纳米银粉

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纳米银粉范文第1篇

一、纳米银的不同形貌

在实际应用中，不同行业对纳米银的特性有着不同的需求，而纳米银的特性主要由它的结构、形貌、尺寸以及材料本身所处的化学物理环境所决定。目前已成功制出了球形、片状、立方体、线状(棒状)、棱柱等多种形状的纳米银，其中球形纳米银颗粒和片状纳米银已经为生产生活带来了重大的变革。

纳米银粉的表面积大，表面原子比例高，具有高表面活性和良好的光谱杀菌作用，是一种具有长效性和耐候性的抗菌剂，广泛用于医用抗菌消炎材料和抗菌陶瓷。纳米银敷料具有持续杀菌特点和显著的抗菌、促进创伤愈合的良好疗效，并且这种敷料对诸如黄色葡萄球菌、大肠杆菌、绿脓杆菌等临床常见的40余种外科感染细菌有较好的抑制作用。掺入纳米银粉的陶瓷具有杀菌、自清洁的功能。银纳米颗粒熔点低，作为导电浆料可低温烧结，对基片材料的耐高温要求大大降低，甚至可采用塑料代替耐高温的陶瓷材料，因此导电银浆在电子工业中是一种重要材料。目前，以片状结构的银粉制备高导低温银浆涂层性能优良，研究和制备光亮的片状银粉成为材料科学的一个热点领域[2]。纳米银线可用于传输激光，制造新的光学器件，良好的导电性使其可作为纳米电子器件的导线，并可望用于制备新型导电复合材料。目前纳米银棒、纳米银立方体的应用研究还不完善，而树枝状纳米银的研究还集中在制备阶段。

在纳米银颗粒的制备方法中，物理和化学方法较为成熟，近些年生物还原法正逐渐受到关注。化学法是目前制备纳米银最常用的方法，下面介绍利用电化学方法制备球型银纳米颗粒的学生实验方案，该方法简便易行，可以为教师实验教学提供参考。

二、学生实验―电化学方法制备球形银纳米颗粒

1.实验目的

(1)了解前沿领域纳米银的相关知识，理解纳米银的制备原理。

(2)掌握相关实验技能，提高思考、探究及实验操作能力。

(3)体验科学探究的乐趣。

2.实验原理

用电解装置，在加有适当稳定剂的有机相电解液或水相电解液中，将硝酸银、硫酸银等银盐中的Ag+还原为Ag0，可获得分散的纳米银粒子，这一方法称为电化学还原法[3]。该法简单、快速、无污染，是一种合成纳米银的有效手段。由于这是一种新方法，因此合成条件和纳米粒子形成机理的研究系统性还存在不足。

在电化学还原制备纳米银的过程中，稳定剂的作用是阻止银粒子的团聚，控制银粒子生长，它对纳米粒子的形成起着关键作用。如果没有稳定剂，还原生成的Ag0会相互团聚生长，只能得到大颗粒的银单质。常用的稳定剂有PVP(聚乙烯吡咯烷酮)、EDTA(乙二胺四乙酸)、柠檬酸钠、半胱氨酸等。

本实验选用柠檬酸钠为稳定剂，它在纳米银的制备中主要从两方面起作用。(1)柠檬酸钠具有很强的配位能力，可以通过与Ag+配位来降低溶液中游离Ag+ 的浓度，这样就间接地减缓了Ag0的生成[4]，降低了颗粒聚集的速度。柠檬酸钠与Ag+的配位离解平衡为：

(2)柠檬酸钠能够和初始形成的纳米银团簇(Ag2+，Ag42+)相互作用，从而一定程度上缓解了银粒子之间的团聚效应。在水相电解液中，在反应初期，Ag+被还原为Ag0，生成的Ag0彼此聚集并和Ag+结合，形成纳米银团簇Ag2+，Ag42+。这些纳米银团簇彼此碰撞，并且再生成的Ag0也会聚集到它们上面，使得银颗粒变大。

柠檬酸根离子带有负电荷，它可通过静电吸引力吸附在带正电荷的纳米银团簇Ag2+，Ag42+表面，形成负电层。负电层的强排斥作用减少了碰撞引起团聚的概率，因而大大延缓了晶粒的生长速率，形成柠檬酸根包裹的稳定纳米团簇[4,5]。柠檬酸根的作用原理如图1所示[5]：

3.仪器及试剂

试剂：柠檬酸钠溶液(1%)、硝酸银溶液(0.001mol•L-1)、丙酮。

仪器：磁力搅拌器、铂丝-铂片双电极系统、10mL小烧杯、试管、吸量管。

4.实验步骤

(1)向小烧杯中加入3mL柠檬酸钠溶液和2mL硝酸银溶液。

(2)在小烧杯中放入磁子，置于磁力搅拌器上，搅拌混合均匀。

(3)插入铂丝和铂片(5mm×6mm)。以铂片电极为工作电极(阴极)，铂丝为辅助电极，于8～10mA电流下电解20min。停止时，先关闭电流，再停止搅拌。反应完成后，溶液为淡黄色。

(4)离心分离，将上层液体密封避光保存。取出下层固体，分别用蒸馏水及丙酮洗涤两次，并自然风干。

(5)用扫描电镜观察固体产物的形态，可以看到球型纳米颗粒，粒径一般在20～60nm之间。

(6)取密封避光保存的上层液体，测定纳米银溶液的紫外吸收光谱，其特征吸收峰位置出现在400nm左右。

5.拓展探究

依据以上实验方法，改变硝酸银、柠檬酸钠的用量及电流大小，通过比较产物的粒径及形貌，探究制备条件对球形纳米银的粒径及形貌的影响。

参考文献

[1] 李敏娜,罗青枝,安静,等.纳米银粒子制备及应用研究进展[J].化工进展,2008,27(11):1765-1771.

[2] 朱桂琴,史建公,王万林.银纳米材料制备和应用进展[J].科技导报,2010,28(22):112-117.

[3] 尹秉胜,马厚义,陈慎豪.电化学技术制备纳米材料研究的新进展[J].化学进展,2004,16(2):196-203.

纳米银粉范文第2篇

【关键词】高岭土-纳米银；插层；制备

1.高岭石的概述

地球上的矿产，主要分为能源矿产、金属矿产和非金属矿产三种类型。高岭土是一种重要的非金属矿产，与云母、石英、碳酸钙并称为四大非金属矿产。我国是世界上最早发现和利用高岭土的国家，远在3000年前的商代所出现的刻纹白陶，就是以高岭土制成。江西景德镇生产的瓷器名扬中外，历来有“白如玉、明如镜、薄如纸、声如罄”的美誉。中国是高岭土的主要出产国，产地有江西景德镇、江苏徐州、河北唐山、湖南醴陵等。现在高岭土（Kaolin）一词就是来源于景德镇东郊的高岭村产的一种可以制瓷的白色粘土而得名。

2.银纳米材料的概述

2.1性质

纳米超微粒子（1～100nm），其本身具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，与普通大颗粒材料相比，呈现出许多传统材料所不具备的物理、化学性质，近年来已成为物理、化学、材料学科研究的前沿领域。纳米银颗粒因具有表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等，显示出许多独特的物理和化学性质。纳米银粉具有很高的表面活性及催化性能，优异的导电性、抗氧化性以及低温烧结性能等。但纳米粒子也易于团聚，制备过程中常常需加分散剂等，以层状硅酸盐的片层为纳米反应器的模板制备纳米材料是当前材料研究领域的热点之一。

2.2制备方法

根据制备原理的不同，银纳米材料的制备方法有物理法、化学法和生物法。目前, 银纳米材料的制备方法主要有化学还原法、沉积法、电极法、蒸镀法、机械研磨法等。

2.2.1化学还原法

化学还原法是制备银纳米材料的主要方法，具有设备简单、操作方便、反应条件温和、制得的纳米银产量大、纯度高、颗粒的大小和形状可控、粒径分布相对集中等诸多优点。此法所采用的银盐主要为AgNO3或银氨络合物；常用的还原剂是H2O2、甲醛、水合肼、抗坏血酸、柠檬酸、乙醇、糖、有机胺、多元醇、亚铁盐等；常用的分散剂与保护剂有聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、明胶、一元醇、多元醇、山梨醇、芳香醇蜡、多元芳香烃。分散剂与保护剂的作用是使被还原出的Ag处于高度分散状态，以防止其团聚结晶。

2.2.2电化学法

电化学法是直接用电解的方法制备纳米银，电解过程中需要加入配位稳定剂，以防止电解生成的单质颗粒团聚，获取的实验结果比较单一，分别以颗粒状、棒状和树枝状结构的银纳米材料为主。

3.高岭石夹层复合物的概述

高岭土夹层复合物属二维纳米材料,表面性质和用途发生了很大变化,在催化剂、金属回收、净水剂和吸附剂等方面具有新的用途,由原先的体积填料转向功能性填料。

3.1高岭土插层反应的机理

一般认为,高岭土的插层反应是通过层间氢键的断裂以及和插层分子形成新的氢键而实现的。也可以说是电子转移机理。

3.2制备

插层法是最有效地制备纳米级高岭土的方法。插层法是指在不改变具有层片状主体结构特征的前提下,客体能够可逆的插入主体层片之间的缝隙中。某些有机小分子能够直接破坏高岭石层与层之间形成的氢键插入到高岭土的层间,撑大了高岭石层间距,使高岭石层与层产生剥离。影响插层的因素较多,包括有机物本身的特性、含水量、温度、压力、pH 值以及高岭土的粒径大小、结晶程度等。根据插层剂和高岭土插层反应的状态不同,高岭土插层反应的方法分为液相插层法和固相插层法。

3.2.1固相插层法

固相插层法主要是利用外来的机械力来促进固体插层剂与高岭土作用而进入高岭土层间，即将高岭土与固体插层剂混合后研磨来完成插层反应。下述液相插层法的驱动力以浓度梯度为主, 这里则是利用了外力使插层剂进入高岭土层间。优点是插层效果好，即使是少量的研磨也能显著地提高高岭土的插层率。缺点是插层时间长，而且过度的研磨会破坏高岭土的晶体结构，降低高岭土的有序度，增加其本身的体缺陷早期研究中,就有人将高岭土和醋酸钾或尿素等一起研磨,得到高岭土夹层复合物。一般说来,人工和Fisher研磨可以剥离高岭土的层状结构,而Retsch球磨机研磨后可以得到新的夹层复合物。固相插层法可以剥离高岭土的层状结构,制备无定形高岭土,但同时也会导致片层的。

3.2.2液相插层法

液相插层法是插层剂在液态、溶液或熔融状态下进行的插层反应。大多数插层反应都是在液相中进行的。由于插层剂自身特点和高岭土插层反应的特殊性,并不是所有的分子都能够直接插入高岭土层间,大多数分子通过置换的方法嵌入高岭土层间,具体如下:

（1）直接插层：

直接插层法是仅少量极性小分子、短链脂肪酸的一价碱金属盐和碱金属的卤化物可以直接嵌入高岭土层间。优点是操作简单，反应条件容易控制，取代作用完全，插层效果好。缺点是插层时间太长，插层效率低。通过直接插层得到的小分子/高岭土夹层复合物通常作为媒介物,为大分子置换插层提供可能性。我们称之为”预插层体”。

（2）两步插层：

对于不能和高岭土直接插层的物质,它们可以置换高岭土”预插层体”层间的小分子,通过置换的方法制备高岭土夹层复合物。

（3）蒸发溶剂插层法：

蒸发溶剂插层法是小分子在蒸发溶剂、浓缩混合体系的过程中进入高岭土层间而实现的插层反应，整个反应过程溶剂不断蒸出,溶液浓度不断增大。

3.3高岭土夹层复合物的结构和表征

研究高岭土夹层复合物的结构通常从两个方面入手,一是插层分子在高岭土层间的排列方式；二是插层后高岭土自身结构的变化,发生插层反应的基团等等。插层后高岭土最明显的变化就是沿c 轴膨胀,膨胀的程度是由层间小分子的大小和排列方式决定的。表征插层高岭土最重要最常用的手段就是XRD和拉曼光谱或红外光谱( IR) 分析,前者直观反映插层反应的程度; 后者反映小分子结合的部位,也就是插层反应发生的官能团,高岭土各个基团插层后振动频率的变化。TEM或SEM是表征插层后高岭土形态的有效方式。

3.4展望

高岭土的用途多种多样,随着经济的发展,各行各业对高岭土的需求量急速增加,对高岭土的质量要求也越来越高,普通的高岭土已不能满足工业的需求,综合开发利用高岭土资源势在必行。途径就是发展深加工,开发新产品,从传统的应用领域转向高科技、新技术、高效益的领域。　[科]

【参考文献】

［1］王林江,吴大清.高岭石有机插层反应的影响因素[J].化工矿物与加工,2001(5):29-32.

［2］宋晓岚,杨振华,邱冠周等.纳米氧化铈在高新技术中的应用及其制备研究进展[J].材料导报,2003,17(12):36-39.

［3］陈杨,李霞章,陈志刚.纳米CeO2磨料对GaAs晶片的CMP性能研究[J].半导体技术,2006,31(4):253-257.

［4］陈建清，陈杨,陈志刚等.超细CeO2磨料对硅片的抛光性能研究[J].中国机械工程,2004,15(8):743-745.

［5］王万军,郭方方,吴志强,张晓东.高岭石－纳米银复合物的制备与表征[J].资源环境与工程,2009(2)71-73.

纳米银粉范文第3篇

关键词:纳米材料;物理方法;化学方法

1引言

纳米材料和纳米科技被广泛认为是二十一世纪最重要的新型材料和科技领域之一。早在二十世纪60年代,英国化学家thomas就使用“胶体”来描述悬浮液中直径为1nm-100nm的颗粒物。1992年,《nanostructured materials》正式出版,标志着纳米材料学成为一门独立的科学。纳米材料是指任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料。当粒子尺寸小至纳米级时,其本身将具有表面与界面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应,这些效应使得纳米材料具有很多奇特的性能。自1991年iijima首次制备了碳纳米管以来,一维纳米材料由于具有许多独特的性质和广阔的应用前景而引起了人们的广泛关注。纳米结构无机材料因具有特殊的电、光、机械和热性质而受到人们越来越多的重视。美国自1991年开始把纳米技术列入“政府关键技术”,我国的自然科学基金等各种项目和研究机构都把纳米材料和纳米技术列为重点研究项目。由于纳米材料的形貌和尺寸对其性能有着重要的影响,因此,纳米材料形貌和尺寸的控制合成是非常重要的。作为高级纳米结构材料和纳米器件的基本构成单元(bui1ding blocks),纳米颗粒的合成与组装是纳米科技的重要组成部分和基础。本文简单综述了纳米材料合成与制备中常用的几种方法,并对其优劣进行了比较。

2纳米材料的合成与制备方法

2.1物理制备方法

2.1.1机械法

机械法有机械球磨法、机械粉碎法以及超重力技术。机械球磨法无需从外部供给热能,通过球磨让物质使材料之间发生界面反应,使大晶粒变为小晶粒,得到纳米材料。范景莲等采用球磨法制备了钨基合金的纳米粉末。xiao等利用金属羰基粉高能球磨法获得纳米级的fe-18cr-9w合金粉末。机械粉碎法是利用各种超微粉机械粉碎和电火花爆炸等方法将原料直接粉碎成超微粉,尤其适用于制备脆性材料的超微粉。超重力技术利用超重力旋转床高速旋转产生的相当于重力加速度上百倍的离心加速度,使相间传质和微观混合得到极大的加强,从而制备纳米材料。刘建伟等以氨气和硝酸锌为原料,应用超重力技术制备粒径20nm—80nm、粒度分布均匀的zno纳米颗粒。

2.1.2气相法

气相法包括蒸发冷凝法、溶液蒸发法、深度塑性变形法等。蒸发冷凝法是在真空或惰性气体中通过电阻加热、高频感应、等离子体、激光、电子束、电弧感应等方法使原料气化或形成等离子体并使其达到过饱和状态,然后在气体介质中冷凝形成高纯度的纳米材料。takaki等在惰性气体保护下,利用气相冷凝法制备了悬浮的纳米银粉。杜芳林等制备出了铜、铬、锰、铁、镍等纳米粉体,粒径在30nm—50 nm范围内可控。魏胜用蒸发冷凝法制备了纳米铝粉。溶液蒸发法是将溶剂制成小滴后进行快速蒸发,使组分偏析最小,一般可通过喷雾干燥法、喷雾热分解法或冷冻干燥法加以处理。深度塑性变形法是在准静态压力的作用下,材料极大程度地发生塑性变形,而使尺寸细化到纳米量级。有文献报道,φ82mm的ge在6gpa准静压力作用后,再经850℃热处理,纳米结构开始形成,材料由粒径100nm的等轴晶组成,而温度升至900℃时,晶粒尺寸迅速增大至400nm。

2.1.3磁控溅射法与等离子体法

溅射技术是采用高能粒子撞击靶材料表面的原子或分子,交换能量或动量,使得靶材料表面的原子或分子从靶材料表面飞出后沉积到基片上形成纳米材料。在该法中靶材料无相变,化合物的成分不易发生变化。目前,溅射技术已经得到了较大的发展,常用的有阴极溅射、直流磁控溅射、射频磁控溅射、离子束溅射以及电子回旋共振辅助反应磁控溅射等技术。等离子体法是利用在惰性气氛或反应性气氛中通过直流放电使气体电离产生高温等离子体,从而使原料溶液化合蒸发,蒸汽达到周围冷却形成超微粒。等离子体温度高,能制备难熔的金属或化合物,产物纯度高,在惰性气氛中,等离子法几乎可制备所有的金属纳米材料。

以上介绍了几种常用的纳米材料物理制备方法,这些制备方法基本不涉及复杂的化学反应,因此,在控制合成不同形貌结构的纳米材料时具有一定的局限性。

2.2化学制备方法

2.2.1溶胶—凝胶法

溶胶—凝胶法的化学过程首先是将原料分散在溶剂中,然后经过水解反应生成活性单体,活性单体进行聚合,开始成为溶胶,进而生成具有一定空间结构的凝胶。stephen等利用高分子加成物(由烷基金属和含n聚合物组成)在溶液中与h2s反应,生成的zns颗粒粒度分布窄,且被均匀包覆于聚合物基体中,粒径范围可控制在2nm-5nm之间。marcus jones等以cdo为原料,通过加入zn(ch3)2和s[si(ch3)3]2制得了zns包裹的cdse量子点,颗粒平均粒径为3.3nm,量子产率(quantum yield,qy)为13.8%。

2.2.2离子液法

离子液作为一种特殊的有机溶剂,具有独特的物理化学性质,如粘度较大、离子传导性较高、热稳定性高、低毒、流动性好以及具有较宽的液态温度范围等。即使在较高的温度下,离子液仍具有低挥发性,不易造成环境污染,是一类绿色溶剂。因此,离子液是合成不同形貌纳米结构的一种良好介质。jiang等以bicl3和硫代乙酰胺为原料,在室温下于离子液介质中合成出了大小均匀的、尺寸为3μm—5μm的bi2s3纳米花。他们认为溶液的ph值、反应温度、反应时间等条件对纳米花的形貌和晶相结构有很重要的影响。他们证实,这些纳米花由直径60nm—80 nm的纳米线构成,随老化时间的增加,这些纳米线会从母花上坍塌,最终形成单根的纳米线。赵荣祥等采用硝酸铋和硫脲为先驱原料,以离子液为反应介质,合成了单晶bi2s3纳米棒。

2.2.3溶剂热法

溶剂热法是指在密闭反应器(如高压釜)中,通过对各种溶剂组成相应的反应体系加热,使反应体系形成一个高温高压的环境,从而进行实现纳米材料的可控合成与制备的一种有效方法。lou等采用单源前驱体bi[s2p(oc8h17)2]3作反应物,用溶剂热法制得了高度均匀的正交晶系bi2s3纳米棒,且该方法适于大规模生产。liu等用bi(no3)3•5h2o、naoh及硫的化合物为原料,甘油和水为溶剂,采用溶剂热法在高压釜中160℃反应24-72 h制得了长达数毫米的bi2s3纳米带。

2.2.4微乳法

微乳液制备纳米粒子是近年发展起来的新兴的研究领域,具有制得的粒子粒径小、粒径接近于单分散体系等优点。1943年hoar等人首次报道了将水、油、表面活性剂、助表面活性剂混合,可自发地形成一种热力学稳定体系,体系中的分散相由80nm- 800nm的球形或圆柱形颗粒组成,并将这种体系定名微乳液

。自那以后,微乳理论的应用研究得到了迅速发展。1982年,boutonnet等人应用微乳法,制备出pt、pd等金属纳米粒子。微乳法制备纳米材料,由于它独特的工艺性能和较为简单的实验装置,在实际应用中受到了国内外研究者的广泛关注。

4结论

纳米材料由于具有特异的光、电、磁、催化等性能,可广泛应用于国防军事和民用工业的各个领域。它不仅在高科技领域有不可替代的作用,也为传统的产业带来生机和活力。随着纳米材料制备技术的不断开发及应用范围的拓展,工业化生产纳米材料必将对传统的化学工业和其它产业产生重大影响。但到目前为止,开发出来的产品较难实现工业化、商品化规模。主要问题是:对控制纳米粒子的形状、粒度及其分布、性能等的研究很不充分;纳米材料的收集、存放,尤其是纳米材料与纳米科技的生物安全性更是急待解决的问题。这些问题的研究和解决将不仅加速纳米材料和纳米科技的应用和开发,而且将极大地丰富和发展材料科学领域的基础理论。

参考文献

[1]lu y,liaw p k,the mechanical properties of nanostructured materials.jom,2001,53(3):31.

[2]gary stix,微观世界里的大科学,科学,2001,(12):1820.

[3]张璐,姚素薇,张卫国,等.氧化铝纳米线的制备及其形成机理[j].物理化学学报,2005,2(11):12541288..

[4]李英品,周晓荃,周慧静,等.纳米结构mno2的水热合成、晶型及形貌演化[j].高等学校化学学报,2007,28(7):12231226..

[5]ledenstoy n n,crystalline growth characteristics,mater prog,1998,35(24):289.

[6]王结良,梁国正,纳米制备新技术研究进展[j].河南化工,2003,(10):7l0.

[7]王林等:纳米材料在一些领域的应用及其前景[j].纳米科技,2005,(4),690.

[8]刘建伟,刘有智,超重力技术制备纳米氧化锌的工艺研究[j].化学工程师,2001,(5):2122.

[9]姚斌,丁炳哲,纳米材料制备研究[j].科学通报,1994,39:1656.

[10]刘海鹏等:纳米技术及其在精细化工中的应用[j].纳米科技,2005,(4),1820,360.

[11]张万忠,李万雄,纳米材料研究综述[j].湖北农学院学报,2003,23(5):397340.

[12] takaki s,yatsuya s.nanoparticle produced by sputtering[c]//14th international congress on electron microscopy[j].cancun,mexico:[s.n] 1998:469470..

[13]杜芳林,崔作林,张志锟,等.纳米铜的制备、结构及催化性能[j].分子催化,1997,18(3):4648..

[14]魏胜,王朝阳,黄勇,等.蒸发冷凝法制备纳米al粉及其热反应特性研究[j].原子能科学技术,2002,36(4):367370..

[15]张立德,纳米材料研究简介[j].物理教学,2001,23(1):25.

[16]苏品书,超微粒子材料技术[j].湖北:武汉出版社,1989:56.

[17]王泽红等:caso晶须制备技术及应用研究[j].矿冶,2005,(2),3841.

[18]戴静等:硼酸盐晶须在复合材料中的应用[j].化工矿物与加工,2005,(10),3638,.

[19]jiang jie,yu shuhong,yao weitang,et al.morphogenesis and crystallization of bi2s3.nanostructures by an ionic liquidassisted templating route:synthesis,formation mechanism,and properties[j].chem.mater.,2005,17(24):60946100..

[20]靳刚:纳米生物技术和纳米医学[j].纳米科技,2005,(3),25.

[21]梁勇:纳米微料在医学中的应用[j].中国粉体工业,2005,(3),35.

[22]赵荣祥,徐铸德,李赫,等.离子液介质中硫化铋单晶纳米棒制备与表征[j].无机化学学报,2007,23(5):839843..

[23]刘跃进,李振民,水热法合成云母氧化铁结晶条件[j].化工学报,2004,55(5):20.

[24]张立德,纳米材料与纳米结构[j].北京:化学工业出版社,2000.

[25]顾惕人,朱步瑶等.表面化学[m].北京:科学出版社,1994.

[26]lou wenjing,chen miao,wang xiaobo,et al.novel singlesource precursors approach to prepare highly uniform bi2s3 and sb2s3 nanorods via a solvothermal treatment[j].chem.mater.,2007,19(4):872878..

[27]liu zhaoping,liang jianbo,li shu,et al.synthesis and growth mechanism of bi2s3 nanoribbons[j].chem.eur.j.,2004,10(3):634640..

[28]陈为亮等:化学还原法制备纳米银粉的研究[j].纳米科技,2005,(4),3740.

[29]张登松,施利毅,纳米材料制备的若干新进展[j].化学工业与工程技术,2003,24(5):3236.

纳米银粉范文第4篇

【摘要】 本研究分析猕猴单倍体相合造血干细胞移植前后外周血单个核细胞中细胞因子（TGF-β，IL-2，IL-6，IL-10，IFN-γ，TNF-α，FAS-L）mRNA的表达并探讨这些细胞因子在急性移植物抗宿主病（aGVHD）发生和病理变化中的作用，以寻找能够早期预测和鉴别诊断aGVHD的指标。5例猕猴经非清髓预处理后接受单倍体相合外周血造血干细胞移植；半定量逆转录聚合酶链反应法（RT-PCR）检测移植前后8种细胞因子mRNA的表达，动态观察这些细胞因子在移植后aGVHD中的表达情况。结果表明： 5例猕猴均成功获得造血重建。1例移植排斥，长期无病存活；其余4例为混合嵌合和完全嵌合植入，1例低比例嵌合植入经第二次输注供者外周血造血干细胞后获得高比例嵌合植入；1例发生肠道Ⅲ度GVHD。移植前后体内Th1和Th2类细胞因子都有不同程度的变化，在aGVHD期间TGF-β呈下调表达，其余均为上调表达；植入比例减低的猕猴各细胞因子也下降至移植前水平。结论： TGF-β在aGVHD发生前的下降趋势可能是GVHD预测指标，并且能够作为肠道GVHD的鉴别诊断指标。

【关键词】 造血干细胞移植

Kinetic Study of Various Cytokine mRNA Expressions in Rhesus Treated with Haploidentical Peripheral Blood Stem Cell Transp-lantation

Abstract This study was aimed to analyze the mRNA expression of cytokines （TGF-β，IL-2，IL-6，IL-10，IFN-γ，TNF-α，FAS-L）in five rhesus treated with haploidentical peripheral blood stem cell transplantation after nonmyeloablative preparative regimens and to explore the role of these cytokines in the development and pathology of acute graft-versus-host-disease (aGVHD). Five rhesus monkeys received nonmyeloablative haploidentical peripheral blood stem cells transplantation. Semi-quantitative reversed transcription polymerase chain reaction （RT-PCR）was used to analyze the kinetics of cytokine mRNA expression in the transplantation and aGVHD. The results showed that five rhesus monkeys acquired hematopoietic reconstitution successfully. The graft was rejected in one monkey which survived without disease，the other four achieved mixed chimerism and full donor chimerism. Chimerism of low centigrade in one monkey achieved high centigrade at 35 days after donor stem cell infusion. Intestinal aGVHD grade Ⅲ developed in one monkey. Cytokines of Th1 and Th2 changed after transplantation. In period of aGVHD，expression of TGF-β decreased but all others increased in various levels. When donor chimerism decreased，the cytokines decreased accordingly. It is concluded that the decrease of TGF-β mRNA may be an indicator to predict aGVHD，and can be used as a differential diagnostic indicator for intestinal GVHD.

Key words

hematopoietic stem cell transplantation; haploidentical perpheral blood stem cell transplantation; graft-versus-host-disease; cytokine; rhesus monkey

非清髓造血干细胞移植在治疗恶性血液病中显示了优势，如适应年龄扩大、并发症减少、急性移植物抗宿主病（aGVHD）发生率低，且严重度轻等［1］。然而，对于许多患者来说，由于缺乏人类白细胞抗原（HLA）配型相合的供者而丧失了移植治疗的机会。单倍体相合移植的研究是解决这一问题的一个途径，但是由于HLA差异较大，GVHD的发生率增高，严重度增加。目前认为，GVHD的发生发展与“细胞因子风暴”的作用有关［2］。细胞因子间可以相互诱生，引起瀑布样效应，同时又可以相互调节保持平衡。本研究采用逆转录聚合酶链反应法（RT-PCR）检测猕猴单倍体相合移植前后外周血单个核细胞中细胞因子（TGF-β，IL-2，IL-6，IL-10，IFN-γ，TNF-α，FAS-L）mRNA的表达，观察细胞因子在单倍体移植过程中的动态变化，寻找能够早期预测和鉴别诊断aGVHD的指标，探讨这些细胞因子在aGVHD的发生中的作用。

材料和方法

实验动物

健康猕猴10只（购自军事医学科学院动物中心），进行亲代子代间或同胞间非清髓异基因外周造血干细胞移植（Allo-NST），动物饲养合格证号SCXK-（军）2002－001。供受者间MHC配型用混合淋巴细胞反应法（MLR）按常规方法进行，最后计算刺激指数（SI），单向SI供受者＝R供S受 OD/R供S供 OD，结果SI均>3。

供者猴外周血干细胞动员和采集

用G-CSF 10 μg/(kg·d)（惠尔血，Kirin公司），分2次皮下注射，动员供者的外周血干细胞，动员后第5天、第6天查血象，WBC上升至>40×109/L时用CS3000plus血细胞分离仪分离外周血干细胞，每次分离单个核细胞约50 ml，计数，用流式细胞仪测定CD34+细胞的含量。

非清髓性预处理和GVHD预防

预处理前先进行肠道准备（庆大霉素4万单位口服，1次/日）共5天。预处理和GVHD预防具体如下：氟达拉宾（Flud）： 50 mg/（m2·d）（移植前4天-移植前2天），环磷酰胺（CTX）： 45 mg/（kg·d）（移植前4天，移植前2天），全身照射（TBI）： 2 Gy (0天，Co60剂量率0.3 Gy/min)，马抗人胸腺细胞球蛋白: 5 mg/（kg·d）（移植前4天-移植前2天)，甲基强的松龙: 2 mg/（kg·d）(移植前4天-移植前2天)，1 mg/（kg·d）（移植前1天-移植后2天)，环胞菌素（CSA）： 6 mg/（kg·d）(移植前4天-移植后35天)，(监测CSA浓度，据其调整CSA用量，使CSA浓度维持在200 ng/ml左右)，霉酚酸酯（MMF）： 40 mg/（kg·d） (移植前4天-移植后35天)，鼠抗人CD25单克隆抗体（塞尼哌）： 1 mg/kg(移植后1天，4天，8天)。

嵌合状态分析

移植后抽取7、14、21、30和60天的外周血及7、14、30和60天的骨髓，用PCR法检测嵌合水平。本研究建立了短串连重复序列－聚合酶链反应（STR-PCR）相对定量检测移植后猕猴造血嵌合体的方法。对于供受体性别不同的猕猴，采用性别位点（amelogenin基因位点）进行嵌合体分析；对于性别相同的猕猴，采用6个猕猴STR位点（D4S2365，D15S644，D18S536，D7S826，D11S2002和D10S611）进行嵌合分析。简要的步骤为：移植前供者和受者标本分别用上述STR位点的特异性引物扩增，获得最少2个能区别供受体的位点（有信息位点）；移植后用有信息位点的特异性引物进行PCR扩增。PCR产物经聚丙烯酰胺凝胶电泳和硝酸银染色分离鉴定；用凝胶成像分析仪分析供者和受者特异性DNA条带的密度比值，由此估算出扩增前混合样本中供受者成分的比值。敏感性约为1%-2.5%。实验结果重复2次以上，以排除实验误差［3、4］。

血液标本采集

分别于以下时间采集外周血标本3 ml： ①移植预处理前；②输注造血干细胞前2小时；③移植后7、14、21、28和60天；④移植后出现皮疹、腹泻、发热及其它症状的猕猴在症状出现2小时内尚未治疗时及症状控制后。血液标本用4%枸橼酸钠抗凝，淋巴细胞分离液（Ficoll，比重1.077）分离外周血单个核细胞。

细胞因子检测

用TRIZOL法提取单个核细胞总RNA，RT-PCR法检测细胞因子mRNA的表达变化，选择β肌动蛋白（β-actin） 作内参照。查GenBank得到猕猴各细胞因子和β-actin的cDNA或mRNA序列，应用Primer3软件设计引物，通过BLAST软件校对。引物的序列见表1。实验主要步骤如下：取2 μg RNA，逆转录为cDNA； 20 μl PCR体系包括1 μl cDNA，10×PCR buffer 2 μl，Taq酶1 U，dNTP 2 μl，目的片段上下游引物各10 pmol，β-actin上下游引物各2.5 pmol。退火温度及循环数根据PCR预实验确定，使目的片段和内参照的扩增均处于指数增长期且尚未达到饱和时。取PCR产物5 μl进行1.5%琼脂糖凝胶电泳，用凝胶成像处理系统分析电泳结果。将各细胞因子电泳条带与内参照进行辉度比较得出积分。Table 1. Primers for eight cytokines determined（略）

结 果

植入与存活

移植输注的MNC数量为（5-10）×108／kg(受者体重)，CD34+细胞数为（1.2-4）×106／kg(受者体重)，白细胞和血小板数于移植后1天-4天降至最低，造血恢复时间为移植后6天-13天。5只猕猴均成功获得造血重建。死亡2只，其中1只于移植后61天死于肠道急性GVHD，另1只于移植后52天死于肾功能衰竭；存活3只的存活时间均超过60天。例1移植排斥，长期无病存活；其余4例移植后均获得供者造血干细胞的混合嵌合植入或完全嵌合植入。例4由移植后30天的低比例嵌合植入（45％）经二次输注供者外周血造血干细胞后获得高比例嵌合植入（85％）（表2）。

aGVHD

例2于移植后21天出现腹泻，大便为黄色水样便，每天量约80-120 ml，体温正常，无明显感染灶，大便培养见大肠杆菌，给于甲基强的松龙、抗CD25单克隆抗体、FK506等药物治疗，于移植后40天症状减轻，大便转为糊状，但是体重逐渐下降，白蛋白量持续减低，于移植后61天全身耗竭死亡，病理检查证实为肠道Ⅲ度aGVHD。例3和例5均由混合嵌合植入转化为完全供者嵌合植入，未见aGVHD表现；例1移植排斥，例4获得混合嵌合植入，均未见aGVHD表现。

感染

例3于移植后1天出现体温升高，超过39℃，双肺有散在湿啰音，给与抗生素抗感染、输血支持治疗，移植后14天造血恢复后体温恢复正常，未闻及肺部湿啰音。

细胞因子检测

Th1类细胞因子（IL-2，TNF-α，IFN-γ）的变化 5例猕猴均在移植的当天或移植后7天时出现各细胞因子升高。例1随着移植排斥各细胞因子逐渐降低到移植前水平；例2在出现aGVHD期间这些细胞因子升高，IFN-γ和IL-2均在症状最重的移植后28天达到峰值，之后随症状的控制而下降，TNF-α增高的幅度不大；例3观察到3个因子在移植后7天升高，移植后14天略有恢复，IFN-γ甚至低于移植前表达水平；例4移植后14天各因子升高到峰值，之后逐渐降低，移植后60天又有升高；例5呈现缓慢增高趋势（图1）。

Table 2. Features of five rhesus monkeys recived haploidentical peripheral blood stem cell transplantation after nonmyeloablative preparative regimens（略）

Th2类细胞因子（IL-6，IL-10）的变化

例1随着移植排斥IL-6逐渐减低到移植前水平；例2急性GVHD期间IL-6升高，移植后28天达峰值；IL-10的升高在例1和例3出现在移植后7天，例2在aGVHD期间观察到IL-10明显升高；例4在移植后14天两因子均达到峰值，之后减低，移植后60天回升；例5中IL-6变化不大，IL-10在移植后2-4周内升高（图2）。

TGF-β的变化

例1和例5中未见TGF-β的明显变化；例2从移植后7天开始观察到TGF-β表达的减低趋势，在开始出现临床GVHD症状的移植后21天达最低值，之后表达逐渐回升；例3于移植后14天TGF-β升高，移植后7天时无变化；例4中TGF-β从预处理开始即升高，移植后28天时基本降至移植前水平，移植后60天又有升高（图3）。

FasL的变化

例2在移植后14天-28天FasL表达升高；例1、3 、4、5均在移植后的1-3周内才有升高表达（图4）。

转贴于

讨论

aGVHD是单倍体相合异基因造血干细胞移植的重要并发症之一。以往的研究表明，细胞因子的表达变化、构成比例以及多态性等因素在aGVHD发生发展过程中起了重要的作用［5，6 ］。Th1类细胞因子对aGVHD起到了放大作用，而Th2类细胞因子对aGVHD起到了抑制作用。本实验检测了Th1类细胞因子IL-2、IFN-γ、TNF-α和Th2类细胞因子IL-6、IL-10，以及TGF-β和FasL在移植前后的变化，结果发现，例2在aGVHD过程中，Th1类细胞因子和Th2类细胞因子均有不同程度的升高，在肠道aGVHD症状出现的最初2小时就观察到Th1、Th2细胞因子的改变趋势，并且在临床症状最严重的移植后28天各细胞因子的改变达到峰值，随着GVHD症状的控制（腹泻减轻），这些改变逐渐恢复正常；唯有TGF-β从移植后第1周就开始下降，在产生GVHD症状的移植后21天降至谷值。例3未发生GVHD，移植后7天开始出现肺部感染，体温升高，造血恢复后体温下降，各细胞因子的表达在移植后7天有较明显的增高，移植后14天逐渐下降，与体温的变化一致。在移植排斥的例1，移植后1周时各细胞因子均有不同程度的升高，伴随植入比例的下降，细胞因子表达也逐渐降低，移植后60天检测各因子基本降至正常水平。例4第1次移植后植入比例逐渐下降，35天进行供者造血干细胞输注（DSI），植入比例增加到85%，各细胞因子均在植入率较高的移植后14天达到峰值，随后随植入比例的下降而减低，DSI后随植入比例增高而增加。可见，移植后细胞因子的改变与植入率是相关的，移植后细胞因子迅速恢复到移植前水平很可能预示着移植排斥。例5逐渐由混合嵌合转化为完全嵌合，各细胞因子均有不同程度的升高。

GVHD中各细胞因子的表达不是单一改变，而是成网络性的统一变化。这可能是细胞因子风暴级联放大效应所导致。Min等［7］检测了52例异基因外周造血干细胞移植患者血清中IL-6、IL-8、IL-10、TNF-α的表达，发现移植后1周IL-6水平的增加能够作为移植后并发症的早期预测指标，IL-6和IL-10的增高表达与移植后并发症（不一定是GVHD）相关。临床检测移植后患者的IL-6和IL-10水平，均肯定其在GVHD预测、发生和发展中有一定作用［8-14］。我们的结果发现，例2在aGVHD期间IL-6和IL-10高表达；例1移植后1周IL-6、IL-10升高表达，移植排斥后无病存活超过1年；例3各细胞因子的变化与体温的升高相关。因为我们的实验例数较少，未能观察到IL-6、IL-10与aGVHD的关系，也不能区分开炎症对这两个因子表达的影响。

实验发现，例2 在aGVHD时TGF-β的表达明显减低，而其余例中TGF-β的表达均增高，尤其是例3 TGF-β在移植后14天体温正常时增高，且变化幅度较为明显。通过对本实验5例移植中TGF-β变化的分析，我们推测它可能可以作为鉴别诊断aGVHD的有用指标之一。TGF-β不仅可以排除发热对细胞因子变化的影响，同时也可能作为临床上不易与其他腹泻相区分的肠道aGVHD的鉴别诊断指标。本实验的结果与文献报道相符［15］。

对于GVHD中细胞因子变化的研究也为其治疗提供了思路。应用封闭细胞因子或其受体的药物，以及抗细胞因子抗体都可以降低细胞因子的作用，减轻组织损伤。研究发现TNF在aGVHD的细胞因子级联“瀑布”式反应中起到关键的作用。TNF以及其家族成员通过上调Th1类细胞因子的表达影响aGVHD的肠道炎症反应 ［16］ 。在动物MHC完全不相合移植实验中发现阻断TNF/TNFR反应可以减轻肠道aGVHD ［17］。Kobbe等［18］应用抗TNF单克隆抗体（infliximab）治疗4例大剂量激素治疗无效的重症aGVHD患者，3/4例患者症状明显缓解，2/4例患者治疗后存活超过200天。实验和临床研究均发现，抗TNF治疗对肠道GVHD比对其他器官GVHD更加有效［18-20］。

GVHD病理变化和细胞凋亡有很大联系，Fas-FasL参与了细胞凋亡的发生［21］。FasL可通过不依赖穿孔蛋白的杀伤作用诱导Fas+细胞凋亡，它在GVHD中很可能发挥了重要的作用，因此本研究也选择FasL进行检测。例2在肠道aGVHD期间FasL表达水平升高，伴随治疗药物的应用其表达水平逐渐下降，说明猕猴肠道aGVHD可以用药物控制，FasL mRNA表达的减低证明治疗有效。CSA、FK506可强烈抑制FasL的表达及其生物活性，从而抑制FasL诱导的T细胞激活，避免表达Fas同种异基因抗原的宿主细胞凋亡，从而控制GVHD。许多研究推测IFN-γ在启动aGVHD上起到重要的作用。IFN-γ可以诱导细胞高表达Fas，引起细胞的凋亡。Ellison等［22］应用TNF-γ基因敲除小鼠供者研究IFN-γ在C57BL/6--B6D2F1小鼠半相合移植后GVHD中的作用，发现应用IFN-γ基因敲除供者移植后依然产生GVHD，但是病程明显延长，出现类似慢性GVHD的症状，同时也发现Th2细胞因子表达增加。此研究结果提示在aGVHD时期调节IFN-γ的表达可以起到一定的治疗作用。

本研究应用猕猴单倍体相合NST模型检测细胞因子的动态变化在国内外均属首例。虽然半定量PCR的灵敏度及准确性较差，但是它的操作简单，成本较低，适合应用于较多的细胞因子初步研究中。本实验发现，移植猴细胞因子的表达变化与临床症状和植入情况联系密切。实验结果提示： TGF-β在aGVHD和无aGVHD动物中的表达存在显著差别，这一结果可以作为aGVHD的鉴别诊断指标，如区分普通腹泻与肠道aGVHD的腹泻，并且可以用于判断aGVHD时排除炎性发热对细胞因子表达变化的影响。但是，由于本实验研究动物例数较少，这一结果我们将在检测临床患者移植前后细胞因子的变化加以验证。

参考文献

1艾辉胜. 非清髓异基因造血干细胞移植—造血干细胞移植的新方向. 解放军医学杂志，2001;26:1-4

2Ferrara JL，Levy R，Chao NJ. Pathophysiologic mechanisms of acute graft-vs.-host disease. Biol Blood Marrow Transplant，1995;5:347-356

3孙琪云，艾辉胜，姚波等. STR-PCR定量检测供受者嵌合体的方法的建立及临床应用. 解放军医学杂志，2001;26:13-15

4姚波，孙琪云，贾蜀琼等. 染色体核型分析及短串联重复序列-聚合酶链反应检测非清髓异基因造血干细胞移植造血细胞嵌合体.中华血液学杂志，2003;24:100-102

5Ferrara JL. The cytokine modulation of acute graft-versus-host disease. Bone Marrow Transplant，1998;21(Suppl 3):S13-S15

6Antin JH，Ferrera JL. Cytokine dysregulation and acute graft-versus-host disease. Blood，1992;80:2964-2968

7Min CK，Lee WY，Min DJ，et al. The kinetics lf circulating cytokines including IL-6，TNF-γ，IL-8 and IL-10 following allogeneic hematopoietic stem cell transplantation. Bone Marrow Transplant，2001;28:935-940

8Holler E，Roncarolo MG，Hintermeier-Knabe R，et al. Prognostic significance of increased IL-10 production in patients prior to allogeneic bone marrow transplantation. Bone Marrow Transplant，2000;25:237-241

9Sakata n，Yasui M，Okamura T，et al. Kinetics of plasma cytokines after hematopoietic stem cell transplantation from unrelated donors: the ratio of plasma IL-10/sTNFR level as a potential prognostic mar- ker in severe acute graft-versus-host disease. Bone Marrow Transplant，2001; 27:1153-1161

10Miura Y，Thoburn CJ，Bright EC，et al. Cytokine and chemokine profiles in autologous graft-versus-host disease(GVHD): interleukin 10 and interferon gamma may be critical mediators for the development of autologous GVHD. Blood，2002;100: 2650-2658

11Takatsuka H，Takemoto Y，Okamoto T，et al. Predicting the severity of graft-versus-host disease from interleukin-10 levels after bone marrow transplantation. Bone Marrow Transplant，1999;24:1005-1007

12Ferra C，de-Sanjose S，Gallardo D，et al. IL-6 and IL-8 levels in plasma during hematopoietic progenitor transplantation. Hematologica，1998;83:1082-1087

13Steffen M，Durken M，Pichlmeier U，et al. Serum interleukin-6 le-vels during bone marrow transplantation: impact on transplant-related toxicity and engraftment. Bone Marrow Transplant，1996;18:301-307

14Hempel L，Korholz D，Nussaum P，et al. High interleukin-10 se-rum levels are associated with fatal outcome in patients after bone marrow transplantation. Bone Marrow Transplant，1997;20:365-368

15Visentainer JE，Lieber SR，Persoli LB，et al. Serum cytokine levels and acute graft-versus-host disease after HLA- identical hematopoietic stem cell transplantation. Exp Hematol，2003;31:1044-1050

16Korngodl R，Marini JC，De Baca ME，et al. Role of tumor necrosis factor-alpha in graft-versus-host disease and graft-versus-leukemia responses. Biol Blood Marrow Transplant，2003;9:292-303

17Brown GR，Lee EL，Thiele DL. TNF enhances CD4+ T cell alloproliferation，IFN-γ responses，and intestinal graft-versus-host disease by IL-12-independent mechanisms. J Immunol，2003;170:5082-5088

18Kobbe G，Sechneider P，Rohr U，et al. Treatment of severe steroid refractory acute graft-versus-host disease with infliximab，a chimeric human/mouse antiTNF-α antibody. Bone Marrow Transplant，2001;28:47-49

19Brown GR，Lee E，Thiele DL. TNF-TNFR2 interactions are critical for the development of intestinal graft-versus-host disease in MHC class II-disparate(C57BL/6J-C57BL/6JXbm12)F1 mice. J Immunol，2002;168:3065-3071

20Schmaltz C，Aipdogan O，Murigian SJ，et al. Donor T cell-derived TNF is required for graft-versus-host disease and graft-versus-tumor activity after bone marrow transplantation. Blood，2003;101:2440-2445

21Jaksch M，Uzunel M，Martinez-Cangana G，et al. Increased levels of immune transcript in patients with acute GVHD after allogeneic stem cell transplantation. Bone Marrow Transplant，2003;31:183-190

纳米银粉范文第5篇

1.1SERS闪烁和摆动

有文献报道在单颗粒和纳米聚集体上发现了不连续表面增强拉曼散射现象。典型的闪烁时间间隔从毫秒到秒不等。最近的研究发现SERS闪烁包括了热激活和光诱导两个部分。许多证据显示这种SERS信号的波动是由于热激活分子在颗粒表面的扩散而产生的。利用波长分辨光谱进而发现信号波动来自增强拉曼散射，而不是光致发光或者瑞利散射。测量的信号强度包含了拉曼和背景信号在557–663nm的波段的总和。另一个重要的特征是SERS光谱包含了很强的背景信号。这种背景信号并不是R6G的荧光而是SERS的连续发射信号。在SERS闪烁的“Off”阶段，光数量很少，这说明SERS信号和背景信号是成正相关的，而且是同时波动的。Michaels等发现SERS强度和背景信号随时间成高度相关。大量的数据统计发现在0.1mW激光激发下，SERS闪烁的On-time大约是80ms。另一个有趣的发现是SERS光谱摆动现象，就是SERS信号会突然改变他们的频率。这种现象首先由Nie和Emory报道。他们发现拉曼信号的频率变化可以有10cm-1的改变。SERS光谱波动的另一个来源是含碳基团和其他光解化合物。实验过程中需要把单分子SERS信号与污染分子的信号区分开来。有研究发现环境中的氧气在SERS闪烁中扮演了重要的角色。在含氧环境中SERS闪烁的频率很快，波动的幅度更大。其它的理论和实验则认为SERS闪烁来自于颗粒本身而不是吸附分子的扩散，因为在无吸附物的条件下如银粉和气相沉积银膜，同样观察到了闪烁现象。

1.2SERS活性位点

一个关键问题是关于颗粒表面的活性位点的结构和性质。之前的研究发现SERS活性位点很可能是吸附原子、原子簇和颗粒尖端。这些位置可以通过共振电荷转移和类似共振拉曼增强方式进行化学增强。换句话说，吸附分子和活性位点之间的耦合可以产生新的金属配体或者配体金属之间的电荷转移，这种状态可以用可见光激发。Hildebrandt等认为SERS活性位点是高亲和性结合位点。为了进一步研究这些SERS活性位点，Doering等使用了一种整合流动注射和光谱装置来研究吸附分子被其他分子置换现象。在加入卤化物之前，SERS光谱经常包含很宽的背景和柠檬酸根的微弱信号，但是没有R6G的信号。在加入卤化物之后，他们发现R6G的SERS光谱很快替换了柠檬酸根的光谱，R6G的信号在10-30min中不断增加。这种置换行为是连续的，最终SERS光谱被一种或吸附在活性位点的少量分子信号主导。这些结果也进一步说明，这些SERS活性位点最开始是没有活性的或者被柠檬酸根离子所占据。卤离子在颗粒表面的吸附可以帮助R6G在颗粒表面的吸附，并且阻碍柠檬酸根离子在活性位点的吸附。

1.3化学激活和失活

研究SERS机制时面临的一个重要困难是将化学增强因素从电磁效应中分离出来。为了解决这一问题，Doering等使用了整合流动注射和超灵敏光学成像系统直接研究化学增强。他们的实验系统中胶体银颗粒被固定在微流动装置的玻璃表面，在固定颗粒表面加入化学试剂就可以实时观察到单颗粒SERS信号。这种单颗粒原位表面等离子体散射研究发现在经过化学处理后，单颗粒的电磁性质并未改变。因此观察到的SERS光谱变化应该主要来自于化学增强。他们的实验数据表明3种卤粒子(Cl、Br和I)有显著的SERS激活效应，而其他离子，如柠檬酸根、硫酸根和氟化物则对单颗粒SERS信号几乎无影响。然而，他们发现硫代硫酸根离子则会使SERS信号完全消失。在对颗粒处理卤粒子和硫代硫酸根处理25min后，未产生任何表面等离子体散射的变化。因为表面等离子体散射可以用于测量单个和多个颗粒的电磁场性质，因而他们认为这种观察到的激活/失活效应主要来自于颗粒表面的原子尺度的改变，而不是大尺度的颗粒电磁场性质改变。进一步的波长分辨实验表明，单颗粒等离子体散射可以引起散射光谱小的改变，但是这种小的位移不太可能引起电磁增强发生大的变化。事实上，之前的研究显示表面等离子体光谱通常很宽，而单分子SERS与表面等离子体散射并不直接相关。

1.4单颗粒和多颗粒的SERS比较

为了比较单个颗粒和小聚集体之间的SERS活性，Khan等核实了SERS活性位点是否跟表面缺陷或者颗粒间隙有相关性。不过结果显示，高SERS活性跟表面性质没有显著相关性。另外，他们也发现有些固定的单颗粒与Dimers和Trimers的平均SERS强度相似，但这些信号强度比那些大聚集体的信号低3-4倍。但是单颗粒的SERS信号重复性更好，而且具有更窄的光闪烁时间间隔。尽管理论预测单个纳米颗粒周围的电磁场强度没有两个颗粒之间的Nano-gap的强，但每个颗粒可以吸附大量的分子。当单个颗粒表面吸附了单层拉曼分子时，其SERS信号就达到最大值。当分子定位在两个靠近的纳米金纳米缝隙中时，可以使SERS信号得到极大增强。然而，事实上，很难制造出这种Dimer或Trimer，可以让分析物非常精确地定位在Nano-gap里。并且，金属纳米颗粒是被周围的电子云包围，他们可以通过静电排斥阻止其他颗粒靠近。这种静电排斥可以被强电解质减弱，但这样经常会引起不可控的颗粒聚集和沉淀。一个可行的办法是加入高分子或表面活性剂提供空间位阻，因而阻止纳米金的直接接触。Chen等制备了Au@Ag的Dimer和Trimer结构，他们发现dimer的SERS效果是单颗粒的16倍，而trimer是单颗粒的87倍。Lee近一步研究了Dimer之间的距离跟SERS效应的关系，发现当Dimer之间的gap达到1nm以下时，增强因子可以达到1013。

2表面增强拉曼探针的制备

纳米技术的发展给SERS技术的发展带来了新的活力。第一代SERS探针是由Porter等制备，他们使用拉曼分子和定位配体在金属纳米颗粒上共吸附的方式。然而，这种方式的一个很大局限性就是这些纳米探针由于没有跟外界的环境隔绝，容易发生光谱变化和胶体聚集。为了解决这个问题，许多实验室使用了各种各样的包裹策略。聚二乙烯基包裹的SERS探针可以很好的保护探针，但对于生物偶联需要二次修饰，并且这种微米级的尺寸不太适合做细胞内的分子检测。二氧化硅修饰的探针是在纳米级的，也适合生物分子共组装。这种核-壳结构的SERS探针包含了3种关键组分：金属核心用于光学增强，报告分子用于光谱分析，二氧化硅壳用于保护和生物偶联。这种设计成为SERS探针生物分析应用的基础模式，并可免受外界环境的干扰。完整的二氧化硅包裹可以增强SERS探针在高电解质下的稳定性。但是一个缺点就是这种二氧化硅包裹的颗粒容易非特异吸附蛋白和细胞表面。二氧化硅包裹技术需要拉曼分子带有巯基或者异硫氰酸酯用于表面吸附。Qian等设计了一种新的SERS探针可以解决以上面临的问题。PEG修饰的SERS探针由3个组分组成：60nm的柠檬酸保护的纳米金，拉曼分子和PEG-SH(5000MW)（图5）。UV-Vis吸收，TEM，DSL测量显示在纳米金溶液中加入MGITC后没有明显的聚集。加入少量的MGITC没有改变纳米金在533nm的等离子体共振峰，但假如SH-PEG后有1nm的红移。PEG-SH保护的纳米金颗粒具有很小的非特异性吸附和可忽略的细胞毒性。另外，使用不同修饰的PEG可以偶联多种生物配体分子。PEG-SH修饰纳米金颗粒可以使用非巯基拉曼分子结合在纳米金上，同时却可以阻止溶液里的其他分子接近纳米金表面。与二氧化硅包裹不同的是。PEG-SH包裹并不会将吸附的非巯基拉曼分子置换掉。根据对多种拉曼分子如CrystalViolet、NileBlue、BasicFuchsin和CrysylViolet关于Perchlorate的研究显示，这些非巯基的染料跟PEG-SH可以很好的兼容。事实上，使用CrystalViolet的SERS探针可以稳定超过11个月。研究中使用的染料都是带正电荷的，并包含多个π键。这说明很多种类的有机分子可以作为拉曼分子用于PEG-SH包裹的SERS探针。为了将SERS探针用于多元检测和成像，需要筛选出不同的拉曼分子，由于拉曼分子拉曼峰有时会重叠，对多元检测造成困难。Wang合成了一种有机物-纳米金-量子点的复合纳米SERS探针，这种探针可以进行SERS和荧光的双重生物标记，进而可以用于生物标记物的生物条形码分析，增强了多元检测能力。

3表面增强拉曼在生物分析中的应用

在过去的十几年中，研究者在SERS用于超灵敏检测生物分子方面投入了极大的兴趣，如血红蛋白、葡萄糖、肿瘤基因、病原体、生物毒素和病毒检测。SERS是一种近场探针，对周围的环境很敏感。几个研究小组的成果表明如果在金属纳米颗粒或者核壳结构的颗粒表面修饰上pH敏感的SERS探针分子，SERS可以作为一种pH纳米探针用于细胞内或者细胞外检测。总体来说，在SERS应用方面现在有两种类型的工作：第一种类型是使用单分子SERS用于单一分析物如DNA碱基对和单个血红蛋白的指纹图谱分析，这里，待分析分子被放置在单个颗粒的Hotspot位置或者是纳米颗粒的聚集处；第二种类型是从纳米颗粒表面覆盖的单层分子上获得的SERS图谱，这种图谱可以得到明确频率和带宽的宏观数据。如果胶体纳米粒子和分析物不受外界环境的影响，那么得到的SERS图谱强度和重复性都是可控的。这种设计在复杂的细胞样品或者全血分析中有强大的优势。

3.1生物标记物检测

Jin等以多种拉曼分子修饰的纳米金为SERS探针设计了一种多元SERS检测平台。每种SERS探针对应一种DNA检测分子，并使用银沉积增强SERS信号，实现了多种DNA分子的同时检测。Kang等设计了一种Particle-on-wire的SERS传感器用于DNA的多元检测。在纳米线与纳米颗粒之间形成的Nanogaps里Hotspots可以显著增强SERS活性，实现了多种病毒DNA分子的检测。Souza等最近的工作使用了SERS探针实现了细胞内特定生物分子的定位检测。他们使用Au-噬菌体-咪唑复合物用于标记溶液里的细胞。但是噬菌体本身有很高的SERS背景信号，降低了实验的信噪比，而且探针光谱容易发生变化。Huang等证明了抗体标记的金纳米棒作为癌细胞诊断探针，这种探针使用CTAB作为SERS的拉曼分子。他们将金纳米棒修饰上聚苯乙烯磺酸钠来稳定溶胶体系，将纳米棒的表面电荷从负电荷变成正电荷。Hu等将氰基团偶联在拉曼分子上以此来区分其他分子的振动峰。Yu等将纳米银结合上荧光染料，可实现细胞和组织的SERS和荧光的双重成像。

3.2单细胞分子成像

偶联生物分子的SERS纳米探针已经用于识别肿瘤细胞上的蛋白标记物。对肿瘤细胞检测来说，可使用SH-PEG（~85%）和SH-PEG-COOH（~15%）的混合物来制备可定位纳米金颗粒。双修饰的PEG可以共价结合ScFv抗体上，ScFv抗体可以与表皮生长因子特异性结合。人头部和颈部肿瘤细胞(Tu686)都是EGFR阳性的（每个细胞有个受体），可以用SERS方法检测到。相反，人非小细胞肺癌则不表达EGF受体，不能显示出SERS信号。人们使用一种近红外染料(DTTC)用作光谱探针用于785nm的表面增强共振拉曼。这种共振增强不会引起光漂白，因为这种吸附染料将有效能量转移到金属颗粒而免于光降解。这种共振效应可进一步将SERS效果提高10–100倍。这种灵敏度足够用于单个癌细胞的拉曼分析。EGFR是EGF抗体的特异靶标，也是蛋白激酶疗法的重要蛋白，因此单细胞SERS分析检测EGFR对临床诊断有重要意义。

3.3体内肿瘤定位和检测

为了确定在动物组织中能否从PEG修饰的纳米金颗粒上得到SERS图谱，Qian等在活体动物皮下组织和深层肌肉组织注入小量的SERS探针。结果表明可以同时在皮下组织和深层肌肉组织得到高度可辩SERS信号。尽管由体内得到的信号强度减少了1-2个数量级，但得到的SERS图谱与体外的图谱一致。由于实验的信噪比很高，可以估算对于体内SERS肿瘤检测可以探测的深度是1-2cm。为了实现体内肿瘤定位和成像，偶联了ScFv抗体的纳米金颗粒通过尾静脉注射进入肿瘤小鼠体内。使用785nm的激光照射了肿瘤和非肿瘤部位。可以看出在肿瘤部位可定位SERS探针与非可定位SERS探针的SERS图谱有明显的差距，然而对于非肿瘤区的SERS信号则很相似。结果说明了ScFv抗体偶联的纳米金颗粒可以定位EGFR阳性的肿瘤组织中。时间分辨的SERS数据近一步表明了SERS探针在进入小鼠体内4-6h是逐渐积累的，并且大多数的探针保留在肿瘤组织超过了24h。在生物体系研究方面，SERS可以直接用于分析水相生物分子的结构状态研究且所需样品用量少。将SERS技术用于生物研究的先驱是Koglin、Nabiev和Cotton等。此后，大量的研究工作证实了这一技术能够解决生物化学，生物物理和分子生物学中的很多问题，如蛋白质，核酸及其组分等的分析与鉴别，生物分子的某些基团与界面的相互作用研究，生物分子与金属表面的键合方式等。

4结束语