H2O体系多结构自组装体及其模板金纳米材料制备与性能.pdf

3 8 0 物理化学学 Wu l i Hu a x u e Xu e b a o 1 A c t a 一 C h im S in 2 0 1 6 3 2 1 3 8 0 3 9 0 J a n u a r y A r t i c l e d o i l 0 3 8 6 6 P KU WH XB 2 0 1 5 1 1 1 9 3 w ww w h x b p k u e d u c n L A C 4 D MAO H 2 O体系多结构 自组装体及其模板 金纳米材料制备与性能 冯 磊 郝京诚 山东大学 胶体与界面化学教育部重点实验室 济南2 5 0 1 0 0 摘要 月桂酸 L A 与十四烷基二甲基氧化胺 C D MA O 形成的无盐阴 阳离子表面活性剂混合体系表现出丰富 的相行为 运用冷冻蚀刻透射电子显微镜 F F T EM II 偏光显微镜 P OM 差示扫描量热 DS C 流变和 H N MR 0 定对体系相行为和微观结构进行 了研究 发现水溶液中可自聚集形成胶束 L 层状 L 囊泡 L a v 和凝胶相 以胶束相和 层状相为 软模板制备 了金纳米材料 运用透射 电子显微镜 T E M 和 能谱仪 E DS 表 征了金纳米材料 与用传统阳离子表面活性剂溶液制备金纳米材料相比 该体系由于具有 自身还原性而不需 要加入还原剂N a B H 实验证明 还原过程不会破坏模板溶液原有微观结构 且可通过调控聚集体结构实现 控制制备金纳米材料形貌的目的 H K 2 细胞的噻唑蓝 MT T 比色法实验进一步证明 本体系制备的球形金纳 米材料作为基因载体具有高效和低毒的特点 在基因治疗中具有潜在的实际应用价值 可为寻求安全可靠的 基因治疗途径提供实验数据和理论参考 关键词 月桂酸 十四烷基二甲基氧化胺 相行为 模板 金纳米材料 中图分类号 06 4 8 Pr ep a r a t i on a n d Pr op e r t y o f Gol d Na no p ani c I e s f r om Mul ipl e Se l f As s emb l e d St r u c t u r e s a s T e m p l a t e s in L A C1 4 DMAO H2 O Sy s t e m F ENG L ei HAO J i n g Ch en g K e y L a b o r a t o r y o f C o l l o i d a n d I n t e r f a C e C h e m i s t ry S h a n d o n g U n i v e r s ity J i n a n 2 5 0 1 0 0 P R C h in a 1 Ab s t r a c t Ri c h p h a s e b e h a v i o r wa s o b s e r v e d i n s a lt f r e e c a o n i c a n i o n i c c a t a n i on i c s u r f a c t a n t mi x t u r e s o f l a u r i c a c i d L A wi t h a n o n i o n i c s u rf a c t a n t t e t r a d e c y ld i me t h y l a mi n e o x i d e C1 4 DM A O i n wa t e r T h e p h a s e b e h a v io r a n d m ic r o s t r u c t u r e s o f t h e L A C1 4 DMAO H 2 O s y s t e m we r e in v e s t ig a t ed b y f r e e z e f r ac t u r e t r a n s mi s s i o n e l e c t r o n mi c r o s c o p e F F T E M p o l a r i z e d o p t i c a l mi c r o s c o p e P OM d i 仟 e r e n t i a l s c a n n i n g c a lo r i me t r y D S C r h e o l o g i c a I me a s u r e me n t s a n d H N MR A v a r i e t y o f s e lf a s s e mb le d mi c r o s t r u c t u r e s w e r e d e t e r mi n e d i n c l u d i n g mi c e l l e s L p h a s e l a me l l a e L I p h a s e v e s i c l e s L p h a s e a n d g e l s U s i n g t h e L 1 a n d L I p h a s e s a s t h e t e mp l a t es g old n an o p a r t i c le s c o u l d b e p r o d u c e d a s c on f i r me d b y t r a n s mi s s i o n e l e c t r o n mi c r o s c o p e T E M a n d e n e r g y d i s p e r s i v e s p e c t r o me t e r E D S C o mp a r e d wi t h t h e t r a d i t i o n a I me t h o d o f p r e p a r in g Au n a n o ma t e r ia l s ifl a q u e o u s s o l u t io n s t h is me t h o d c a n a v o id t h e a d d it i o n o f Na BH4 a s a r e d u c in g a g en t Th e s a m p le s o l u t ion p l a y s r o l e s a s a t e m p l a t e a n d a r e d u c t a n t a n d t h e r e d u c t io n p r o c e s s d o e s n o t d e s t r o y t h e o r ig in a l s e l f a s s e m b l e d mic r o s t r u c t u r e s in t h e s o l u t io n He n c e b y c o n t r ol l in g t h e a g gr e ga t e s t r u c t u r e s o f t h e t e mp l a t e s ol u t i on o n e c an a c h i e v e t h e g o al o f r e gu l a t i n g t h e mor p h ol o g y o f Au n a n oma t e r ia l s wh i c h p r o v id e s a n e w p a t h f or t h e p r e p ar a t io n o f n o b l e me t a I n a n O s t r u c t u r e d ma t e r ia l s wit h d i f f e r e n t s ha p e s an d s t r u c t u r e s Th e r e s u lt s o f t h e me t h y l t h i a z o ly l t e t r a z o l iu m MTT a s s a y wi t h HK 2 c e l l s Re c e iv e d Oc t o be r 1 2 2 0 1 5 Re vis e d No v e mb e r 1 9 2 01 5 P u bl is h e d o n W e b No v e mb e r 1 9 2 01 5 Co r r e s p o n d in g a ut h o r E ma il j h a o s d u e d u c n Te l 8 6 5 3 1 8 8 3 6 6 0 7 4 T h e p r o j e c t wa s s u p p o a e d b yt h e Na t i o n a l Na t u r a l S c ie n c e F o u n d a t i o n o f C h i n a 2 1 4 0 1 0 2 0 0 6 2 1 2 7 3 1 3 4 a n d S h a n d o n g P r o v i n c i a l Na t u r a l S c i e n c e F o u n d a t i o n C h i n a Z R 2 0 1 3 BO0 2 5 国家 自然科学基金 2 1 4 0 1 0 2 0 0 6 2 1 2 7 3 1 3 4 及 山东省 自然科学基金 Z R2 0 1 3 BQ0 2 5 资助项 目 Ed it o r ia l o f fi c e o f Ac t a P h y s ic o Ch imic a S in ic a No 1 冯磊等 L A C D MAO O 体系多结构 自组装体及其模板金纳米材料制各与性能 3 8 1 s h o w t h a t a s a ge n e c a r r ie r s p h e r ic a l Au n a n op a r t ic l es p r ep a r ed in a m icel l ar p h a s e p o s s e s s t h e c h a r a c t e r i s t i cs o f h i g h e r l o a di n g e f f i c i e n cy a n d l o we r t o x i c i t y t h a n t h o s e o b t a i n e d i n t r a d i t i on a l s u r f a ct an t s y s t e ms d e mo n s t r a t i n g p o t e n t i a l a p p l i ca t i o n s i n g en e t h e r a p y K e y W o r d s L a u r i c a cid T e t r a d e cy l d ime t h y l a min e o x id e Ph a s e b e h a v i o r Te mp la t e Au n a n o ma t e r ia l 1 引 言 众 所周知 表面活 性剂 混合体系相较于单一 表 面活性 剂体系更易 自组装形成各种形态 的聚集 体 且 混合 体系 表现 出多样 的相 行 为和 溶液 性 质 例 如 混合体系通常 比单一组分具有更低 的 表面张力和临界胶束浓度 由于 阴 阳离子表面 活性剂可通过静 电作用形成离子对 它们在水溶 液 中可形成多结构的聚集体 自1 9 8 9 年美 国科学 家Ka l e r 等 观察到阴 F E I 离子表面活性剂复配体系中 自发形成囊泡 以来 不 同领域科学家对该类体系 进行了深入系统 的研究 阴 阳离子表面活性剂混 合体系包括有盐及无盐两类 早期研 究主要集 中 在含盐体系 这类体系 中 由于溶液 中表面活性 剂反离子形成盐对膜 电荷有静 电屏蔽作用 在等 摩尔或接近等摩尔混合 时产生大量 的沉 淀 限制 了其应用 而无盐 阴 阳离子表面活性剂溶液体 系 由于其低 离子强度 低 渗透压 以及 聚集体双 分 子层膜表 面电荷 未被静 电屏蔽等优 点 可 以形成 具有独特结 构及性质 的聚集体 逐渐成 为关注 的 热点 金纳 米材料 由于在催化 传感 生物 成像 药物传输等 方面所体现 出的优 异 电学 光学及 热 学性质 其 形貌和尺 寸的可控制备也受到 了国内 外学者的广泛重视 本文研究了月桂酸 L A1 与 十四烷基二甲基氧化铵 C D MAO 所构筑的无盐阴 阳离 子表面 活性剂混合体系的相行为及 两者在水 溶液中的聚集特性 烷基 二 甲基氧化胺 是一种非 离子 型表面活性剂 可以通过调控溶液p H值改变 其质子化程度 在酸性条件下 C DMAO由于质 子化 结合H 而使胶束带正 电荷 溶液表现 出阳 离子表面活性剂的性质 而在 中性和碱 性条件下 则表 现出非离子表面活性剂性质 在本体系 中 我们选择胶 束 L 相 和 层状 L 相 溶液作 为软模 板 利用质子化后C DMAOH 的羟基所具有 的还 原性 实现 了在溶液 中通过C D MAOH 离子还原 氯金酸 H Au C 1 制备 了金纳米材料 与传统阳离子 表面活性剂溶液制备金纳米材料相 比 本方法无 需加入Na BH 抗坏血酸 柠檬酸钠等还原剂 样 品溶液 既作为模板溶液 又兼具还原性 实验证 明 还原 过程不会破坏模板溶液原有微观结构 并可通过调控模板溶液 的 自组装结构 以实现金纳 米材料形貌 的可控制备 提供了纳米材料制备 的 新途径 纳米材料作为基 因载体应用于基 因治疗 领域的研 究 目前主要集 中在 阳离子 高分子纳米 材料 如聚 乙烯亚胺 多聚碱性氨基酸等 本 实验中我们将合成的金 纳米材料作为基 因载体 对其潜力进行 了初步研究 相较于传 统表面 活性 剂制各的金纳米材料 本文合成 的金纳米材料可 以在更低浓度下压缩DNA分子 并且通过人肾小 管上皮细胞HK一 2 细胞的噻唑蓝 MT T 1 比色法 实验 证 明 其具有更好的生物兼容性 本 文的研 究结 果 为寻 求安 全可 靠 的基 因治 疗途 径提 供理 论 参 考 并对药物缓释 基 因传递 无机 纳米材料 的 软模板制备等具有指导意义 2材料与方法 2 1 实验试剂 十四烷基二 甲基氧化胺 由C l a r ia n t 公 司提供的 2 5 质量分数 w 的溶液 干燥后经丙酮两次重 结 晶得到 月桂酸 L A 化 学纯 梯希爱上海化 成试剂有限公司 氯金酸 H Au C 1 化学纯 西亚 试剂 双链D NA钠盐 d s D NA 5 0 0 6 0 0碱基对 AC R OS 美国 噻唑蓝 纯度 9 8 Amr e s co 美 国 胎牛血清 杭州 四季青生物工程材料有限公 司 青 霉 素和链 霉 素 北 京索 莱宝 科技 有 限公 司 人肾小管上皮细胞 HK 2 上海沪震生物科技 有 限公司 实验 中所用超纯水 由成都优普UP HW I I I 一 9 0 T型 超 纯 水 仪 制 备 其 电阻 率 为 1 8 2 5 M Q cm 2 2 样 品制备 样品配制及相行为研 究 在C DMAO的浓度 ccl 4 D M o 1 0 0 mmo L 时 将 1 2 0 个L A与 C DMAO的混合样品溶液在 2 5 0士0 1 C 下平衡 四周以上 期间不 断振荡样 品加快其相平衡 直 至观 察溶液 的外观 不再发 生变化 相边 界的确 定 通过 目视和偏光观察 并辅 以电导率测定 3 8 2 Act a P s 一 C h i m S i n 2 0 1 6 VO l 3 2 金纳米颗粒 的制备 配制 2 0 mmo l L 的氯金 酸 H Au C1 溶液 避光低温保存 j HA u C 1 溶液缓 慢滴加到低速搅拌 的模板溶液中 滴加完成后 避光继续低速搅拌1 2 h 随后 以8 0 0 0 r mi n 离心 模板溶液3 0 min 保留离心管底部沉淀 倾掉模板 溶液 加入超 纯水 涡旋振荡 离心分离 重复 三次 将清洗 干净的金纳米材料放入干燥器 中室 温干燥 密封保存 2 3 实验仪器和方法 电导率及p H值 的测定 使用上海 雷磁仪器厂 生产的型号为DD S J 3 0 8 F 的电导率仪和型号为DJ S 1 0 C 的电极在 2 5 0 土0 5 1 C下测定溶液 电导率 使 用德 国赛多利斯公司生产 的P B 2 1 p H计在 2 5 0 t 0 5 1 C 下测定p H 值 流变测定 流变数据 的测定在美国H AAKE公 司R S 6 0 0 0 流变仪上通过锥 平板转子系统 C3 5 1 1 测 量 频率扫描 的范围为0 0 l 一 1 0 Hz 所有样品在测 试之前均恒温平衡稳定至少 四周 冷冻蚀刻透射 电镜观察 F F T E M 样 品的刻 蚀和复形通过德 国L e ica 公司E M B AF 0 6 0 冷冻蚀刻 制 样 台完 成 通 过 日本J EM 1 4 0 0电子 显微 镜 J E OL 观察 电压1 2 0 k V 图像使用美 国Ga t a n公 司8 3 1 C C D仪f 2 7 K 2 7 K 采集记录 偏 光观 察是在 德 国Z EI S S公司AXI OS KOP 4 0 4 0 F L 显微镜上进行 将几滴溶液滴在载玻片 上 用盖玻片盖住 以免溶液挥发 氘核磁共振 H NMR 波谱表征 样 品用重水 D o fl g q 1 0 mL 平衡两周后转移至核磁管 直 径为5 mm 继续平衡两周 使用配置脉冲场梯度 模块f Z 轴 的德国B r u k e r 公司Av a n ce 4 0 0 核磁仪进行 H NMR 测定 金纳米材料的表征 将放置金纳米材料的离 心管 中加入适量的乙醇 超声3 0 mi n 然后将乙醇 分散滴加在铜网上 在 红外灯下烘干铜 网 在 日 本J E M一 1 4 0 0 电子显微镜下观察 电压1 2 0 k V 图 像通过美 国Ga t a n 公司8 3 1 C C D仪 2 7 K 2 7 K 采 集 记录 元 素分析 结果通过 英 国OXF ORD公 司 I N C A x能谱仪采集 金纳米材料与DNA分子相互作用 用紫外一 可 见 U V Vis 光谱表征 使用带有变温装置的日本 日 立公司U 4 1 0 0 紫外分光光度计 纯水作为空 白 测试光路长度为 1 cm 波长扫描 范围为4 0 0 7 0 0 n mS D 2 2 0 3 2 0 n m 样品溶液用一系列特定浓度金 纳米材料储备液与D NA储备液混合配制而成 样 品溶液在振荡培养箱中振荡1 h 静置 1 2 h 后观察 变化 细 胞毒性实验 MT T 法 人 肾小管上皮细 胞 HK一 2 使用加有 1 0 胎 牛 N F t 3 S 青霉素 1 0 0 u n it s mL 链霉素 1 0 0 g g mL 的R P MI 一 1 6 4 0 培 养液在5 C O 培养箱 中3 7 C 下培养4 8 h 将培养 好 的细胞消化 离心 重悬后计数 调整细胞浓 度为1 1 0 个 mL 以每孔体积2 0 0 g L 接种于9 6 孔 培养板 各物质每一染毒浓度均设3 个复孔 细胞 染毒培养2 4 h 后 取出培养板 每孔加入2 0 u L MT T 溶液 放回培养箱继续孵育4 h 然后每孔加入 1 5 0 g L二甲基亚砜 DMS O 取上层清液使用美国 T h e r mo 公司生产的型号为Mu l t is k a n F C酶标仪于 4 9 0 n m波长测 定各孔吸光度 OD1 取三 次平行实 验结果计算得出 3结果与讨论 3 1 L A C D MAO H O体系相行为 由于L A 在水中溶解度很小 所 以L A C D MAO H 0体系是C DMAO 胶束水溶液 中增溶L A分子 然后 二者相互作用形成各种聚集结构 首先将不 同量的L A加入到一系列固定浓度 的C DMAO水溶 液中 振荡混合均匀之后置于 2 5 0 4 0 1 C 条件 下平衡 四周 以上 观察样 品溶液并辅 以电导率等 手段确定体系相边界 绘 出相 图 如图1 a 所示 混 合体系表现 出丰富的相行为 均匀的胶束 L 相 上部为浅蓝色的L 相而下部为透明L 相两相 粘度 较低可 以流动的L 相 粘度很高的凝胶 g e b H 以 及上部为白色沉淀而下部为浅蓝色L 相的两相 由 相 图 图1 a 可以看到 当固定C D MA O浓度时 随 L A浓度的增大 复配体系 由胶束相 L 向胶束 层 状混合相 L L 转变 进而转变为单一层状L 相 以 及 凝 胶 相 继 续 增 3 n L A浓 度 则 可 被 层状 结 构 双 分子层的疏水部分增溶 L A不能被C DMAO胶束 全 部增 溶 则 出现沉 淀 相 综 上所 述 在 L A C DMAO H O体系中 自组装体的形成主要有两种 作用力 C D MA O胶束增溶L A分子后 L A分子电 离释放出H 离子 将C DMAO分子质子化 两者 之间存在较强的静 电相互作用 如图2 c所示 质子 化后 的C D MAO分子之间不仅可 以形成氢键 还 No 1 冯磊等 L A C DMA O H O体系多结构 自组装体及其模板金纳米材料制备与性能 3 8 3 o E E C c M A J mmo l 7 5 l b 厶 A A A 厶 p H I 6 J K J A f E 图l a L A C DMA O H o体 系的相 图 b 固定C D MAO 度 co D M A O 6 0 mmo l L D L A C DMAO H O体 系的电导 率 A 1 p H值 随L A浓度 C L A 变化的数据 F i g 1 a P h a s e d i a g r a m o f L A Cl 4 D MA O H2 O s y s t e m b co n d u ct iv it y a n d p H d a t a o f L A C 4 D MA O H2 O s y s t e m a t a fix e d co n ce n t r a t io n o f Cl 4 DMAO co 1 4 D M A O 6 0 mmo l L wi t h v a r y in g L A co n ce n t r a t io n cl A T h e s a mp l e p h o t o g r a p h s i n fi g u r e b a r e L l L L L g e l a n d L J P P me a n s p r e ci p i t a t e s a n d 7 1 2 5 0 0 1 C 图2 L A C DMAO H O体系中的氢键 及静 电相互作 用 示意图 F ig 2 S ch e ma t ic r e p r e s e n t a t io n o f h y d r o g e n b o n d in g a n d e le ct r o s t a t ic f or c e in LA Cl4 DM AO H2 O s ys t e m a h y d r o g e n b o n d b e t we e n Cl 4 D MAO a n d C l 4 D MA OH b h y d r o g e n b o n d b e t we e n b o t h C 1 4 DMAO H ca t io n s C e l e ct r o s t a t i c f o r ce b e t we e n ca t io ni c C14 DM AOH a n d a nio n ic L 可 以与未质子化 的C D MAO分子形成氢键 如 图 2 a b 所示 本体系 中多种结构 自组装体的构筑 主要是 由于氢键和静电作用共同驱动 的结果 为 了进一步确定相边 界 我们选择 了一个系 列的典型样品进行研究 向6 0 mmo 1 L C DMAO 的胶束溶液 中加入不 同量的L A 观察随着体系不 断增溶L A而出现的相变化 当L AJ 3 入量较少时 首先 出现的是粘度极低 透明的单相溶液 即胶 束相 L 相 当L A的浓度介于2 0 2 8 mmo 1 L 之 问 时 体系分为两相 上相是双折射 的L 相 下相是 L 相 当L A的浓度介于2 8 4 2 mmo l L 之 间时 体 系 呈现双 折射 的L 单相 区 当LA浓 度增 加到 4 2 5 5 mmo l L 时 体系聚集体表现为粘度很高的 凝胶相 与相转化对应 体系的 电导率和p H值也 发生相应变化 如图1 b 所示 从 图中可以看 出 由于L A作为一种弱酸可 以电离出部分 的H 样品 的p H 值 随着L A的加入量的增大而降低 对于 电导 率数据 由于L A C DMAO H O 体系是无盐体系 因此体 系的电导率 比较低 在L 相 内随着L A浓度 的增加 整个系列的样品溶液 的 电导率也随之增 加 这是 由于C DMAO分子 能够被L A电离 出的 H 质子化而形成阳离子C DMAOH 导致样品溶 液电导率上升 在L 相 内 样品溶液的电导率值急 剧降低 这是 由于在该范围内有囊泡 结构形成 离子被囊泡所包 覆 导致囊泡相 即使在 比较 高的 离子浓度时也具有比较低 的电导率值 表 面活性剂溶液层状 六角状 聚集结构在偏 光 显微镜下可以明显观察 到纹理 效应 但无偏光 时很少观察 到彩 色纹理 的存在 本体系 由于混合 溶液 中的表面活性剂 自组装形 成的层状相具有 固 定层间距 无需偏振 光存在 下对 可见光有布拉格 反 射产 生明显彩色纹理 如 图3 所示 该体 系样 品从不同角度观 测 溶液 显现 不同靓丽 的彩色纹 理 是溶液样 品对 可见光 的反射作用 当温度在 2 0 3 0 C范围内 L A C DMAO H O体系在一定的 浓度 范围 内无 需偏振光 可 以清 晰观察到彩色纹 理 样 品溶 液 可借 助 肉 眼观测 判 断层 状相 的形 成 3 2 典型样品聚集体形貌表征 F F T E M是表征表面活性剂溶液 自聚集结构的 一 NO 1 冯磊等 L A C DMA O H O体系多结构 自组装体及其模板金纳米材料制备与性能 3 8 5 co 凸 0 0 co 0 0 Hz Q c 口 o 0 0 c o 0 I h 9 HZ 图5 L A C DMAO H O体系L 相样品的振荡剪切流变曲线 Fi g 5 Os ci l l a t or y s he ar r he ol o gi cal cur ve s o f L phas e s ampl es i n LA C1 4 DM AO H2 O s y s t e m C C 4 D M A O 6 0 mmo 1 L 2 5 0 0 1 C cL A mmo 1 L a 3 0 b 3 5 c 4 0 d 4 5 G e l a s t i c m o d u l u s G v i s co u s mo d u l u s r co mp l e x v i s co s i t y Sh e a r r a t e s 一 Sh e a r r a t e s 一 图6 L A C DMAO H O体系L 相样品的稳态剪切流变曲线 Fi g 6 S t e a d y s h e a r r h e o l o g i ca l cu r v e s o f L p h a s e s a mp l e s i n LA CI4 DM AO H2 O s y s t e m 7 1 2 5 0 O 1 C a C C 14 D M A O 6 0 mmo l L wi t h d i f f e r e n t cL A v a l u e s b C to ta l 1 0 0 mmo 1 L 一 wi t h di f f e r e n t C CI4 D MA O t o cL A r a t i o s r v i s co s it y 随着体系 中L A浓度的增大 更多的C D MAO分子 被质子化 从而导致C DMAO分子与L A分子间氢 键和静 电作用 力都进 一步增强 体 系粘度升高 分子 空间堆积构型改变 诱导平 面层 状结构 向囊 泡转变 这种转变过程有F F T E M结果得到证 明 3 4 差示扫描量热确定相转变温度 差示扫描量 DS C 可 以研 究凝胶相和L 相 中亚 稳定相 的转变温度及特征 如图7 所示 样品加热 时可 以观察 到相转变温度 的存在 宏观上样 品从 类 固态 转变 为 液态 这是 类似 于熔 化 的一个 过 程 微观上样 品的双分子层膜发生 了从结 晶态到 液态的转变 随着L A浓度的升高 凝胶化转变温 3 8 6 A ct a P h y S 一 C h i m S i n 2 0 1 6 Vo 1 3 2 三 曼 C 意 工 7 C c l mr n o l L 1 图7 a C DMAO浓度固定为6 0 mmo l L L A浓度分别为4 5 4 7 5 5 0 5 2 s n s 5 mmo 1 L 时凝胶样品在 L A C DMA O H O体系中的差示扫描量热 DS C 曲线 b C DMAO浓度固定为6 0 mmo l L 时凝胶化转变 温度 r 0 随L A浓度的变化曲线 F i g 7 a Di f f e r e n tia l s ca n n in g ca l o r i me t r y DS C cu r v e s o f h y d r o g e l s a mp l e s i n L A Cl 4 DMAO H2 O s y s t e m wi t h 6 0 mmo l L Cl4 DM AO wi t h d if f e r e n t LA co n ce n t r a t io n s o f 4 5 4 7 5 5 0 5 2 5 a n d 5 5 mmo l L b g e l t r a n s it io n t e mp e r a t u r e a s a f u n ct io n o f L A co n ce n t r a t i o n w it h 6 0 mmo 1 L C l 4 D MAO 度 由3 5 C上升至4 1 C 这是两个因素共 同作 用 的 结果 一 是 随 着 L A浓 度 的升 高 更 多 的 C DMAO分 子 发 生 质子 化 质 子化 后 阳离 子 C DMAOH 与L A分子间的氢键和静 电作用力都进 一 步 增 强 二是 L A具有 较 高 的链熔 化 温度 4 4 C 随 着LA浓 度 的 升 高 质 子 化 后 阳 离 子 C DMAOH 与L A分子 间氢键和静 电作用力都进一 步增 强 导致 两 者共 结 晶作 用 也随 之增 强 因 此 L A浓度较高的样 品其相转变温度接近L A的链 熔化温度 3 5 氘核磁共振 H NMR 研究 核磁共振技术通过研 究表面活性剂分子在磁 场 中由非平 衡态到平衡态 的过程 即弛豫现象 推断表面 活性 剂分 子 聚集 体在 溶液 中的结 构信 息 最适合弛豫研究的核为 H I 1 其弛豫中 起关键作用 的因素是四极作用 通过 H NMR IJ 试 的四极裂分法 研 究氘代水溶液 中层状结构 的各 向异性程度 由此可 以判 断溶液 中的表面活性剂 分子微观 聚集体结构及结构演变 对于各向同 性的体系 H NMR谱图呈现为一个单峰 而对于 各 向异性 的体系 则可 以观测到一组对称 的裂分 峰 通过在室温条件 下对样 品 H NMR的表 征 图 8 我们发现 当C DMAO浓度为6 0 mmo l L 时 增大L A的浓度 体系由胶束相 L 氘谱核磁为尖 6 0 mmo l L C1 4 DMAO 5 0 mmo l L 一 L A 一 6 0 mmo l L C1 4 DMAO 5 mmo l L 一 L A 60 mmo l L C 4 DMAON0 mmo l L 一 L A d 60 mmo l L C1 4 DMAO 3 0 mmo l L 一 L A 45 4 0 3 5 3 0 2 5 20 1 5 1 0 5 O 一 5 1 0 1 5 20 25 3 0 3 5 40 4 5 fl HZ 图8 不同L A浓度P L A C D MA o H o体系 H NMR谱图 Fig 8 H NM R s pe ct r a o f LA Cl 4 DM Ao H2 O s ys t e m wit h diffe r e nt LA co nce nt r ati ons C C 1 4 D M A O 6 0 mmo l L P h a s e t r a n s i t io n i s f r o m Ll p h a s e a b t o L p h a s e c d a n d fin a U y to L p h a s e e g wi t h t h e in cr e a s e o f I A co n ce n t r a t io n No 1 冯磊等 L A C DMA O H 0体系多结构自组装体及其模板金纳米材料制备与性能 3 8 9 能力 我们选择在L 相模板溶液 中制备的类球形金 纳 米 材 料 利 用 紫 外 一 可 见 光 谱 对 纳 米 金 球 与 DNA分子 的结合 以及金纳米球对D NA分子压缩 如 图1 l a 所示 加入D NA分子后 紫外一 可见光谱最 大吸收峰位置由之前 的5 3 4 r i m移动 1 5 4 2 n m 发 生 了明显 的红移 这说明金 纳米球结合 IJ D NA分 子骨架上 形成Au NP s D NA复合物 由于此时Au NP s 浓度较低 结合到D NA分子骨架上的A u NP s 较 少 DNA分子未被压缩 随着Au NP s 浓度升高 在2 6 0 n m D NA分子特征吸收峰处 样 品溶液 的紫 外吸收逐步 降低 说 明溶液中DNA分子 的浓度在 下降 DNA分子所带负电荷被 结合于DNA分子骨 架上的A u NP s 中和 D NA分子被压缩 如图1 1 b 所 不 为进一步验证Au NP s 压缩DNA分子 的效 能 我们选择了质子化后的C DMAOH 作为对 比 在 固定DNA浓度条件下 对两者与DNA混合溶液 的 相行为进行了观测 如图1 1 c所示 当Au NP s 浓度 超过7 0 g mo l L 时 样 品从均匀的澄清溶液转变 为有沉淀生成 的两相溶液 由此可见 DNA分子 电荷被A u NP s 中和 空间构象被压缩 生成电中性 Au NP s DNA复合 物 沉 淀 相 较 于 质 子 化 的 C DMAOH 压缩D NA分子所需的Au NP s 的临界 浓度 低近 一个数量级 这证 明Au NP s 压缩D NA分 子 的高效性 基因载体 的毒性 也用于考察 载体的效能 探 究 了L 相模板溶液 中制备 的金纳米材 料的细胞毒 性 选择阳离子表面活性剂十 四烷基三 甲基溴化 铵 T T AB D 被 乙酸 质子化 后 的两性 表面活 性剂 C DMAOH 作为参照 使用MT T 法检测 了三者在 体外环境 的细胞毒性 所用细胞为人 肾小管上皮 细胞H K 2 从 图l I d 可以得 出 在实验范围内随着 三者物质剂量的增加 T T AB 组和C DMA OH 组细 胞 活性 显著 下 降 三种 物质 剂 量相 同条 件 下 A u NP s 组细胞存活率最高 T T A B组细胞存活率最 低 当Au NP s 浓度达N5 o o u mo 卜L 时 细胞存活 率仍可 以达到9 0 以上 证明我们制备的金纳米材 料兼具压缩DN A分子 且具有较低细胞毒性 4结论 详细研究T L A C DMAO H O体系的相行为及 形成 的各种聚集结构 在固定C DMAO浓度时 随着L A的加入 有明显的相转变过程 体系表现 出丰 富的相行为 胶束 胶束 层状共存相 层状 相 囊泡相 凝胶 凝胶 沉淀共存相等 通 过 H NMR 和 电导率测定 F F T E M和偏光显微镜观察等 方法对上述相行为进行了表征 DS C 结果表明 随 着 表 面活 性剂 浓度 的升 高 凝 胶化 转 变温 度升 高 层状 相样 品表现 出典型 的粘 弹性 的流 变 性 质 且 常温 下随表 面活性剂浓度 的增大 其粘弹 性增强 以胶束和层状相样品分别为模板 利用 体系 中C DMAO H 羟基 的还原性 还原H Au C 1 制 备 了两种 不同形貌 尺寸的金纳米材料 证 明 了模板溶液对金纳米材料的形成和生长起到了调 控作用 相 比传统化学还原法制备金纳米材 料 本方法不需要额外加入Na BH 等还原剂 减少 了还 原剂 的加入对模板溶液微观结构的破坏 对 可控 制备金纳米材料提供 了新的途径 利用在胶束模 板制备 的类球形金纳米材料 研究 了其在作为基 因载体 的应用潜力 实验证 明 相 比传统表面活 性剂载体 类球形金纳米颗粒在低至7 0 g mo l L 的浓度 时即可压缩D NA分子 且 当其浓度 5 0 0 g mo l L 范围 内对HK 一 2 细胞是安全的 说 明Au 纳 米球具有压缩DNA分子高效性 并具有较低细胞 毒性 为基 因传递 基 因治疗等方面 的潜在应用 提供数据基础和理论指导 Re f e r e nc e s 1 Ka l e r E W Mu r t h y A K Ro d r i g u e z B E Z a s a d z i n s k i J A N ie n ce 1 98 9 24 5 1 37 1 d o i 1 0 1 1 2 6 s cie n ce 27 8 1 28 3 2 Mo r i g a k i K Da l l a v a l l e s wa 1 d e P C o l o n n a s L u i s i P L Am C h e m S o c 1 9 9 7 1 1 9 2 9 2 d o i 1 0 1 O 2 1 j a 9 6 1 7 2 8 b 3 B e r g s t r 6 m M P P e d e r s e n J S L a n g mu i r 1 9 9 9 1 5 2 2 5 0 d o i l 0 1 O 2 1 l a 9 8 1 49 5 x 4 H o r b a s ch e k K H Ho f f ma n n H Ha o J P h y s C h e m B 2 0 0 0 1 0 4 2 7 8 1 d o i 1 0 1 0 2 1 j p 9 9 3 1 2 8 f 5 C a mp b e l l S E Z h a n g Z F r i b e r g S E P a t e l R L a n g mu i r 1 9 9 8 1 4 5 9 0 d o i 1 0 1 0 21 1 a 9 7 0 7 7 4 2 6 Ho r b a s ch e k K Ho f f ma n n H T h u n i g C C o l l o i dI n t e rf a ce S ci 1 9 9 8 2 0 6 4 3 9 d o i 1 0 1 0 0 6 j ci s 1 9 9 8 5 6 9 0 7 Ha o J L i H L i u W H i r s ch A C h e m C o mmu n 2 0 0 4 No 5 6 0 2 8 S o n g S F e n g L S o n g A H a o J P C h e m B 2 0 1 2 1 1 6 1 2 8 5 0 d o i l 0 1 0 2 1 j p 3 0 6 6 0 2 5 9 S o n g s Z h e n g O S o n g A Ha o J L a n g m u i r 2 0 1 2 2 8 2 1 9 1 O J i a n g Y G e n g T L i Q L i G J u H C o l l o i d s S u rf A 2 0 1 4 4 6 2 2 7 d o i 1 0 1 0 1 6 j co l s u r f a 2 0 1 4 0 8 0 2 0 1 1 Gh o s h S R a y A I n d E n g C h e m R e s 2 0 1 5 5 4 1 9 5 3 d o i 1 0 1 0 2 ie 5 0 3 6 9 7 e 3 90 Act a Ph y s 一 Ch i m S i n 2 0 1 6 Vol I 3 2 1 2 G a o J B e n d e r C M Mu r p h y C J L a n g m u ir 2 0 0 3 1 9 9 0 6 5 d o i 1 O 1 O 21 1 a 0 3 4 9 l 9 i M u rph y C J J a n a N R Ad v M a t e r 2 00 2 1 4 8 0 L u C W u N J i a o X Lu o C Ca o W Ch e m Co mmu n 2 0 0 3 No 9 1 0 5 6 Hu a n g X E1 一 S a y e d M A La s e r s Me d S c i 2 0 08 23 21 7 d o i 1 0 1 0 0 7 s 1 O1 0 3 0 07 0 4 7 0 一 x We i Q J i J S h e n J N a n o s ci N a n o t e ch n o 1 2 0 0 8 8 5 7 0 8 d o i 1 O 1 1 6 6 n n 2 0 0 8 3 0 2 Xi a o J Qi L Na n o s ca l e 2 0 1 1 3 1 3 8 3 d o i 1 O 1 O 3 9 cO n r O O8 1 4 a Ca i W F u G Li C Z ha n g L Ka n C A p p1 A 2 0 0 4 1 1 8 7 d o i 1 0 1 0 0 7 s 0 0 3 3 9 0 0 3 2 2 0 2 9 L o u b a t A La cr oix L M Ro b e A l mp 6 r o r Cl e r c M P o t e a u R M a r o n L Ar e n a l R P a n s u B Via u G Ch e m C 2 01 5