硕士毕业论文-终稿

ClassifiedIndex:TB333U.D.C:620.3SouthwestUniversityofScienceandTechnologyMasterDegreeThesisPreparationofMethoxyPolyethyleneGlycolStabilizedGoldNanoparticlesandTheirApplicationsforDetectionandAbsorptionofAcrylamideGrade:2012Candidate:xxxAcademicDegreeAppliedfor:MasterDegreeSpeciality:MaterialsScienceandEngineeringSupervisor:ProfessorxxxProfessorxxxＡpr1,2015

独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西南科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：关于论文使用和授权的说明本人完全了解西南科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文的复印件，允许该论文被查阅和借阅；学校可以公布该论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的学位论文在解密后应遵守此规定)签名：导师签名：日期：西南科技大学硕士研究生学位论文第绪论1.1聚乙二醇性质及其应用1.1.1聚乙二醇性质简介聚乙二醇（简称为PEG；或与其性质相似的聚乙二醇单甲醚）是一种无毒无刺激性的非离子型聚醚化合物，是目前应用最广泛的有机高分子材料之一。聚乙二醇单甲醚结构式为CH3(OCH2CH2)nOH(其中n根据分子量的变化而变化)，因其聚合度的不同，PEG的分子量可为200-20000，不同分子量的PEG物理性质（如粘度、颜色、吸湿性等）有较大差异，其基本物理性质如表1-1所示[1]。较小分子量（PEG-200到PEG-600）的PEG为无色透明液体；PEG-800为白色膏体；PEG-1000到PEG-1500为白色蜡状；PEG-2000到PEG-20000为白色固体。因为其化学结构中含有的-O-具有亲水性，而-CH2-CH2具有疏水性，所有分子质量的聚乙二醇类高分子不仅能溶于水，并且能溶于大多数有机溶剂，如醇类、丙酮、苯、二氯甲烷、三氯甲烷等，但不溶于乙醚、脂肪烃和正己烷，其在水中和有机溶剂中的溶解性随聚乙二醇分子量的提高而相应降低。分子质量较低的聚乙二醇类高分子（如PEG-400）是良好的溶剂，尤其是对酚类具有强的溶解性。聚乙二醇类高分子吸湿性大，其吸湿性随着分子量的增大而减小；蒸汽压随着分子量的增大而减低；凝固点、相对密度、闪点、黏度则随着分子量的增加而提高[2]。尽管聚乙二醇类高分子的物理性质受分子量的影响较大，但其化学性质几乎不随分子量变化，聚乙二醇在一般条件下具有较强的热稳定性，但在高温下（大于120℃）会与空气中的氧发生氧化作用，当温度超过300℃时，聚乙二醇会发生热裂解。因此聚乙二醇不适于高温储存。同时聚乙二醇具有化学惰性，与许多化学品不发生反应。与其他高分子相比，PEG及其系列产品具有以下几个优点[3-5]：（1）生物相溶性：在体内，PEG能溶于组织液中，并能由机体快速的排除体外而不产生任何有毒有害物质。（2）易于功能化：聚乙二醇的链端的羟基基团在应用中起到了决定性的作用，该端羟基易用巯基、氨基、羧基、醛基等官能团取代，增大了聚乙二醇的应用范围。（3）绿色化学：由于PEG在水中具有良好的溶解性，所以大部分的PEG修饰可在水溶液中进行，且产物均溶于水。（4）经济性：PEG目前已经实现了产业化，价格相对便宜，为其进一步开发利用提供了基础。表1-SEQ表_1-\*ARABIC1聚乙二醇基本物理性质Table1-SEQTable_1-\*ARABIC1ThebasicPhysicalPropertiesofPEG性质相对分子质量200300400600100020004000600010000密度/(g/cm3)1.1271.1271.1281.1281.1701.2111.2121.2121.212凝固点或熔点/℃-65-15～-84～815～2437～4050～5450～5855～6355～63水中溶解度混溶混溶混溶混溶约74%约65%约62%约53%约50%吸湿性约70约60约55约40约35低低很低很低1.1.2聚乙二醇及其衍生物的应用基于自身优越的性能特点，聚乙二醇系列产品已广泛应用到多个领域，如：生物医学、药剂、个人护理品、工业、材料等领域[6-11]。聚乙二醇及其衍生物在生物医学上的应用目前，聚乙二醇及其衍生物在生物医学上应用的研究已有很多，其中较突出的几个方面有：聚乙二醇修饰蛋白质、肠道手术术前处理、医用高分子材料表面改性、分子生物学等。聚乙二醇具有无毒性并且有很好的水溶性以及血液相容性，因此聚乙二醇可用于修饰一些可利用蛋白，被聚乙二醇修饰过的蛋白质主要有几个优点[12]，第一、由于聚乙二醇具有稳定的性质可提高蛋白质的稳定性，减低了体内蛋白酶对蛋白药物的分解作用，延长药性；第二、无免疫原性的聚乙二醇可在蛋白表面形成一层屏障以减低一些蛋白质的抗原性；第三、可延长蛋白药物在血液中的保留时间，以减少药物用量，减低了因频繁使用药物对身体产生的毒副作用。肠道手术是比较常见的手术之一，术前肠道清理是该类手术重要的前提环节，清理程度与术后是否感染有密切关系，传统的机械清理肠道过程复杂并且给病人带来巨大的痛苦，Miettinen等[13]用口服聚乙二醇电解质散剂克服了这一问题，并且不会造成体内水和电解质的失衡，肠道清理程度高，安全性能好，是目前值得信赖的清肠药物之一。聚乙二醇具有两亲性，因此可将其用于医用高分子材料表面改性，在医用材料表面吸附或接枝上聚乙二醇共聚物，达到改善材料表面性质的效果，增加医用高分子材料与人体系统直接作用时的生物相容性。聚乙二醇在分子生物学上的应用主要有：作为促融剂，用于促进细胞或原生质体融合；作为诱导剂，诱导大分子聚集；按分子大小选择性沉淀或纯化DNA；增加核酸链结合效率等。聚乙二醇及其衍生物在药剂上的应用聚乙二醇广泛用于药物制剂很大程度上受益于他的两亲性（在水中和在有机溶剂中均有较好的溶解性）和良好的生物相容性以及对人体的无毒害性。根据聚乙二醇在药物中所起的作用和充当的角色，可将聚乙二醇的用途分为以下几方面：作为溶剂、作为填充剂、作为载体、作为润滑剂、作为药物增塑剂、作为稳定剂、作为致孔剂、作为修饰剂、作为药物定向靶材等。聚乙二醇作为溶剂在药物制剂上的应用主要有三方面的优点[1]：(1)增加药物溶解性，(2)提高药物稳定性，（3）延长药物效力。如常用PEG-400作为溶剂制滴眼液，PEG可增加滴眼液的稠度，增加滴眼液的作用时间，提高药效；PEG作为注射用药物溶剂，可增加药物溶解性、改善药物性能。聚乙二醇作为基质用于软膏剂中主要有两个原因：（1）聚乙二醇无毒无刺激性，对皮肤不会产生药理伤害，（2）聚乙二醇具有很好的水溶性，便于从皮肤上清洗掉药剂，同时还具有润滑作用，性能稳定。聚乙二醇作为粘结剂在片剂中的使用也比较广泛，如孙淑英[14]等人用PEG-4000作为粘结剂，先与药物制成固体分散物，再与亲水性的高分子制备缓释剂，结果表明，PEG-4000的使用增加了药物的缓释性和稳定性。聚乙二醇在药物制剂上的使用非常广泛，除上述几种外，还有将其用作药物分散载体，使难分散的药物较均匀的分散在PEG载体中；用作微囊增塑剂，改善微囊药物的物理机械性能；用作致孔剂等。聚乙二醇及其衍生物在个人护理品上的应用聚乙二醇具有较强的吸湿性，粘度可选择性广，对身体无毒害性，无刺激性，以及良好的水溶性和油溶性等特点是其广泛用于个人护理品上的重要根据。保湿补水是护肤用品重要的功效之一，其中聚乙二醇因其生物相容性好，吸湿性大等优点常被用作护肤品中的保湿成分[15][16]，其中粘度较低的如爽肤水、甘油等加入的PEG为较小分子量的；粘度较大的如乳液、防晒霜、BB霜、粉底等护肤用品中加入的PEG则为分子量较大的。这类产品对皮肤无刺激性，同时易于清洗。洗漱用品中也常加入PEG成分，如牙膏用聚乙二醇作为增稠剂和载体；洁面产品用聚乙二醇增加产品润滑性和分散性；沐浴露用聚乙二醇增加产品润滑性和保湿性等。单独的聚乙二醇不是表面活性剂，但常被添加至洗涤用品中[17]，这是因为聚乙二醇虽不能单独起除垢作用，但其与表面活性剂一起作用时，可利用聚乙二醇的悬浮和分散污垢的能力，增强洗涤用品的除污效果。因为聚乙二醇粘度可随分子量的变化有较大的变化，粘度可选择性高，因此可满足发用品的不同性能要求，如固发用的发胶要求粘度大，强度较高，可加入分子量较大的PEG作为增稠剂。聚乙二醇还可用于气雾剂、去须剂、唇膏、增香剂的不挥发载体、香精的中性固着剂、指甲油除去剂的蒸发阻滞剂、浴室清洗剂、假牙清洗剂等。聚乙二醇及其衍生物在工业上的应用聚乙二醇在工业上的应用比较广泛，如在橡胶和塑料制品生产过程中加入聚乙二醇添加剂，起润湿、增塑、助分散的作用；在造纸过程中加入固体的聚乙二醇，可改善纸张表面的光泽度和平滑性，还可用聚乙二醇作为纸张的润滑剂和软化剂以及稳定剂；在食品加工或包装过程中常用到聚乙二醇或其脂肪酸酯，是理想的食品乳化剂、载体以及片状食品的粘合剂；在皮革工业中也常用聚乙二醇或其脂肪酸酯作为润滑剂和软化剂，低分子量的PEG的使用可减少皮革的干燥和开裂，有助于皮革成型；聚乙二醇在石油工业、木材加工、纺织业、金属加工以及农业等上的应用也是举足轻重的。聚乙二醇及其衍生物在材料上的应用聚乙二醇及其衍生物产量大、性能优越，越来越多的有识之士将其的应用扩展到材料的制备和应用上，如复合材料、薄膜材料、粉体材料、纳米材料、自组装材料等[18]。减水剂是建筑材料中研究热点，其可有效减少水灰比，提高水泥制品的机械性能。聚乙二醇衍生物聚乙二醇单甲醚是制造新型高效聚羧酸系减水剂的主要原料，该类减水剂因用量低、减水效果好、制品强度高等优点备受国内外市场关注，有望取代目前使用最多的萘系减水剂[19]。相变储能材料是指通过材料自身发生固液气三相之间转变时释放或吸收热量达到储存能量或者调节周围环境温度目的的物质。目前，这类材料研究很多，其中聚乙二醇[20][21]具有相变焓高、储能效果好、性能稳定、无毒性、无腐蚀性等优点，是目前研究比较多的一种有机高分子相变材料，如粟劲苍等[22]以聚乙二醇和4,4–二苯基甲烷二异氰酸酯以及1,4–丁二醇为原料制备了聚氨酯相变材料，该相变材料属于固-固相变储能材料，通过对该聚氨酯材料进行进一步研究发现，其具有较高的相变焓，同时在较高稳定下能保持固相，是较为理想的固-固相变储能材料。1.2纳米金制备方法及其应用1.2.1纳米金的制备方法20世纪80年代末，科学家开始着手纳米金的制备研究，其制备方法主要分为物理和化学方法。物理方法中最常见的是真空蒸镀法、软着陆法、激光消融法，这些方法制备的纳米金颗粒不均匀、稳定性不好、成本高，限制了其应用和发展。化学方法主要有原位合成法、种子生长法以及其他方法。其中原位合成法从1857年Faraday首次报道“白磷还原法”制备纳米金[23]开始，发展成经典的“Turkevitchmethod”和“Brust-Schiffrinmethod”两种方法，种子生长法是近期发展起来的一种制备方法，该方法可制备出尺寸分布宽并且形貌多样的纳米金颗粒。原位合成法原位合成法制备纳米金通常包括两个过程：（1）还原剂将高价金还原成零价金，常用的还原剂有硼氢化物、饱和或不饱和醇类、草酸、糖类、过氧化氢、一氧化碳、氢、乙炔等。（2）稳定剂稳定零价金，常用的稳定剂有二水柠檬酸酸钠、硫配体、磷配体、含氧配体、硝基、聚合物、表面活性剂如十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）等。原位合成法包括以下几种：(1)白磷还原法Farada用白磷在二硫化碳中进行“两相反应”还原四氯金酸。Faulk通过向1%氯金酸和0.1mol/L碳酸钾混合溶液中加入20%白磷乙醚饱和溶液加热5min制备直径约6nm的单一粒径纳米金。1986年，Henegouwen等通过向用Faulk方法制备的纳米胶体金再次加入白磷乙醚溶液，使纳米金多次还原，通过改变白磷加入次数，调节纳米金晶核生长，制备出粒径可调的纳米金。（2）Turkevitch方法1951年，Turkevitch提出用柠檬酸钠还原高氯金酸制备纳米金的方法[24]，该方法以水为溶剂，将高氯金酸溶解，加热至沸点，加入柠檬酸钠水溶液共热5-10min就可得到酒红色的纳米金金，粒径约为20nm，合成路线如图1-1。1973年，Frens在此基础上通过调节柠檬酸钠和高氯金酸的比例，制备出一系列粒径的纳米金(15-150nm)[25]，在该方法中柠檬酸钠同时起着还原高氯金酸和稳定纳米金颗粒的作用。后来，科研工作者研究了柠檬酸钠还原纳米金的影响因素及制备原理[26-29]，研究表明：在该过程中，起还原和稳定作用的并不是柠檬酸钠本身，而是柠檬酸钠氧化成二羧基丙酮。并且，柠檬酸钠能够调节体系的pH值，随着pH的改变，可制备20nm-40nm的纳米金。改变反应条件如对反应温度、萤光辐射、超声等仍能制备出大于10nm的纳米金，这是因为柠檬酸钠具有较柔和的还原性。Puntes小组[30]曾用氘代水（D2O）代替超纯水，结果制备出的纳米金粒径约为5nm，这是因为D2O能够增强柠檬酸钠的还原性。针对柠檬酸钠较弱的还原性不能合成尺寸较小的纳米金颗粒，并且反应需要较高的温度的问题。Slot[31]等人研究了一种用单宁酸和柠檬酸钠的混合溶液代替单纯的柠檬酸钠合成纳米金的新方法，该方法可以使单宁酸在60℃下将三价金还原为零价，柠檬酸钠仅仅作为稳定剂。Natan[32]小组再次改进该方法，以硼氢化钠为还原剂，柠檬酸钠为稳定剂，在室温下制备粒径为6nm的纳米金。最近，一个改进的Turkevitchmethod方法被报道[33]，该方法颠倒药品的填加方式，将高氯金酸水溶液滴加至柠檬酸钠的水溶液中，通过这个倒加的方式制备的纳米金粒径小于10nm。总之，原位合成法中的Turkevitch以及其衍生出的一些列方法制备的纳米金粒径可在5-150nm之间，当纳米金粒径减小时，得到相对单分散的纳米金；当纳米金粒径增大时，得到相对多分散的纳米金。柠檬酸钠稳定纳米金的方法常被用于功能化纳米金制备（如配体交换），以及种子生长法中金核的制备。图1-SEQ图_1-\*ARABIC1Turkevitch合成方法Fig1-SEQFig_1-\*ARABIC1SyntheticroutefortheTurkevitch（3）Brust-Schiffrin方法Brust-Schiffrin两相法于1994年首次被报道[34]，原位合成的方法制备纳米金，具体如图1-2所示：N(C8H17)4Br（TAOB）溶于C6H5Me中，加入高氯金酸水溶液并搅拌，待发生溶剂交换后（上层溶液变白，下层为橙红色）加入硫醇，最后快速注入新鲜配置的硼氢化钠水溶液，通过后处理就可得到纳米金，该方法制备纳米金不需加热，对反应环境要求简单；纳米金颗粒小（2nm～5nm）；纳米金颗粒稳定，不易团聚；用烷基硫醇作为配体，使纳米金更易功能化。硫醇配体与高氯金酸的摩尔比以及滴加硼氢化钠的速度会影响纳米金的粒径，配体越多，硼氢化钠滴加越快，则纳米金的颗粒约小，分布越集中。硫醇配体在稳定零价纳米金的过程中会失去氢原子，最终以氢气形式放出。目前制备硫醇稳定的纳米金和纳米金簇（粒径<1nm的纳米金）使用最多的就是该方法。1995年该方法得到进一步发展，制备过程不再需要相转移表面活性剂TAOB，而是选用能同时溶解高氯金酸和硫醇的同一相单一溶剂，如甲醇、乙醇、水等。近年来，用单相法制备硫醇纳米金研究很多，如Sardar等人[35]用9-硼二环壬烷这种温和的还原剂制备了功能化的烷基硫醇纳米金。双官能团的硫醇、芳烃硫醇以及其他功能化硫醇稳定纳米金也广为报道。相比Turkevitch方法中所用的还原剂如柠檬酸钠，Brust-Schiffrin方法所用硼氢化钠还原性更强，而且硼氢化钠制备纳米金的反应速率更快，因此，Brust-Schiffrin方法制备的纳米金粒径更小，粒径分布更集中。总之，Turkevitch和Brust-Schiffrin是目前制备纳米金的主流方法。图1-SEQ图_1-\*ARABIC2Brust-Schiffrin合成方法Fig1-SEQFig_1-\*ARABIC2SyntheticrouteforBrust-Schiffrin种子生长法种子生长法是目前制备纳米金的另一方法，相比原位合成，种子生长法是一步一步的生长纳米金颗粒，使用该方法制备纳米金粒径和形状更容易控制。因此种子生长发常被用来制备粒径和形貌可控的纳米金。种子生长法一般分为两步：首先制备小尺寸的纳米金种子，然后将纳米金种子加到含有高氯金酸、稳定剂和还原剂的生长液中，新还原的零价金在金种子表面生长，最终得到大颗粒的纳米金。种子生长法第二步中使用的还原剂还原性比较温和，只能在纳米金种子催化作用下才能将高氯金酸还原成零价金，因此新还原的零价金只能在金种子表面生成，不会在溶液中形成新的金核。同时，因为还原剂的弱还原性，第二步的反应速度比第一步缓慢很多。纳米金种子的粒径、形状受稳定剂和还原剂的性质和用量控制，而种子生长法制备的纳米金粒径、形貌、表面特性很大程度上受纳米金种子的粒径、形状影响，因此纳米金种子合成是种子生长法的重要步骤，自Natan[36]首次以柠檬酸钠还原和稳定的球形纳米金为种子继续增长成更大的球形纳米金后，科研工作者接踵而至，如Murphy小组[37]通过向高氯金酸和柠檬酸钠水溶液中滴加硼氢化钠冰水溶液制备3.5nm的纳米金种子，再用该纳米金种子通过种子生长法制备了棒状纳米金，后来El-Sayed[38]对此方法作出了改进，他用十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）代替柠檬酸钠为稳定剂制得粒径小于4nm的纳米金种子，并用该种子生长纳米金棒，该纳米金棒单分散性更好。除此之外，用种子生长法也可合成更多单分散性、大粒径、球形、非球形、棒状等纳米金。1.2.2功能化巯基配体修饰纳米金的方法为扩展纳米金的应用，纳米金功能化成为研究热点，尤其是纳米金巯基化，这受益于巯基与纳米金之间Au和S适中的配位作用。功能化巯基修饰纳米金方法主要有以下4种。１.2.2.1Brust-Schiffrin方法制备根据Brust-Schiffrin方法，可以硼氢化钠、高氯金酸、功能化巯基配体为原料，直接合成功能化巯基纳米金，该方法合成的纳米金粒径较小，根据文献报道[39]只有粒径大于2nm的纳米金才具有明显的表面等离子共振吸收，因此这种纳米金的应用受到了限制。巯基配体与柠檬酸钠稳定的纳米金作用柠檬酸钠与纳米金之间作用力较弱，柠檬酸钠很容易被作用力较强的含巯基的配体取代，因此可先根据Turkevitch方法制备柠檬酸钠纳米金，然后加入功能化巯基配体，在环境条件下搅拌反应，即可得到功能化巯基配体稳定的纳米金[40]。与Brust-Schiffrin方法直接用功能化巯基配体修饰的纳米金相比，该方法制得的纳米金颗粒较大，具有明显的表面等离子体共振吸收，便于检测，在医学和检测学上有具有应用潜力。巯基配体交换法配体交换法由Murray小组首次提出[41]，他们成功地用功能化的烷基硫醇配体取代原来的烷基硫醇配体，这个反应中涉及巯基上氢的转移，功能化烷基硫醇上的氢转移至纳米金表面原来的配体上，恢复成原来的烷基硫醇，从而脱离纳米金表面，新的功能化烷基硫醇代替其稳定纳米金。为纯化得到的纳米金，常使用甲醇、乙醇等纳米金不溶而巯基配体溶解的有机溶剂清洗纳米金。巯基纳米金直接功能化在已经制备的巯基纳米金上使巯基配体功能化的方法很多，常通过使纳米金上的巯基配体发生卤化物亲核取代反应[42]、亲核加成反应[43]、酸的耦合反应[44]、聚合反应[45]、点击化学反应[46]等获得功能化巯基纳米金。1.2.3纳米金的应用纳米金是目前纳米领域研究的热点和前言课题之一。如图1-3所示，由于其独特的性质，纳米金在化学催化、传感检测、生物分析、生物医学等领域的应用得到了广泛认可。纳米金的应用主要依赖于其如下几个特殊性质[46-50]：=1\*GB2⑴表面等离子共振效应（SurfacePlasmonResonance，SPR）；=2\*GB2⑵良好的生物相容性；=3\*GB2⑶实体瘤的高通透性和滞留效应（EPReffect）。图1-SEQ图_1-\*ARABIC3纳米金的应用领域Fig1-SEQFig_1-\*ARABIC3Theapplicationsofgoldnanoparticles纳米金在化学催化上的应用纳米催化在纳米材料应用方面占有举足轻重的地位。近年来，关于纳米微粒催化剂的研究表明：由于纳米粒子尺寸小、表面原子所占的百分数大、表面的活性位置多等特点，其作为催化剂表现出极高的催化活性和选择性。金一直被认为是化学惰性最高的金属，一般不被用来做催化剂。当把金制成纳米级大小的微粒时，化学惰性的金就变成了高活性的催化剂。日本科学家Haruta首次发现过渡金属氧化物负载的纳米金对CO的氧化反应具有良好的催化活性，并且还具有其他贵金属催化剂所不具有的良好的抗水性、稳定性和湿度增强效应，引起了人们对其催化特性的极大兴趣和关注，开启了纳米金在催化反应中的应用。在接下来的几十年中，科学家将纳米金催化剂应用于各种有机反应[51]中，如：氢化反应[52][53]，氧化反应[54]，C-C加成反应[55]和C-C偶联反应[56]等，并取得了一定的效果。纳米金在传感检测上的应用纳米金表面等离子体共振效应（SPR）使纳米金在传感检测上具有深远的应用潜力，纳米金在传感检测上的应用研究颇多。研究表明：纳米金作为传感器用于检测甲醛、甲氧檗因、多巴胺、凝血酶、蛋白质等物质具有用量少、灵敏度高、成本低、操作简单等优点。刘世伟小组[57]通过牺牲模板法合成了空心纳米金并将其组装成电流型传感器，检测甲醛气体，选择5个不同的甲醛浓度作为测试点，探究传感器响应信号与甲醛浓度的关系，并制备了相应的实心纳米金作为对比，研究表明，该空心纳米金传感器性能稳定，并且检测甲醛灵敏度高。王青等人[58]用柠檬酸钠还原并稳定纳米金，然后用含腺嘌呤的DNA修饰分别修饰纳米金颗粒及纳米金膜，并将他们用于抗癌物质甲氧檗因的检测，当甲氧檗因存在时，可通过DNA双链的形成而时纳米金的表面等离子体吸收峰发生偏移，从而实现对甲氧檗因的检测，同时，以盐酸小檗碱，青霉素G，硫酸庆大霉素和5-氟尿嘧啶作对比实验，结果表明，该方法可选择性检测甲氧檗因，并且可重复性好，灵敏度高，稳定性能强。纳米金在生物分析上的应用近年来，金纳米广泛用于生物分析上，并取得了重要成果。其中DNA识别与检测、金的免疫分析具有重要意义。郑华等人[59]先制备柠檬酸钠稳定的纳米金颗粒和纳米金电极，把纳米金电极置于双硫醇溶液中，硫醇分子的一端与纳米金电极相连，然后再加入柠檬酸钠稳定的纳米金，硫醇分子的另一端与纳米金颗粒相连，然后依次将电极浸入L-半胱氨酸溶液和柔红霉素溶液，得到修饰好的纳米金电极，通过检测柔红霉素的信号实现对DNA的检测，该修饰过的纳米金电极用于检测DAN生物分子具有操作简单、快捷、灵敏度高的特点。表面具有负电子的纳米金能通过静电作用吸附带正电荷基团的蛋白质类高分子，金的免疫分析实际上就是这种吸附过程，再凭借显微镜或者肉眼观察纳米金颜色变化，即可实现定性和半定量的免疫分析。纳米金在生物医学的应用纳米金在生物医学上的应用是目前研究比较热门的领域之一，其中[60]用纳米金治疗癌症，以及用纳米金作为载体传递药物有重要意义。目前，治疗癌症的方法大多是在杀死癌细胞的同时杀死大量正常细胞，给病人造成了更多的痛苦。纳米金具有实体肿瘤细胞高渗透性，以及对表面环境敏感的特性，因此在检测和治疗癌症方面具有不可替代的优越性。KangJ等人[61]研究了纳米金对癌症细胞和正常细胞的不同响应，癌症细胞中的蛋白酶活性异常，导致底物肽的电荷量发生变化，纳米金的聚集程度与表面电荷有关，纳米金的颜色可反映聚集程度，因此实验中根据纳米金的颜色差异区分癌症细胞与正常细胞。MukherjeeP等人[62]发现纳米金可以有效的抑制血管生长，而血管生长在癌症细胞的生长和转移过程中起到重要的作用，因此该实验研究表明，纳米金可以通过抑制血管生长而达到抑制癌细胞生长和转移的目的。纳米金作为药物载体已有研究，MahmoodM等人[63]以纳米金为抗癌药物阿霉素载体，阿霉素与纳米金之间键合作用在酸性条件下会被破坏，肿瘤细胞偏酸性，因此，阿霉素会在肿瘤细胞中释放，达到定向传送药物的作用。1.3聚乙二醇纳米金的应用近10年来，PEG和纳米金形成的高分子纳米金复合材料被广为研究，PEG的无毒性和纳米金的生物相容性为PEG纳米金的应用提供了前提条件，目前已广泛应用在生物、化学领域，尤其[64]是在光热治疗、药物输送、催化学化领域，国内外相关报道很多。用CTAB稳定纳米金棒复合材料可用于光热治疗和光控制的药物输送已早有研究，但CTAB对活细胞具有较强的毒性，因此限制了其使用。Niidome等人[65]将PEG-HS加入到CTAB纳米金棒中产生配体交换左右，再将剩余的CTAB用透析的方式除去后再用于光热治疗和药物传送，注入活细胞后检测54%的PEGyalted-Au存在血液中参与代谢，而CTAB稳定的纳米金棒则大部分富集在肝脏细胞中。这种改性的金纳米棒制得的新型复合纳米材料且在体内及体外实验中均取得了显著的效果。纳米金还具有敏感的诊断和有针对性的癌症疗法的潜力，然而，要实现这些目标，纳米给药系统必须智胜许多内在的身体的防御系统，实验证明纳米肿瘤靶向药物递送载体能够减少这种障碍。Paciotti等人[66]利用PEG改性的胶体纳米金建立了一个多功能的纳米治疗体系。具体来说，首先，胶体纳米金被PEG这种具有很好的生物相容性的绿色高分子稳定并分散，改变载体在活细胞内的分散性并且减少被吸收的可能以及防止网状内皮细胞间隙对载体的包裹；其次，由于纳米金具有实体肿瘤细胞高渗透性，并且可结合肿瘤坏死因子（TNF）的特点，将PEG稳定的纳米金作为TNF载体，可实现抗实体肿瘤药物的定向传输。Astruc研究小组[67]将通过点击化学制得的三唑环改性PEG运用于纳米金的制备并研究了其催化性能，实验结果表明，这种PEG-纳米金复合材料具有很好的水溶性，并且对于特点的硝基还原反应在水溶液中有较好的催化效果，进一步的实验还证实了这种材料作为传感器在重金属离子（尤其是汞）检测方面具有良好的选择性和灵敏度。1.4丙烯酰胺的检测及吸附方法丙烯酰胺分子式为C3H5NO，分子量70.08，常温下为白色晶体，能溶解于水、乙醇、乙醚、丙酮等溶剂中，能微溶于二氯甲烷。丙烯酰胺有中度毒性，大量实验表明，丙烯酰胺不仅能引起神经毒性，还能破坏生殖系统，影响生育能力，更为严重的是，丙烯酰胺能引起基因突变，因此国际癌症研究机构将其列为2A类致癌物质。丙烯酰胺是常用的工业原料之一，用丙烯酰胺合成的聚丙烯酰胺是废水净化处理的常用材料，合成聚丙烯酰胺时可能会有残留的丙烯酰胺单体，我国颁布GB5749—2006生活饮用水卫生标准中明确规定了丙烯酰胺的限定值为0.0005mg/L；N，N-二甲基丙烯酰胺与聚硅氧烷接枝后形成聚合物常用于个人护理品的制备，如护肤品、化妆品、护发用品、防晒用品等，丙烯酰胺是制备N,N-二甲基丙烯酰胺的常用原料，制备过程中可能残留丙烯酰胺；多数食品中含有丙烯酰胺，尤其是蛋白质和淀粉类食物高温加热后会产生大量丙烯酰胺。综上所述，人们常常会通过饮水、护肤品、食物等直接或间接接触到丙烯酰胺这种有毒致癌物质，因此，丙烯酰胺的检测以及吸附显得尤为重要。1.4.1丙烯酰胺的检测方法目前，丙烯酰胺的检测方法主要有高效液相色谱法（HPLC）、气相色谱法(GC)、化学发光法、紫外分光光度法(UV)、液相色谱-质谱联用法(LC-MS)、气相色谱-质谱联用法(GC-MS)。高效液相色谱法高效液相色谱法是用高压输液系统，将液体流动相输送至装有固定相的色谱柱中，根据相似相溶原理，不同极性的物质在色谱柱内被分离，然后进入检测器进行检测，从而实现对试样的分析的定性和定量方法。茅力等人[68]先对食品进行了一系列的前处理，配置0.02-10.0ug/mL的丙烯酰胺标准溶液，检测食品中丙烯酰胺的含量，并经过色谱条件优化，确定乙腈：水=5：95为流动相，210nm为紫外检测波长时为最佳测试条件，通过液相色谱分析以及线性拟合，结果显示：该方法检测丙烯酰胺的检出限为0.005ug/mL，线性相关系数为0.9993。赵利等人[69]用高效液相色谱法测定自来水的丙烯酰胺的浓度，经过色谱条件优化，确定以甲醇：水=1：9为流动相，205nm为紫外检测波长，柱温为35℃时为最佳测试条件，在最优条件下，采用外标法，取一系列浓度的丙烯酰胺标准溶液测试，根据峰面积和浓度的关系绘制标准曲线，然后进行水样检测，结果表明：该方法的最低检出浓度可达0.2ug/L，线性相关系数为0.9998。气相色谱法气相色谱与液相色谱最大的区别在于使用的流动相为气相，该方法常被于测丙烯酰胺。雷林等人[70]用气相色谱法检测了用聚丙烯酰胺处理过的水中残存的丙烯酰胺单体，实验以氮气为流动相，色谱柱温165℃，气化室温度230℃为测试条件，采用外标法，以丙烯酰胺标准液的浓度和峰的积分面积关系绘制标准曲线，并对填充柱子和毛细管柱检测丙烯酰胺作比较，结果表明：充柱的检出限为0.004mg/mL，性相关系数为0.9974；毛细柱的检出限为0.0012mg/mL，线性相关系数为0.9996。周宇等人[71]用气相色谱法检测了油炸类食品薯片中丙烯酰胺的含量，经过提纯、溴化、蒸发等样品处理过程后，调节色谱条件，选用毛细柱，采用外表法进行检测，结果表明：法检测限为3ug/kg，并且在2000ug/kg浓度以下，具有良好的线性相关性。化学发光法化学发光是指在化学反应中，底物或产物受到激发处于高能量的不稳定状态时，以释放光子的形式降低能量，使物质处于基态的现象。化学发光分析法分为液相化学发光、气相化学发光、生物化学发光，赵琛[72]运用丙烯酰胺对液相发光中光泽精体系增强作用，结合流动注射技术，设计了一个简单、快捷、灵敏度高的流动注射化学发光新方法，用于检测丙烯酰胺。经过优化实验，确定系统PH值、浓度等因素，实验表明，在1.0×10-6-1.0×10-3mol/L之间，线性相关性良好相关系数为0.9993，将标准偏差计算进实验，检出限可达3.95×10-8mol/L，另外，研究了该方法的抗干扰性能，如Mg2+、Ca2+、酒石酸、淀粉等，结果表明，该方法具有较强的抗干扰能力。紫外分光光度法紫外分光光度法用于丙烯酰胺的检测已有报道，杨生玉等人[73]研究了紫外分光光度法对丙烯酰胺的检测，实验以丙烯酰胺198nm波长处的吸收值为依据，配置浓度在0.25-8mg/L范围内的7个标准溶液，以浓度和吸收值的关系拟合直线方程，然后对待测样品进行测样，对比拟合直线，计算待测丙烯酰胺样品浓度，并且将实验测得数据与气相色谱结果比较。实验表明，紫外测试结果与气相色谱结果差别甚微，线性相关系数为0.9979，紫外分光光度法作为检测丙烯酰胺的方法之一，具有简单、快捷、灵敏度高等优点，但198nm属于近真空紫外范围，一般的紫外分光光度计难以满足要求。液相色谱-质谱联用法液相色谱-质谱联用结合了液相色谱的样品成分高效分离和质谱的物质特异性，因此该方法常用于多组分定性、定量分析。张凌云等[74]用高效液相色谱-质谱联用法检测水中丙烯酰胺的含量。样品测试前避光保存，进样前用过滤膜过滤待测，优化色谱及质谱条件，最终确定色谱条件，流动相为0.1%甲酸水溶液：甲醇=5：95，柱温为30℃，流速0.25mL/min；质谱条件，离子源，离子源温度为120℃，脱溶剂温度为350℃，定量方式为多反应检测模式，碰撞气体流速为0.2mL/min，然后配置标准溶液，采用外标法定量检测水中丙烯酰胺浓度。该方法检测丙烯酰胺检出限为0.1ug/L，界卫生组织对饮用水丙烯酰胺上限为0.5ug/L的规定，适用于饮用水中丙烯酰胺含量的测定。另外，孟祥蕾[75]用液相色谱-质谱联用法测定聚丙烯酰胺水凝胶中丙烯酰胺的含量，熊杰等[76]利用液相色谱-质谱联用法实现了水中丙烯酰胺、苯胺、联苯胺多种有害物质的同时测定。文献证明液相色谱-质谱联用法对丙烯酰胺的检测具有高的灵敏度，操作较简单，但对设备的要求较高，难以普及。气相色谱-质谱联用法气相色谱-质谱联用法原理与液相色谱-质谱联用法类似，只是该方法所用的流动相为气相。蒋俊树等[77]研究了气相色谱-质谱联用法对食品中丙烯酰胺的检测。为克服丙烯酰胺的热不稳定性，实验先对样品溶解、冷冻离心的方式提取丙烯酰胺后，再对丙烯酰胺进行溴化衍生，得到较稳定的2,3-二溴丙烯酰胺，将该衍生物在优化后的色谱条件以及质谱条件下测试。结果表明：在0-3.5mg/kg范围内，丙烯酰胺浓度与峰面积拟合直线具有很好的线性关系，相关系数为0.9995，丙烯酰胺检出限为5.06ug/kg。实验还采用13C同位素标记的丙烯酰胺为内标物质考察该方法的准确性，结果显示：该方法具有较高的准确度。郭志峰等人[78]将锅巴经脱脂、活性炭吸附、乙酸乙酯洗脱、洗脱液浓缩处理后，用气相色谱-质谱联用的方法对浓缩后的丙烯酰胺进行定量分析，该方法检测限为0.06mg/kg，线性相关系数为0.9999。气相色谱-质谱联用法对丙烯酰胺的检测具有高的灵敏度，可信度高，专一性好，但过程复杂，操作比较繁琐。1.4.2丙烯酰胺的吸附方法丙烯酰胺是一种有毒性物质，常存在食品尤其是高温油炸食物、化妆品、饮用水、空气中，人体接触或食入吸入过多可能会导致癌变，因此，如何减少或消除丙烯酰胺在这些东西里的含量显得尤为重要，除抑制丙烯酰胺按生成外，丙烯酰胺吸附是比较有效的方法。目前，丙烯酰胺高效率吸附剂主要有活性炭、膨胀土、磁性壳聚糖、纳米材料等。活性炭吸附丙烯酰胺活性炭是目前被广泛用作吸附剂的材料之一，其表面多孔，比表面积大，用作吸附剂时吸附容量大、速率快，是吸附丙烯酰胺常用的物质，相关研究较多。Brown小组[79]曾用活性炭吸附河水中丙烯酰胺，实验发现：活性炭对质量浓度为10mg/L的丙烯酰胺溶液减少至约3mg/L，即对丙烯酰胺的吸附率高达70%。张勃等[80]以活性炭作为固相萃取膜，用于吸附和富集水中微量的丙烯酰胺，使用高效液相色谱法检测水中低浓度丙烯酰胺成为可能。膨胀土吸附丙烯酰胺膨胀土的主要成分是蒙脱石，具有较好的阳离子交换和表面吸附能，是一种优秀的天然吸附材料。广泛应用于工业废水中重金属、有机污染物及染料脱除等领域。基于膨胀土的高吸附能，陈学青等[81]将其作为吸附剂，研究其对丙烯酰胺的吸附作用。实验对膨胀土吸附丙烯酰胺的过程、影响吸附效果的因素、以及吸附机理作了研究，结果表明：膨润土吸附丙烯酰胺的过程符合拟一级动力学方程和Langmuir等温吸附方程；该吸附过程放热，因此随着丙烯酰胺溶液温度的升高，吸附量下降；丙烯酰胺浓度减低，吸附量降低；XRD和红外分析表明膨胀土吸附丙烯酰胺主要依靠丙烯酰胺氨基、碳氧双键与膨胀土之间的氢键，同时存在插层吸附。壳聚糖吸附丙烯酰胺壳聚糖具有大量的游离氨基，是一种优良的阳离子型吸附剂，其中磁性壳聚糖作为易分离的可重复利用吸附剂用于丙烯酰胺吸附已有研究。孙卿等[82]制备了四氧化三铁磁性表面离子化的壳聚糖，将其用于丙烯酰胺的吸附。首先制备磁性四氧化三铁粒子，然后将壳聚糖与乙酸混合，再加入磁性四氧化三铁、戊二醛，制备磁性壳聚糖微球，再经过抽滤、干燥得到固定化的离子液体，用其吸附丙烯酰胺，吸附量通过紫外分光光度计检测198nm处的吸收值计算，对比没有磁性的壳聚糖和该磁性壳聚糖，该磁性壳聚糖对丙烯酰胺的吸附容量为1.742mg/g，是没有磁性的壳聚糖的4倍多。表面离子液体固定化后的磁性壳聚糖是吸附丙烯酰胺的优良材料。纳米材料纳米材料比表面积大，表面自由能强，可作为吸附剂。ZhaoH等[83]以碳纳米管材料为固相萃取材料，用其吸附丙烯酰胺，再通过液相色谱检测丙烯酰胺浓度，实验表明碳纳米管是丙烯酰胺的良好吸附材料。李生华[84]等研究了基于碳纳米管载体的丙烯酰胺免疫亲和吸附剂，结果表明：用修饰过的单壁碳纳米管填充的管柱对丙烯酰胺具有特异性的吸附。尽管目前用于吸附丙烯酰胺的材料较多，但总得来说，这些吸附剂成本高，吸附过程复杂，并且吸附原理不明确，因此，研究新型简单快捷的丙烯酰胺吸附剂具有现实意义。1.5本课题研究意义和主要研究内容1.5.1本课题研究意义从文献调研结果分析，虽然目前检测丙烯酰胺的方法较多，灵敏度较高，尤其是液相色谱仪-质谱联用和气相色谱-质谱联用，但仍存在问题，这些检测方法需要昂贵的仪器设备，繁琐的仪器操作过程，复杂的样品处理手段等，因此更快捷的、简单的、低成本的、可靠的丙烯酰胺检测方法成为亟需。同时，为了减少或避免人体接触、食入丙烯酰胺的含量，丙烯酰胺吸附剂的研究有实际意义，现已被报道的丙烯酰胺吸附剂种类较多，但总体来说，重复利用率低，成本较高，加上有关丙烯酰胺吸附机理的报道较少，因此，环保节约的新型吸附剂用于吸附丙烯酰胺的研究成为科研工作者的另一任务。聚乙二醇修饰的纳米金是一种具有多种应用潜力的优秀材料，这种高分子纳米复合材料拥有生物相容性、水油两亲性、纳米尺寸效应、表面等离子共振吸收、实体肿瘤高渗透性等特点，已被广泛应用到多个领域。本课题主要基于聚乙二醇修饰的纳米金在丙烯酰胺检测以及吸附上的应用做出探索性研究，以期拓展纳米金的应用领域，并为有毒小分子检测及吸附提供新的思路。1.5.2本课题主要研究内容本课题主要以聚乙二醇单甲醚为原料，制备了聚乙二醇单甲醚稳定的纳米金（PEG-纳米金），以及将聚乙二醇单甲醚改性，合成巯基化功能化的聚乙二醇（PEG-HS），再以该巯基化聚乙二醇为稳定剂，制备了以及巯基化聚乙二醇纳米金（PEG-HS-纳米金）。然后将这两种纳米金分别用于丙烯酰胺有毒小分子的检测上[85]和吸附上[86]。选取与丙烯酰胺性质相似的N,N-二甲基丙烯酰胺作对比实验，探究了PEG-纳米金以及PEG-HS-纳米金检测和吸附丙烯酰胺的机理、条件、选择性、循环利用等内容。本课题的实验主要内容分为以下部分：（1）聚乙二醇纳米金的制备及表征（2）聚乙二醇单甲醚纳米金在丙烯酰胺检测上的应用（3）巯基化聚乙二醇单甲醚纳米金在丙烯酰胺吸附上的应用

2聚乙二醇纳米金的制备及表征2.1引言早在20世纪末，人们就开始研究和制造纳米材料，金属纳米颗粒因为其特殊的电子结构引起了“量子尺寸效应”，并展示出优异物理化学特性[87][88]，其中纳米金是目前纳米材料领域研究的热点和前言课题之一。在众多高分子材料中，聚乙二醇（PEG）是目前在生物化学领域运用最广泛的一种，基于其与纳米金的特点和共性，聚乙二醇纳米金（PEG-纳米金）复合材料的制备以及应用研究具有现实价值和意义。本章主要以PEG为原料，制备了聚乙二醇单甲醚纳米金（PEG-纳米金），并将聚乙二醇巯基功能化后制备巯基化聚乙二醇单甲醚纳米金（PEG-HS-纳米金）。实验主要分为两大部分：（1）通过硼氢化钠还原四氯金酸，聚乙二醇单甲醚为稳定剂的方法，制备了分散性好、粒径均匀、水溶性好、稳定性强的PEG-纳米金，并用紫外可见分光光度计、透射电子显微镜、激光粒度分析仪等对制备的PEG-纳米金进行表征。(2)将聚乙二醇单甲醚巯基功能化后制备PEG-HS-纳米金。以聚乙二醇为反应原料与甲基磺酰氯发生取代反应，再将产物与硫代乙酸钾再次取代，得到的产物与盐酸发生水解反应，反应产物即为巯基化聚乙二醇单甲醚；再以四氯金酸为原料，柠檬酸钠为还原剂以及稳定剂，参照改良的“Turkevich”方法制备纳米金；再将该纳米金与巯基化聚乙二醇配体交换，最后通过一系列的后处理，得到较纯的PEG-HS-纳米金。配体制备的每一步产物都经过核磁共振氢谱表征，并用紫外可见分光光度计、透射电子显微镜、激光粒度分析仪等对制备的PEG-HS-纳米金进行表征。2.2实验部分2.2.1主要药品及仪器本章实验主要采用的实验试剂如表2-1所示，采用的仪器设备如表2-2所示。2.2.2PEG-纳米金的制备(1)制备前准备：杂质能使纳米金发生严重团聚，因此制备之前将实验所需的玻璃仪器及磁转子用王水浸泡3h，清洗干净后用去离子水冲洗3次，并用真空干燥箱烘干备用。(2)制备PEG-纳米金胶体：用电子天平准确称取15mg四氯金酸，加入至干净的100mL烧杯中，加入40mL去离子水，再加入10mg聚乙二醇单甲醚（平均分子量为350），向溶液中加入磁转子，常温搅拌5分钟，待溶液分散均匀，逐滴加入含1mg硼氢化钠的新制水溶液1mL，10分钟左右，溶液从浅黄色逐渐变黑最后呈酒红色，即形成PEG-纳米金胶体。(3)PEG-纳米金离心处理：将制备的PEG-纳米金胶体装于4mL规格的离心管内，离心管对称放入离心机中，设置转速6000rpm，离心10分钟后，用滴管将上层澄清的水溶液取出，再次加入4mL去离子水，重复离心，重复三次，除去多余的游离状态PEG，得到纯净的PEG-纳米金。表2-SEQ表_2-\*ARABIC1主要实验试剂Table2-SEQTable_2-\*ARABIC1Mainreagentsofexperiments药品名称药品规格生产厂家聚乙二醇单甲醚分析纯阿拉丁试剂四氯金酸硼氢化钠柠檬酸钠甲基磺酰氯硫代乙酸钾三乙氨二氯甲烷浓盐酸碳酸氢钠无水硫酸钠无水乙醇无水甲醇氯化钠分析纯分析纯分析纯分析纯分析纯分析纯分析纯分析纯分析纯分析纯分析纯优级纯分析纯阿法埃莎试剂阿拉丁试剂阿拉丁试剂成都艾科达化学试剂阿拉丁阿拉丁天津市致远化学试剂成都市欣海兴化工试剂成都市联合化工试剂阿拉丁成都科龙化工试剂天津市科密欧化学试剂阿拉丁表2-SEQ表_2-\*ARABIC2主要实验仪器Table2-SEQTable_2-\*ARABIC2Mainapparatusofexperiments仪器名称仪器型号生产厂家高速离心机真空烘干箱旋转蒸发仪循环水式真空泵磁力搅拌器电子天平TG16-WSDZF-6020AIKARV10basicAHZ-DIKARCTbasicATY224湖南湘仪实验室仪器开发有限公司北京中兴伟业仪器发展有限公司广州仪科实验室技术有限公司巩义市予华责任有限公司广州仪科实验室技术有限公司岛津国际贸易（上海）有限公司紫外分光光度计SHIMADZUUV-1800岛津国际贸易（上海）有限公司透射电子显微镜核磁共振仪激光粒度分析仪TecnaiG2F20S-twinBruker600MHZ90plus美国热电公司德国布鲁克仪器公司美国布鲁克海文公司2.2.3PEG-HS-纳米金的制备巯基化聚乙二醇单甲醚配体合成参照AdegboyegaK[89]将羟基功能化为巯基方法，实验以PEG为原料，通过一系列取代及水解反应，最终将PEG链端的羟基转为巯基，实验步骤如图2-1所示：其中n表示PEG的聚合度（实验选取分子量MW=500的PEG）。该巯基配体合成主要分为三个步骤，首先合成中间体（1），即甲基磺酰取代的PEG；然后合成中间体（2），即硫代乙酸取代的PEG；最后合成配体（3），即巯基化的PEG（PEG-HS）。(1)合成甲磺酰氯取代的PEG首先称取聚乙二醇单甲醚4g（8.0mmol，平均摩尔质量MW=500），置于100mL圆底烧瓶，加入磁转子后使用双排管对圆底烧瓶抽真空3分钟，然后通入氮气3分钟，再抽真空3分钟，循环3次后，在氮气保护下，依次向圆底烧瓶中注入二氯甲烷50mL，三乙胺2.5g（20.0mmol），甲基磺酰氯1.375g（12mmol），在氮气保护下室温反应6小时后停止，向烧瓶中加入1mL浓盐酸，搅拌5分钟，再加入适量的碳酸氢钠饱和水溶液调节反应体系的PH约为7；然后萃取提纯，向体系中加入20mL去离子水，搅拌30分钟后静置10分钟，使得有机相和水相充分分层，然后进行分液，取有机层再次加入20mL去离子水，重复一次萃取步骤，向得到的含有产物的有机层中加入无水硫酸钠以除去可能残留的水，10分钟后，通过过滤的方式除去无水硫酸钠；最后，用旋转蒸发仪除去二氯甲烷溶剂，得到浅黄色的甲基磺酰氯取代的PEG，即产物（1）3.1g（产量为78%）。图2-SEQ图_2-\*ARABIC1巯基化聚乙二醇单甲醚的合成路线Fig2-SEQFig_2-\*ARABIC1SynthesisofPEG-HS-AuNPs(2)合成硫代乙酸取代的PEG称取产物（1）甲基磺酰氯取代的PEG1.6g以及硫代乙酸钾置于100mL圆底烧瓶中，加入磁转子后使用双排管对圆底烧瓶抽真空3分钟，然后通入氮气3分钟，再抽真空3分钟，循环3次后，在氮气保护下，向圆底烧瓶中注入无水甲醇10mL，加热至90℃回流并强烈搅拌，烧瓶中溶液从无色逐渐变为白色絮状，最后呈浅黄色。反应3小时后，向烧瓶中加入40mL去离子水和40mL二氯甲烷溶剂，搅拌30分钟后静置10分钟，使得有机相和水相充分分层，然后进行分液，取有机层再次加入40mL去离子水，重复一次萃取。向得到的含有产物的有机层中加入无水硫酸钠以除去可能残留的水，10分钟后，通过过滤的方式除去无水硫酸钠；最后，用旋转蒸发仪除去二氯甲烷溶剂，得到黄色的硫代乙酸取代的PEG，即产物（2）900mg（产量为56%）。（3）合成巯基化的PEG称取产物（2）硫代硫酸钾取代的PEG120mg置于100mL圆底烧瓶中，加入磁转子后使用双排管对圆底烧瓶抽真空3分钟，然后通入氮气3分钟，再抽真空3分钟，循环3次后，在氮气保护下，向圆底烧瓶中注入无水甲醇10mL以及浓盐酸8mL，加热至90℃回流并强烈搅拌，反应3小时后，向烧瓶中加入40mL去离子水和40mL二氯甲烷溶剂，参照步骤（2）进行萃取和干燥，用旋转蒸发仪除去二氯甲烷溶剂，得到黄色的巯基化的PEG，即产物（3）64mg（产量为53%）。PEG-HS-纳米金的制备巯基化聚乙二醇单甲醚稳定的纳米金合成路线如图2-2所示，主要分为两步：（1）制备柠檬酸钠稳定的纳米金。（2）用巯基化的PEG置换柠檬酸钠（配体交换），制备巯基化聚乙二醇单甲醚纳米金。（1）柠檬酸钠稳定的纳米金制备如图2-2所示，首先参照Turkevich方法，在水溶液中用柠檬酸钠作为还原剂和初始稳定剂还原四氯金酸，具体方法是取100mL容量烧杯准确称取高氯金酸20mg，加入40mL去离子水使高氯金酸溶解，然后将该烧杯放置在温控磁力搅拌器上加热，另取一个小烧杯称取柠檬酸钠140mg，溶于2mL去离子水中，待高氯金酸溶液加热至接近沸腾时，缓慢加入柠檬酸钠水溶液，并加入磁转子强烈搅拌，溶液逐渐由黄色变为无色，最后呈酒红色，约10分钟后，停止加热，即得到柠檬酸钠稳定的纳米金水溶胶。（2）巯基化聚乙二醇单甲醚纳米金制备其次，将上述制备出的纳米金颗粒与图2-1中制备的巯基配体进行表面的配体交换反应（Ligandsubstitutionreaction）得到PEG稳定的纳米金。具体方法是向（1）中制备的柠檬酸钠稳定的纳米金中加入巯基化聚乙二醇单甲醚60mg（过量），使其在氮气保护下，室温搅拌反应3h，因为巯基与纳米金之间的配位作用强于柠檬酸钠与纳米金之间的配位作用，所以巯基化的聚乙二醇单甲醚会取代柠檬酸钠的位置，与纳米金形成配位，从而得到更为稳定的巯基纳米金水溶胶。然后进行了如下处理过程：向该巯基纳米金水溶胶中加入30mL二氯甲烷，同时强烈搅拌并逐渐加入粉末状氯化钠，当水溶胶中氯化钠达到饱和时不再加入，随着搅拌的进行，上下层明显分层，上层水溶液由最开始的酒红色逐渐变为无色溶液，下层二氯甲烷由最开始的无色逐渐变为酒红色。这是因为巯基纳米金既能溶解于水又能溶解于二氯甲烷这类极性较强的有机溶剂，并且在水溶液中溶解度更大，氯化钠在水中的溶解度较大，而基本不溶于有机溶剂，加入氯化钠可使巯基纳米金在水中的溶解度降低，促使巯基纳米金从上层水中转移到下层二氯甲烷中。当上层水几乎变为无色时，静置10min后萃取，向含有巯基纳米金的二氯甲烷中加入无水硫酸钠，干燥30min后过滤，用旋转蒸发仪除去二氯甲烷溶剂，经称量，得到巯基纳米金固体21.4mg。图2-SEQ图_2-\*ARABIC2巯基化聚乙二醇纳米金的合成路线Fig2-SEQFig_2-\*ARABIC2SynthesisofPEG-HS-AuNPs2.2.4样品表征方法及仪器PEG-纳米金样品表征方法和仪器（1）紫外可见分光光度计检测紫外可见分光光度计（UV）是纳米金的常用表征方法之一。纳米金在可见光范围和近红外区为等离子体吸收源，一般来说，球形的纳米金在530nm波长范围内有一个金的横向伸缩振动吸收峰[90]。实验采用液态样品测试方法，选择3mL石英比色皿，取3mL该PEG-纳米金样品溶胶，置于比色皿中，设置仪器扫描波长范围为200nm-800nm，仪器扫描速度为快速扫描，以去离子水为参比溶剂进行UV测试。（2）透射电子显微镜表征透射电子显微镜（TEM）常用来表征样品的颗粒大小以及形貌分析，具有分辨率高、放大倍数范围广等优点。TEM是纳米颗粒的重要表征方法。本实验采用滴样的方式将PEG-纳米金样品溶胶滴在碳支持膜上，用红外灯烘干，再将样品置于单倾样品杆上进行进样操作，在200kV加速电压下进行TEM表征。（3）激光粒度分析仪表征激光粒度分析仪常用于分析样品的粒度大小、分布情况，本实验用激光粒度分布仪进行动态光散射测试（DLS），取3mL该PEG-纳米金待测样品溶胶，置于3mL石英比色皿中，设置时间3min进行DLS测试。PEG-HS-纳米金样品表征方法和仪器（1）核磁共振表征原子核的自旋运动引起核磁共振，不同的原子核，有不同的自旋运动，因而能引起不同的核磁共振，为确认巯基化聚乙二醇配体及合成过程中每一步产物的正确性，核磁表征是必不可少。本实验将各所需表征产物真空烘干，置于核磁管中，以氘代氯仿为溶剂溶解，用布鲁克600HZ核磁共振仪进行核磁氢谱表征。(2)紫外可见分光光度计检测用紫外分光光度计（UV）先后表征了柠檬酸钠稳定的纳米金以及巯基化聚乙二醇稳定的纳米金。本实验采用液态样品测试方法，选择3mL石英比色皿，取3mL柠檬酸钠纳米金溶胶，置于比色皿中，设置仪器扫描波长范围为200nm-800nm，仪器扫描速度为快速扫描，以去离子水为参比溶剂进行UV测试；而巯基化聚乙二醇纳米金的表征具体方法则是取适量处理好的巯基纳米金固体溶于3mL去离子水中，然后置于3mL石英比色皿，设置仪器扫描波长范围为200nm-800nm，仪器扫描速度为快速扫描，以去离子水为参比溶剂进行UV测试。(3)透射电子显微镜表征首先将柠檬酸钠稳定的纳米金水溶胶滴一滴在碳支撑膜上，用红外灯烘烤干燥，选择单倾样品杆进样，加速电压200kV下进行TEM测试。按照同样的方法滴加巯基化聚乙二醇纳米金水溶胶进行透射电镜表征，为了进一步了解巯基纳米金的形貌信息，实验对巯基纳米金进行了高角度环形暗场下的成像表征。(4)EDS能谱表征为进一步证明巯基化聚乙二醇纳米金的合成，本实验在配置有EDS能谱仪的透射电子显微镜下进行了能谱表征，具体方法是在高倍环形暗场像下选中一个纳米金，然后在这个区域内扫能谱，将所得的能谱与元素的发射能谱进行比较，从而确定样品中存在的元素信息。(5)激光粒度分析实验对样品进行激光粒度分析（DLS）。取3mL各待测样品溶胶，置于3mL石英比色皿中，设置时间3min进行DLS测试。2.3结果与讨论2.3.1UV光谱分析PEG-纳米金PEG-纳米金的紫外可见分光光谱图如图2-3所示（内嵌该纳米金照片），从内嵌图可以看出，该纳米金在水中分散性较好，无沉淀物，并且该纳米金为均一的酒红色。由图2-3还可以看出该PEG-纳米金胶体在530nm附近有强吸收峰，这是因为在紫外可见光的照射下纳米金表面等离子体振动引起的对一定波长的光有强吸收作用。并且从该图可以看出PEG-纳米金在530nm处的最大吸收峰分布较窄，表明该PEG-纳米金颗粒粒度分布较集中。2.3.2TEM分析PEG-纳米金PEG-纳米金的透射电镜图如图2-4所示，从图可以看出，每个PEG-纳米金粒子都呈准圆形状，并且相互分散存在，无团聚，颗粒大小较为均一。为计算该PEG-纳米金的颗粒大小和粒径分布，利用ImageJ软件测量该图每一个颗粒粒径，然后做出粒径分布图如图2-5，从图中可以看出该PEG-纳米金粒径呈正态分布，绝大部分颗粒粒径集中分布在18nm-21nm，18nm以下以及21nm以上颗粒分布较少，其中最小粒径为15nm，最大粒径为26nm，经过统计，该PEG-纳米金平均粒径为19nm。图2-SEQ图_2-\*ARABIC3PEG-纳米金紫外可见分光光谱图Fig2-SEQFig_2-\*ARABIC3UV-viaspectraofPEG-AuNPs图2-SEQ图_2-\*ARABIC4PEG-纳米金透射电子显微镜图Fig2-SEQFig_2-\*ARABIC4TEMimageofPEG-AuNPs图2-SEQ图_2-\*ARABIC5PEG-纳米金粒径分布图Fig2-SEQFig_2-\*ARABIC5SizedistributionofPEG-AuNPs2.3.3DLS分析PEG-纳米金由于透射电镜依靠衬度成像，只能对纳米金核具有成像作用，表面的PEG稳定剂不成像，因此，透射电镜只能反映纳米金核的大小、形貌特征。动态光散射是通过光学散射原理测量粒度分布，其所测得的粒度分布是一个颗粒整体或者是一个团聚颗粒整体，因此该粒度包括了纳米金核和表面稳定剂。PEG-纳米金的动态光散射如图2-6所示，由图可见，该PEG-纳米金颗粒（包括纳米金核和表面稳定剂）粒径100%分布在50nm以内，较为集中在20nm-50nm，40nm处的值最大。这表明该PEG-纳米金具有较为均一的粒度，分散性较好，并且从图中可以看出该PEG-纳米金平均粒度约为40nm。图2-SEQ图_2-\*ARABIC6PEG-纳米金动态光散射图Fig2-SEQFig_2-\*ARABIC6DLSofPEG-AuNPs2.3.41H-NMR分析PEG-HS-纳米金为了确定每一步合成实验得到产物的正确性，核磁测试是必须进行的，对中间体以及巯基配体进行核磁（1H-NMR）测试的过程是首先取几毫克的待测样品，以氘代氯仿（CDCl3）为溶剂将其溶解，然后置于核磁管中，在瑞士Bruker公司生产的AdvanceBruker600MHz型的核磁共振仪上进行测试。甲基磺酰基取代的PEG氢核磁分析中间体甲磺酰氯取代的PEG氢核磁（1H-NMR）测试结果如图2-7所示，通过对该中间体中的氢进行归属，其分析结果如下：通过对该甲磺酰氯取代的PEG氢核磁图谱进行分析，分别列举出所有不同氢的化学位移、氢的个数及氢的峰形：δ=3.02(3H,-SCH3,s),δ=3.31(3H,-OCH3,s),δ=3.48-3.70(42H,methylsulfonate-OCH2CH2-OCH2CH2O-,m),δ=4.31(2H,methylsulfonate-OCH2-,t)，其中s代表单峰、m代表多重峰、t代表三重峰。在δ=3.02处为甲磺酰氯中与硫原子直接相连的甲基上的氢，根据为N+1规则判断出此处为单峰，根据积分面积可以得出共3个氢；在δ=3.31为PEG链端的氧原子连接的甲基氢，同理，根据N+1规则得出该处峰为单峰，根据积分面积得出共有3个这个的氢；在δ=3.48-3.70处为-OCH2CH2-重复单元上的氢，根据N+1规则和峰积分面积可得出该处峰位多重峰，一共有42个这样的氢。由于受甲基磺酰基团的影响，与甲基磺酰基团靠近的-OCH2-上的氢核磁峰位移与其他的氢有差异，即在δ=4.31处，同理根据N+1规则可知该处峰为三重峰，根据积分面积可知共有2个这样的氢。根据上述分析，可以从氢核磁图谱证实此高分子化合物为实验所期望得到的甲基磺酰化的PEG中间产物。硫代乙酸取代的PEG核磁分析中间体硫代乙酸取代的PEG氢核磁（1H-NMR）测试结果如图2-8所示，通过对该中间体中的氢进行归属，其分析结果如下：通过对该硫代乙酸取代的PEG氢核磁图谱进行分析，分别列举出所有不同氢的化学位移、氢的个数及氢的峰形：δ=2.33(3H，-CH3-CO-S，s)，δ=3.08(2H，-S-CH2-CH2-O-，t)，δ=3.37(3H，-OCH3，s)，δ=3.54-3.64(42H，-S-OCH2CH2-OCH2CH2O-，m)，其中s代表单峰、m代表多重峰、t代表三重峰。在δ=2.33处为硫代乙酸基团上的甲基上的氢，根据为N+1规则判断出此处为单峰，根据积分面积可以得出共3个氢；在δ=3.08为与硫代乙酸上的硫原子直接相连的-CH2上的氢，同理，根据N+1规则得出该处峰为三重峰，根据积分面积得出共有2个这个的氢；在δ=3.37处为为PEG链端的氧原子连接的甲基氢，根据N+1规则得出该处峰为单峰，根据积分面积得出共有3个这个的氢；在δ=3.54-3.64处为-OCH2CH2-重复单元上的氢，根据N+1规则和峰积分面积可得出该处峰位多重峰，一共有42个这样的氢。根据上述对该化合物氢核磁谱图的分析，可以证实此化合物为实验所期望得到的硫代乙酸取代的PEG中间产物。图2-SEQ图_2-\*ARABIC7甲磺酰氯取代的PEG氢核磁图谱Fig2-SEQFig_2-\*ARABIC71H-NMRofPEG-methylsulfonate巯基化的PEG核磁分析巯基化的PEG氢核磁（1H-NMR）测试结果如图2-9所示，通过对该化合物的氢进行归属，其分析结果如下：通过对巯基化的PEG氢核磁图谱进行分析，分别列举出所有不同氢的化学位移、氢的个数、氢的峰形：δ=1.59-1.62(1H,SH-CH2-,t),δ=2.69-2.71(2H,SH-CH2-CH2-,t),δ=3.38(3H,-OCH3,s),δ=3.54-3.73(42H,SH-CH2CH2OCH2CH2O-,m)，其中s代表单峰、m代表多重峰、t代表三重峰。在δ=1.59-1.62处为巯基HS-上的氢，根据为N+1规则判断出此处为三重峰，根据积分面积可以得出共1个氢；在δ=2.69-2.71处为与巯基直接相连的-CH2上的氢，同理，根据N+1规则得出该处峰为三重峰，根据积分面积得出共有2个这个的氢；在δ=3.38处与为PEG链端的氧原子连接的甲基氢，根据N+1规则得出该处峰为单峰，根据积分面积得出共有3个这个的氢；在δ=3.54-3.73处为-OCH2OCH2-重复单元上的氢，根据N+1规则和峰积分面积可得出该处峰位多重峰，一共有42个这样的氢。根据上述对该化合物氢核磁谱图的分析，可以证实此化合物为本实验设计想要得到的巯基化的PEG化合物。图2-SEQ图_2-\*ARABIC8硫代乙酸取代的PEG氢核磁图谱Fig2-SEQFig_2-\*ARABIC81H-NMRofPEG-thioacetate图2-SEQ图_2-\*ARABIC9巯基化的PEG氢核磁图谱Fig2-SEQFig_2-\*ARABIC91H-NMRofPEG-HS巯基化的PEG纳米金的氢核磁分析巯基化的PEG纳米金氢核磁（1H-NMR）测试结果如图2-10所示，通过对该物质的氢进行归属，其分析结果如下：所有不同氢的化学位移、氢的个数、氢的峰列举为δ=2.69(2H,SH-CH2-CH2-,t),δ=3.37(3H,-OCH3,s),δ=3.54-3.74(42H,-CH2CH2OCH2CH2O-,m)，通过与上文中（3）巯基化的PEG氢核磁对照得知：δ=2.69、δ=3.37、δ=3.54-3.74处的峰信息基本与（3）巯基化的PEG氢谱峰信息相符，只是在δ=1.59-1.62处-HS上氢的的三重峰信号消失，根据文献报道[91]，这可能是由于巯基化的PEG上的-HS与纳米金表面形成配位后，受到纳米金的影响，使得该-HS上氢的核磁信号消失。图2-SEQ图_2-\*ARABIC10巯基化的PEG纳米金氢核磁图谱Fig2-SEQFig_2-\*ARABIC101H-NMRofPEG-HS-AuNPs2.3.5UV光谱分析PEG-HS-纳米金柠檬酸钠稳定的纳米金以及配体交换后的巯基化聚乙二醇稳定的纳米金紫外可见分光光谱图如图2-11和图2-12所示：图2-11为柠檬酸钠直接稳定的纳米金紫外可见光谱图，由图2-12可以看出直接用柠檬酸钠稳定的纳米金胶体在527nm处有一强吸收峰，表明该胶体是纳米金的水溶胶，该峰对称性较好，峰宽较窄，表明该纳米金水溶胶粒径分布较为集中，并且在波长更长的可见光区没有吸收峰，这表明该柠檬酸钠稳定的纳米金分散较好，没有发生团聚，说明实验制备出了较理想的纳米金颗粒，以为下一步配体交换提供基础。图2-12为发生配体交换后得到的巯基化聚乙二醇稳定的纳米金的紫外可见光谱图，由图2-12可以看出该纳米金溶胶在531nm处明显吸收峰，峰的形状与图2-11相似，只是吸收峰的位置从527nm向红外方向发生小量偏移至531nm，这可能是由于在巯基化聚乙二醇与柠檬酸钠发生配体交换后，纳米金表面配体改变引起纳米金颗粒稍微增大。图2-SEQ图_2-\*ARABIC11柠檬酸钠稳定的纳米金紫外光谱图Fig2-SEQFig_2-\*ARABIC11UV-viaspectraofcitratestabilizedAuNPs图2-SEQ图_2-\*ARABIC12巯基化的PEG纳米金紫外光图谱Fig2-SEQFig_2-\*ARABIC12UV-viaspectraofPEG-HS-AuNPs2.3.6TEM分析PEG-HS-纳米金巯基化聚乙二醇纳米金透射电镜表征结果如图2-13所示：由图2-13可以看到，衬度较大的纳米金在透射电子显微镜放大成像后呈黑色图像，者些黑色呈黑色图像的纳米金是较为规则的球形状；相邻纳米金之间相互分散，无团聚现象；纳米金颗粒粒径较为均一，较大或者较小颗粒比较少，通过ImageJ软件对该图像中的纳米金进行粒径测量和分析后得到该纳米金具有一个约13nm的平均粒径。根据Leff’s计算规则[92]，可估算出每一个纳米金颗粒包含的金原子以及巯基化聚乙二醇的个数。巯基可视为紧密的排列在纳米金的表面，每个金原子有可视为一个固定的体积，Vg=17Å3，每个巯基占有固定的面积Ssulfur=21.4Å2，因此每个纳米金具有的金原子个数为NAu=4π(R-δ)3/3Vg，R-δ≈D/2，其中D为纳米金的直径，实验为13nm，经过计算，实验中每一个纳米金包含有67633个金原子。而每个纳米金中含有的巯基化聚乙二醇配体的个数为Nthiol=4π(R-δ)2/Ssulfur，经过计算，实验中每一个纳米金包含有1516个巯基化聚乙二醇配体。通过ImageJ软件对图2-13中纳米金粒径测量和分析，以直径nm单位为横坐标，百分数%为纵坐标，作出粒径分布的直方图如图2-