簡介
納米黃金或納米金(英語:colloidalgold),又稱膠態金,其納米顆粒直徑最小只有1米的10億分之一。在這種尺寸下,黃金呈現截然不同的一系列屬性。它能通過催化作用加快化工工藝流程,還有助於防治癌症、愛滋病和瘧疾等致命疾病。
歷史沿革
早在很久遠的古代,人類就已經知道製備、套用納米黃金,主要用於製造花窗玻璃時,產生玻璃紅色或紫色的色澤。工匠們在製造花窗玻璃的流程中加入金粉,金粉雖然是數微米尺寸,顆粒太大直接鑲嵌在玻璃中還是金色的,但是金粉和玻璃一起熔融並冷卻後,就會析出納米黃金,使玻璃呈現鮮艷的洋紅色。從小型玻璃器皿的古文物來看,人類對於納米黃金的歷史可能可以追溯到古羅馬(四世紀羅馬酒杯),甚至古埃及。
16世紀初時,德國鍊金術師帕拉塞爾蘇斯聲稱他製造出了名稱為飲用金(AurumPotabile)的金溶液長生不老藥,不過由於當時鍊金術被視為缺乏根據的學問,相關可信文獻較為匱乏,對於他當時製造了何種金溶液還有待考究。
1669年,來自倫茨堡約翰·馮·勞芬斯登琨克爾和什勒斯維希人老安德列亞斯·卡爾胡斯一起發明名為卡爾胡斯紫的紫色沉澱釉料,改良了製造蔓越莓玻璃的製程。先用王水先溶解塊材黃金,形成氯金酸溶液,再把該溶液和氯化亞錫反應就可以還原出膠態金和二氧化錫。品管檢驗方式就是看金溶液的顏色,因為金的濃度和顏色深度是有相關的。1720年卡爾胡斯紫出口到中國,對後來清代瓷器的發展有深遠影響。
1842年,約翰·赫歇爾發明金印術,利用膠態金在紙張上印出影像。
目前發現最早文獻記載對納米金的研究起源於1847年,麥可·法拉第用三氯化金還原出含有納米黃金粒子的溶液時,觀察到黃金在不同尺度大小下不同的顏色。他稱呼這種形態的黃金為活性金(ActivatedGold),1857年時他使用磷來還原三氯化金溶液。起初卡爾胡斯紫顏料的化學組成是不明的,但是少數進行研究的科學家根據製造時加入的原料猜測顏料的內容應該是金錫化合物。法拉第是第一個發現這種顏料的成分其實是極為細小的金顆粒的科學家。
1898年,里夏德·阿道夫·席格蒙迪首先從稀釋過的溶液中製備出膠態金,並進行大量的溶膠基礎研究。席格蒙迪的研究後繼有人,化學家特奧多爾·斯韋德貝里,發明了差速離心的方法來分離尺寸大小不同的膠態顆粒,而物理學家古斯塔夫·米則提出了米氏散射的理論來解釋細小顆粒的行為。
21世紀以來,科學家在研究中發現了黃金在“納米級別”的屬性,這讓黃金成為最有套用前景的納米材料之一。
性質
納米黃金在空氣中容易聚集成為塊材黃金,所以一般都把納米黃金製備在溶液系統中。
膠態金水溶液呈現懸浮溶液的特色,溶液中金顆粒大小約在次微米尺寸(小於1微米)。在溶液中,尺寸大小低於100納米的膠態金粒子常致使溶液帶有強烈的紅色,而尺寸大小高於100納米的膠態金粒子則使溶液呈藍色或紫色。
納米黃金的性質、套用深深地受到尺寸和形狀的影響。舉例來說,棒狀的納米黃金粒子在UV光譜圖上具有橫向吸收峰和縱向吸收峰,而且非等向性的形狀也影響了分子自組裝時的行為。
製作方式
物理方法
1、氣相冷凝法:用真空蒸發、加熱、高頻感應等方法使原料氣化或形成等粒子體,然後驟冷。其特點純度高、結晶組織好、粒度可控,但技術設備要求高。
2、物理粉碎法:通過機械粉碎、電火花爆炸等方法得到納米粒子。其特點操作簡單、成本低,但產品純度低,顆粒分布不均勻。
3、機械球磨法:採用球磨方法,控制適當的條件到純元素、合金或複合材料的納米粒子。其特點操作簡單、成本低,但產品純度低,顆粒分布不均勻。
4、磊晶堆疊法:用物理性之分散方法將黃金分解為原子結構的超細微化納米金粒子,再以磊晶堆疊技術,將原子態的金粒子堆疊還原。純度高,可製造粒徑大小從0.5nm至100nm。
化學方法
1、化學氣相沉積法:利用金屬化合物蒸氣的化學反應合成納米材料。其特點產品純度高,粒度分布窄。
2、沉澱法:把沉澱劑加入到鹽溶液中反應後,將沉澱熱處理得到納米材料。其特點簡單易行,但純度低,顆粒半徑大。
套用領域
由於金納米粒子特殊的光學性質、電子性質、分子識別性質與良好的生物相容性,使納米黃金成為了最廣泛被研究的金屬納米材料,目前已套用於各種不同領域,如電子顯微鏡學、電子學、材料科學、納米科技、生化感測、光學偵測、藥物投遞、催化反應、疾病治療、電子工程以及模板結晶等。
醫療
1、疾病檢測
黃金對於不同的溫度、嚴苛的環境表現出極強的穩定性,它具有優異的延展性,再加上其精密的製造工藝,確保生產出的產品可以每年進行成百上千次的檢測,更為重要的是,黃金具有獨一無二的光學屬性,當檢測結果為陽性時,會發出清晰的紅色光線。因此,納米黃金適用於所有的試劑診斷盒。
2012年,倫敦帝國學院的研究人員開發出一種超靈敏的測試盒,以檢測一系列的病毒和癌症。這些工具也使用了黃金,測試中的色彩變化能指示樣品中是否存在特定的化學物質。
2、治療及診斷疾病
納米黃金除了在醫療診斷領域的套用之外,由於黃金納米顆粒出色的“生物兼容性”,它更是治療及診斷疾病的有效手段。例如,通過黃金納米微粒將藥物輸送至腫瘤病灶部位。這些積極實踐對全球醫療保健行業都有巨大意義。
美容
黃金美容是21世紀比較熱門的延緩衰老美容術。以高科技加工而成的微粒子納米黃金,是利用原子重建分子創造的新物質,去除了原始黃金內所含的對人體有害的銅、鉬、鋅等物質,保留了對人體有益的9999純金元素。納米分子由於其極小的結構,能穿過表皮層滲透到真皮層,促進新細胞生成,使皮膚保持柔軟、豐滿而有彈性,還能起到良好的導入作用,幫助肌膚更徹底地吸收護膚品中的營養成分,並起到拉緊老化鬆弛皮膚的功效。
食品
可食黃金又稱食用納米金,將純度極高的黃金加工成金箔活極細粉末,放入食物或者飲料中食用,具有促進血液循環、促進新陳代謝等作用,中醫還認為可食黃金具有鎮心安魂的藥用價值。但對於食用黃金的安全性和使用標準國際國內尚未有法律法規可依,擅自售賣黃金食品是違法的,其安全性也不可確定。2011年5月7日,美國紐約市一家餐廳推出一款2.5萬美元的朱古力新地冰激凌,打破最貴甜點金氏世界紀錄,內含5克可食23K黃金。