍12h，室溫20—25攝氏度下避光解凍，冷凍-解凍循環(huán)3?5次，最后將解凍后的凝膠推出至樣品瓶中，待用；
[0010]步驟2，采用浸漬法還原凝膠中硝酸銀為納米銀
[0011]將步驟I制備的含納米銀前驅(qū)體的聚乙烯醇水凝膠浸泡在硼氫化鈉的水溶液中，以使水凝膠中銀離子充分反應(yīng)還原為納米銀，且分散在水凝膠中；
[0012]在步驟2中，反應(yīng)溫度為20—25攝氏度，浸泡時間至少24小時，優(yōu)選24—48小時。
[0013]在步驟2中，硼氫化鈉和硝酸銀的濃度比為3:1。
[0014]步驟3，將步驟2中還原完全的含有納米銀的聚乙烯醇凝膠浸泡于去離子水中，每隔Sh換一次水，重復(fù)4?5次，以除去過量硼氫化鈉，后取出凝膠用冷凍干燥機(jī)進(jìn)行冷凍干燥，即得到干燥后的載納米銀的聚乙烯醇凝膠。
[0015]上述聚乙烯醇一納米銀復(fù)合材料在利用拉曼光譜檢測結(jié)晶紫中的應(yīng)用，檢測限是10—12mol/lo
[0016]選擇將凝膠涂在載玻片上并形成基底層，即SERS基底材料，再將設(shè)置SERS基底材料的載玻片分別充分浸泡在結(jié)晶紫水溶液中，選擇充分浸泡，以使基底材料充分與結(jié)晶紫接觸和/或吸附，同時使凝膠達(dá)到溶脹飽和狀態(tài)，例如將載玻片在水溶液蘸取5—lOmin。
[0017]上述聚乙稀醇一納米銀復(fù)合材料在動物體內(nèi)結(jié)晶紫分布的拉曼成像研究中的應(yīng)用。
[0018]上述聚乙烯醇一納米銀復(fù)合材料在利用拉曼光譜檢測羅丹明中的應(yīng)用，檢測限是10—12mol/lo
[0019]選擇將凝膠涂在載玻片上并形成基底層，即SERS基底材料，再將設(shè)置SERS基底材料的載玻片分別充分浸泡在羅丹明水溶液中，選擇充分浸泡，以使基底材料充分與羅丹明接觸和/或吸附，同時使凝膠達(dá)到溶脹飽和狀態(tài)，例如將載玻片在水溶液蘸取5—lOmin。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:(1)本發(fā)明所制備的載納米銀的聚乙烯醇水凝膠中，聚乙烯醇作為分散穩(wěn)定劑，對具有電磁增強(qiáng)的納米銀顆粒能起到支撐保護(hù)作用；
(2)本發(fā)明所制備的載納米銀的聚乙烯醇水凝膠作為SERS基底，具有貴金屬的光譜特性，且試樣制備簡單，成本低等優(yōu)點(diǎn)；(3)本發(fā)明所制備的載納米銀的聚乙烯醇水凝膠作為SERS基底，內(nèi)含網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有強(qiáng)大的吸水能力，能快速吸附探針分子，相比于傳統(tǒng)的純銀納米材料基底，測試時穩(wěn)定性更好:(4)本發(fā)明的提供的檢測方法與現(xiàn)有結(jié)晶紫的檢測方法相比，具有靈敏度高的特點(diǎn)，其檢測限可達(dá)到10—12mol/l; (5)
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明制備的載納米銀的聚乙烯醇水凝膠中銀納米顆粒TEM照片。
[0022]圖2為本發(fā)明制備的載納米銀的聚乙烯醇水凝膠的SEM照片。
[0023]圖3為本發(fā)明制備的載納米銀的聚乙烯醇水凝膠和純聚乙烯醇水凝膠的熱重分析曲線。
[0024]圖4為本發(fā)明制備的載納米銀的聚乙烯醇水凝膠和純聚乙烯醇水凝膠的紫外-可見吸收光譜圖。
[0025]圖5為本發(fā)明制備的載納米銀的聚乙烯醇水凝膠和純聚乙烯醇水凝膠的溶脹度圖。
[0026]圖6為本發(fā)明實施例4中檢測不同濃度結(jié)晶紫的SERS譜圖。
[0027]圖7為本發(fā)明中使用的裸鼠的白光照片及注射部位示意圖。
[0028]圖8是本發(fā)明實施例中裸鼠皮下注射部位的結(jié)晶紫拉曼成像圖片。
[0029]圖9是本發(fā)明實施例檢索羅丹明的SERS譜圖。
【具體實施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)描述，所描述的具體實施例僅僅對本發(fā)明進(jìn)行解釋說明，并不用以限制本發(fā)明。聚乙烯醇1799型(PVA1799):-CH2CH0H-n平均聚合度1750±50，醇解度:98-99% (mol/mol);掃描電子顯微鏡(SEM)=FEINAN0430掃描電子顯微鏡;透射電子顯微鏡(TEM):FEI Tecnai G2 F20透射電子顯微鏡；紫外可見分光光度計(UV):PerkinElmer Lambda 25紫外可見分光光度計；拉曼光譜(RS):RENISHAff inVia reflex激光共聚焦顯微拉曼光譜儀;電子分析天平:FA1004(上海)。
[0031]實施例1，依據(jù)參考文獻(xiàn)(Y0SHIHIR0MORI ,HITOSHI TOKURA , MASAN0RIYOSHIKAffA?Properties of hydrogels synthesized by freezing and thawing aqueouspolyvinyl alcohol solut1ns and their applicat1ns ?JOURNAL OF MATERIALSSCIENCE 32 (1997) 491-496)采用循環(huán)冷凍-解凍方式進(jìn)行聚乙烯醇水凝膠的制備
[0032]取1.^聚乙烯醇于90°(:溶于81111去離子水中，攪拌301^11，然后冷卻至室溫，用容量為Iml的注射器取Iml上述所得溶液，置冰箱于-18°C下冷凍12h，室溫下避光解凍，冷凍-解凍循環(huán)4次，最后將解凍后的凝膠推出至樣品瓶中，浸泡于去離子水中，每隔Sh換一次水，重復(fù)4次。后取出凝膠用冷凍干燥機(jī)進(jìn)行冷凍干燥，即得到干燥后的純聚乙烯醇凝膠。
[0033]實施例2載納米銀的聚乙烯醇水凝膠的制備方法，包括以下步驟:
[0034]步驟一、用循環(huán)冷凍-解凍法制備含納米銀前驅(qū)體的聚乙烯醇水凝膠:取1.1g聚乙稀醇于90°C溶于8ml去離子水中，攪拌30min，然后冷卻至室溫，向體系中加入2ml濃度為20mM硝酸銀溶液，攪拌15min，后將溶液取出離心(500rpm，3min)以趕出體系中的氣泡。用容量為Iml的注射器取Iml上述所得溶液，置冰箱于-18°C下冷凍12h，室溫下避光解凍，冷凍-解凍循環(huán)4次，最后將解凍后的凝膠推出至樣品瓶中，待用；
[0035]步驟二、用“浸漬”法還原凝膠中的硝酸銀:切取步驟一中3mm厚的凝膠，將其浸泡于1ml濃度為60mM的硼氫化鈉溶液中，浸泡24h，使其反應(yīng)完全；
[0036]步驟三、樣品后處理:將步驟二中還原完全的含有納米銀的聚乙烯醇凝膠浸泡于去離子水中，每隔Sh換一次水，重復(fù)4次，以除去過量硼氫化鈉，后取出凝膠用冷凍干燥機(jī)進(jìn)行冷凍干燥，即得到干燥后的載納米銀的聚乙烯醇凝膠。
[0037]實施例3載納米銀的聚乙烯醇水凝膠的制備方法，與實施例2相比，不同之處在于步驟一中，改為向體系中加入2ml濃度為50mM硝酸銀溶液，對應(yīng)步驟二中硼氫化鈉濃度為150mMo
[0038]實施例4載納米銀的聚乙烯醇水凝膠的制備方法，與實施例2相比，不同之處在于步驟一中，改為向體系中加入2ml濃度為10mM硝酸銀溶液，對應(yīng)步驟二中硼氫化鈉濃度為300mMo
[0039]圖1中的(a)、(b)、(c)分別為實施例2、3、4的步驟二中還原出的銀納米顆粒TEM照片，對應(yīng)的銀納米顆粒粒徑分別是8—10nm，20—25nm和45—50nm。隨著加入的銀前驅(qū)體和還原劑的濃度增大，凝膠中還原出的銀納米粒徑增大。
[0040]圖2中的(a)、(b)、(c)分別為實施例2、3、4中的載納米銀的聚乙烯醇水凝膠的SEM照片，(a)與(b)的網(wǎng)絡(luò)尺寸略大，(C)中的網(wǎng)絡(luò)尺寸略小。
[0041]圖3中(a)和(b)分別為實施例4和I對應(yīng)的載納米銀的聚乙烯醇水凝膠和純聚乙烯醇水凝膠的熱重分析曲線，(a)中PVA-Ag(AgM)3 10mM)水凝膠的熱失重溫度范圍為260?450°C，而(b)對應(yīng)的純聚乙烯醇水凝膠熱分解溫度則始于210°C，證明了 Ag納米粒子的加入可以有助于提尚PVA水凝I父的熱穩(wěn)定性。
[0042]圖4中(a)、(b)、(c)、(d)分別為實施例4、3、2、1中載納米銀的聚乙烯醇水凝膠和純聚乙烯醇水凝膠的紫外-可見吸收光譜圖，(a)、(b)、(c)在405nm附近均出現(xiàn)明顯的納米銀的等離子體激元共振吸收峰，且該吸收峰的強(qiáng)度隨著硝酸銀濃度增大而增大，表明納米Ag粒子成功分散在水凝膠中且納米Ag粒子濃度的增加，(d)中純聚乙烯醇水凝膠無明顯吸收峰。
[0043]圖5中(&)、(13)、((:)、((1)分別對應(yīng)實施例4、3、2、I中載納米銀的聚乙烯醇水凝膠和純聚乙烯醇水凝膠的溶脹度圖，可見載納米銀的聚乙烯醇水凝膠的溶脹度隨著硝酸銀濃度增大而增大，但當(dāng)硝酸銀濃度最大時，即(a)對應(yīng)的載納米銀的聚乙烯醇水凝膠達(dá)到平衡溶脹時所需時間最長。溶脹度實驗中采用干態(tài)水凝膠置于去離子水中至吸收飽和狀態(tài)，溶脹度=(水凝膠飽和狀態(tài)的重量一水凝膠干重)/水凝膠干重*100%，溶脹度平均可達(dá)1000—2500%，且達(dá)到平衡的平均用時較短(可達(dá)5—1min)，證明本發(fā)明水凝膠具有多孔結(jié)構(gòu)和較強(qiáng)的吸水能力。
[0044]實施例5:利用實施例4制備得到的載納米銀的聚乙烯醇凝膠作為SERS基底，以結(jié)晶紫為Raman探針分子，檢測結(jié)晶紫分子的含量。在將上述載納米銀的聚乙烯醇凝膠進(jìn)行使用時，選擇將凝膠涂在載玻片上并形成基底層，即SERS基底材料，再將設(shè)置SERS基底材料的載玻片分別充分浸泡在10—13、10—12、10—n、10—1()、10—9、10—8、10—7mol/l濃度的結(jié)晶紫水溶液中，選擇充分浸泡，以使基底材料充分與結(jié)晶紫接觸和/或吸附，同時使凝膠達(dá)到溶脹飽和狀態(tài)，例如將載玻片在水溶液蘸取5—lOmin。取出載玻片后自然晾干，制得檢測試樣，置于雷尼紹激光拉曼光譜儀中，其中:頻率范圍為2500cm—1—Ocnf1，波長為532nm，激光衰減功率為0.01 — 0.05%，在連續(xù)模式下，采用2-5s曝光時間，多次采集，完成結(jié)晶紫的拉曼檢測。圖6為本發(fā)明實施案例5中檢測不同濃度結(jié)晶紫的SERS譜圖。結(jié)果顯示，本發(fā)明的水凝膠能夠很好地檢測出結(jié)晶紫的特征峰，當(dāng)結(jié)晶紫濃度為10—13mol/l時，1620cm—1處的峰不再明顯，SP以載納米銀的聚乙烯醇凝膠作為SERS基底測得結(jié)晶紫的檢測限是10—12mol/l。
[0045]實施例6:以載納米銀的聚乙烯醇水凝膠為載體，浸泡飽和結(jié)晶紫分子探針分子溶液溶脹，注射入裸鼠體內(nèi)，觀察成像。
[0046]步驟一、將載納米銀的聚乙烯醇水凝膠，完全浸入10—5mol/l的結(jié)晶紫溶液至完全溶脹飽和，在90度下溶解后，注射入裸鼠皮下約50微升，待測，注射位置如圖7中框圖所示；
[0047]步驟二、將步驟一處理的裸鼠樣本的注射結(jié)晶紫部位，置于雷尼紹激光拉曼光譜儀顯微鏡5倍物鏡下并聚焦，其中:以注射點(diǎn)為中心點(diǎn)，設(shè)定選區(qū)范圍和步長，拉曼頻移范圍為2000cm—1—200cm—S波長為633nm，激光衰減功率為50%，在靜態(tài)模式下，采用5s曝光時間，多點(diǎn)采集，完成結(jié)晶紫的拉曼Mapping檢測，并對1621cm—1處峰強(qiáng)進(jìn)行拉曼成像。
[0048]圖7和圖8分別對應(yīng)中裸鼠的白光照片及注射部位示意圖和裸鼠皮下注射部位的結(jié)晶紫拉曼成像圖片。通過載納米銀的聚乙烯醇水凝膠檢測濃度為10—5mol/l結(jié)晶紫溶液在裸鼠體內(nèi)的分布，并對1621cm—1處拉曼峰強(qiáng)做拉曼成像(如圖8)。結(jié)果顯示，在低倍物鏡下，結(jié)晶紫的拉曼響應(yīng)依然很靈敏，看到在注射部位和周圍區(qū)域有明顯差異，即本發(fā)明的水凝膠在結(jié)晶紫在動物體內(nèi)分布的拉曼測試中的應(yīng)用(在動物體內(nèi)分布的拉曼成像研究)。
[0049]實施例7:分別將實施例2、3、4中制得的載納米銀的聚乙烯醇凝膠按作為SERS基底檢測濃度為10—5mol/l的羅丹明B溶液(水溶液)，操作步驟基本與實施例5相同，不同之處是，將結(jié)晶紫換成羅丹明B，將步驟一中一系列濃度的結(jié)晶紫溶液改成固定的濃度10—5mol/l的羅丹明B溶液。圖9為實施例6中對應(yīng)的三種載納米銀的聚乙烯醇水凝膠做基底檢測濃度為10—5mol/l羅丹明B溶液的SERS譜圖。結(jié)果顯示，三種載納米銀的聚乙烯醇水凝膠做基底均對羅丹明B分子有拉曼增強(qiáng)效果。結(jié)合圖一可知，硝酸銀濃度不同時導(dǎo)致還原出的納米銀顆粒大小有差異，也會對拉曼增強(qiáng)效果有影響。
[0050]以上對本發(fā)明做了示例性的描述，應(yīng)該說明的是，在不脫離本發(fā)明的核心的情況下，任何簡單的變形、修改或者其他本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠不花費(fèi)創(chuàng)造性勞動的等同替換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.一種載納米銀的聚乙烯醇水凝膠的制備方法，其特征在于，水凝膠中納米銀顆粒粒徑的大小為5—50nm，凝膠溶脹度平均可達(dá)1000—2500%，且達(dá)到平衡的平均用時短，可達(dá)5—1min，按照下述步驟進(jìn)行制備: 步驟I，采用循環(huán)冷凍-解凍法制備含納米銀前驅(qū)體的聚乙烯醇水凝膠 將聚乙烯醇溶于去離子水中，向體系中加入硝酸銀的水溶液并分散均勻，將均勻分散聚乙烯醇和硝酸銀的水溶液進(jìn)行循環(huán)冷凍一解凍，以得到含納米銀前驅(qū)體的聚乙烯醇水凝膠； 步驟2，采用浸漬法還原凝膠中硝酸銀為納米銀 將步驟I制備的含納米銀前驅(qū)體的聚乙烯醇水凝膠浸泡在硼氫化鈉的水溶液中，以使水凝膠中銀離子充分反應(yīng)還原為納米銀，且分散在水凝膠中； 步驟3，將步驟2中還原完全的含有納米銀的聚乙烯醇凝膠浸泡于去離子水中，每隔8h換一次水，重復(fù)4?5次，以除去過量硼氫化鈉，后取出凝膠用冷凍干燥機(jī)進(jìn)行冷凍干燥，SP得到干燥后的載納米銀的聚乙烯醇凝膠。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種載納米銀的聚乙烯醇水凝膠的制備方法，其特征在于，在步驟2中，反應(yīng)溫度為20—25攝氏度，浸泡時間至少24小時。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種載納米銀的聚乙烯醇水凝膠的制備方法，其特征在于，在步驟2中，反應(yīng)溫度為20—25攝氏度，浸泡時間為24—48小時。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種載納米銀的聚乙烯醇水凝膠的制備方法，其特征在于，在步驟2中，硼氫化鈉和硝酸銀的濃度比為3:1。
【文檔編號】C08J3/075GK106009442SQ201610467067
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月21日
【發(fā)明人】李方, 于治芳, 薛濤
【申請人】天津大學(xué)