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金納米顆粒，有時也被稱為膠體金，可用于多種應用。它們通常是通過使用檸檬酸鹽等還原劑在不同條件下對HAuCl₄水溶液進行控制還原而合成的。根據(jù)大小、形狀和物理性質(zhì)，金納米顆粒有很多種類型，如圖1所示。金納米顆粒的應用包括藥物遞送，¹紫杉醇等藥物的載體，²腫瘤檢測，³生物傳感器等。

圖1 金納米顆粒的類型(形狀分類)

金納米顆粒的大小是一個關(guān)鍵的物理參數(shù)⁴，需要仔細測量。顆粒大小影響吸光度波長(尺寸增大=波長更長)、表面等離子體共振(SPR)峰值、細胞內(nèi)攝取、血液半衰期和生物分布特征(尺寸減小=血液半衰期增加)等特性。顆粒的大小和分布寬窄可以作為懸浮穩(wěn)定性的指標。表面電荷(zeta電位)測量也被用作懸浮穩(wěn)定性的指示。

分析粒度和zeta電位常用的技術(shù)是動態(tài)光散射（DLS）和電泳光散射（ELS）。Nicomp®Z3000系統(tǒng)(圖2)可用于測定金納米顆粒的大小和zeta電位。

圖2 Nicomp DLS系統(tǒng)

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利用Nicomp DLS系統(tǒng)分析了幾種金納米顆粒樣品的尺寸和Zeta電位。從Sigma Aldrich購買了三種不同的金納米顆粒樣品，標稱尺寸分別為50nm,20nm和5nm。還分析了公稱尺寸為30 nm的NIST標準材料8012。這些樣品的參考物理性質(zhì)如表1所示。

表1 樣品參考物理性質(zhì)

DLS的尺寸分析結(jié)果為水動力直徑的強度平均值。分布的寬度以多分散性指數(shù)(PDI)表示。NIST 8012調(diào)查報告提供了兩個角度的平均水動力直徑，173°和90°的后向散射。與從Sigma Aldrich購買的樣品不同，還提供了NIST 8012的參考zeta電位值。

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所有樣品在Nicomp型號Z3000(圖2)上進行粒度和zeta電位分析。

在這些研究開始之前，對尺寸和zeta電位標準進行了分析，以驗證系統(tǒng)性能。對742007樣品進行濃度研究，以調(diào)查報告的顆粒大小是否隨濃度而變化。本研究的結(jié)果表明，顆粒大小不受濃度的影響，所以所有的測量都是在原始樣品濃度下進行的，沒有稀釋。對樣本741949進行了時間分析研究，從而確定一個適當?shù)臏y量持續(xù)時間，達到如圖3所示的時間歷史圖所示的穩(wěn)定性。本研究表明，5分鐘的分析時間是明顯的。

圖3 時間歷史圖直徑(nm) vs時間(min)

所有測量的Nicomp尺寸和zeta電位分析設(shè)置如圖4和5所示。

圖4 Nicomp大小設(shè)置

圖5 Nicomp Zeta電位設(shè)置

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每個樣品的兩次分析的典型圖形結(jié)果如圖6至10所示。

圖6 50nm Au覆蓋兩種尺寸的結(jié)果

圖7 20nm Au覆蓋兩種尺寸的結(jié)果

樣品741949(標稱尺寸5 nm)與預期結(jié)果有偏差。圖8顯示了在不額外制備樣品的情況下對樣品進行分析的高斯結(jié)果。高斯計算迫使結(jié)果變成一個單峰。

圖8 5nm Au疊加兩種尺寸的高斯結(jié)果

Nicomp Z3000系統(tǒng)還可以使用專有的Nicomp算法生成多模態(tài)結(jié)果。使用Nicomp算法重新計算圖8中的結(jié)果，得到的多模態(tài)尺寸分布如圖9所示。

圖9 5nm Au覆蓋兩種尺寸的Nicomp結(jié)果

然后將樣品管離心8分鐘，試圖將較大的顆粒分離出測量區(qū)。離心后對同一樣管進行分析，結(jié)果如圖10所示。

圖10 5nm Au覆蓋兩種尺寸Nicomp結(jié)果，離心

NIST 8012樣品在三個角度進行分析;后向散射@ 170°(粉色)，90°(綠色)，前向角度15°(藍色)。這三個結(jié)果如圖11所示。

圖11 NIST 8012 Au覆蓋三種尺寸的結(jié)果，

170°，90°和15°

這些結(jié)果加上zeta勢值匯總在表2中。

表2 粒徑大小和zeta電位結(jié)果

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所有樣品還使用相分析電泳光散射技術(shù)(PALS)分析zeta電位。zeta電位是用于配方和懸浮穩(wěn)定性研究的表面電荷測量。這些樣品的zeta電位如圖12至15所示。

圖12 50nm Au zeta電位結(jié)果

圖13 20nm Au zeta電位結(jié)果

圖14 5nm Au zeta電位結(jié)果

圖15 NIST 8012 Au zeta電位結(jié)果

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Sigma Aldrich 50 和 20 nm 標稱尺寸樣品的結(jié)果在預期值范圍內(nèi)。Sigma Aldrich 5 nm 標稱尺寸結(jié)果最初報告的粒徑明顯高于預期——表明聚集?？紤]到該樣品的顏色（圖 16 最左側(cè)），這并不奇怪。更深、更藍的顏色通常表示更大的粒度分布。

離心前的結(jié)果（圖 9）表明在 14 nm 附近存在初級粒子，在 122 和 417 nm 處存在聚集峰。此結(jié)果顯示了 Nicomp 算法解決初級粒子和聚集體多峰的能力。離心后報告的平均大小在預期值內(nèi)。

圖 16 從左到右；5、20 和 50 nm Au 樣品瓶

從三個不同的角度分析了 NIST 8012 樣品；15°、90° 和 170°。與170°相比，90° 的結(jié)果偏差更小一點，表明 90° 是比反向散射更好的測量條件——與之前報告的其他結(jié)果一致。⁵前向角方向 (15°) 的測量提高了對較大顆粒的靈敏度，如在圖 11. 這些結(jié)果表明多角度系統(tǒng)（標準且廉價的 Nicomp 選項）可能更適合某些特定應用。

使用 PALS 技術(shù)，zeta 電位結(jié)果都具有較高的可重復性。與一次性 zeta 電位樣品池相比，Nicomp 樣品池可以以更低的成本測量數(shù)千個樣品。

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對 NIST 8012 樣品進行了穩(wěn)定性研究，以研究鹽濃度對尺寸和外觀的影響。原始尺寸結(jié)果如圖 11 所示，報告的 90° 尺寸為 30.8 nm。首先將 200 µL NIST 8102 移液到 200 mL 過濾去離子水中。接下來，將 3 M 的 KCl 以 500 µL 的增量添加到稀釋的 NIST 8012 懸浮液中，同時觀察樣品的顏色。

添加 2 mL 的 3 M KCl 后發(fā)現(xiàn)顏色發(fā)生變化。圖 17 從左到右顯示了添加 KCL 后的 NIST 8012 樣品、池中的原始樣品和原始樣品瓶。

圖 17  添加 KCL 之后，之前，原始瓶子

添加 KCL 后 NIST 8012 的粒度分布如圖 18 所示。在 15 分鐘的分析時間內(nèi)，粒度隨時間增加。二十四小時后，樣品已全聚集并沉降到比色杯底部，如圖 19 所示。

圖18 添加 KCl 后三種尺寸的 NIST 8012 Au 疊加結(jié)果

圖19 NIST 8012 與穩(wěn)定的聚集體

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動態(tài)光散射可用于金納米顆粒粒徑和 zeta 電位分析。上述實驗證明，Nicomp Z3000 具有高分辨率和準確性，可生成接近預期值的結(jié)果。Nicomp 算法檢測了聚合樣本的初級粒子和聚合粒子的多模式混合。