真空冷冻干燥技术在纳米金材料冻干中的应用

纳米金颗粒（AuNPs）是一种直径在1-100 nm之间的微小颗粒，具有高电子密度、介电特性和催化作用，能与多种生物大分子结合而不影响其生物活性，引起了人们的广泛关注。此外，由于其局部表面等离子体共振（LSPR）增强了光散射和吸收特性，其在癌症诊断、治疗和生物成像中具有良好应用。纳米金颗粒的光学和电子特性可以通过调整其大小、形状、表面化学或聚集状态等因素来精细调整，以满足特定用途。这些特性强烈地依赖于AuNPs的大小和分散性。因此，单分散AuNPs的制备及其尺寸的精确控制尤为重要。

纳米金材料介绍

纳米金颗粒具有良好的生物相容性，能够在生物体内稳定存在而不引起明显的读写反应。此外，纳米金颗粒具有表面等离子体共振（SPR）和局域表面等离子体共振（LSPR）的光学性质，纳米金颗粒的尺寸、形状和周围环境都会影响其共振频率和吸收光谱，从而产生不同的颜色和光学特性。另外，纳米金颗粒还具有优异的催化活性，能够加速各种化学反应的速率，特别是在有机合成和电化学领域。

真空冷冻干燥技术在纳米金材料的制备与应用中，已经从简单的“保存手段"发展为一种重要的“结构调控工具"。它不仅能防止纳米金在液态下的团聚失活，还能利用冰晶模板效应，构建出传统方法难以获得的多级结构。

纳米金材料的应用

纳米金材料的应用十分广泛，如常见在体外诊断（生化分析/标记）、催化方面、传感方面的应用。

01、高价值纳米金的长期稳定保存

纳米金在液态胶体中容易因重力沉降、电解质影响或微生物作用而发生团聚，导致其独特的等离子体共振特性丧失。冻干技术通过低温脱水，将纳米金以固态粉末形式长期保存，同时完整保留其关键特性。

应用案例：在药物载体研究中使用的金纳米颗粒，经过冷冻干燥保存后，其粒径分布和表面性质在长时间内保持稳定，确保了在后续药物负载和释放实验中的性能一致性。
工艺优势：冻干过程在低温真空下进行，避免了高温对纳米金结构和性能的破坏，如防止纳米颗粒的团聚、粒径变化、表面性质改变等

02、构建三维多孔结构（金气凝胶/泡沫）

这是冻干技术在纳米金领域具创新性的应用。通过将金纳米粒子（或纳米线）的悬浮液快速冷冻，冰晶作为模板挤压并固定纳米材料，随后在真空中升华去除冰晶，留下由纳米金构成的、具有超高孔隙率的三维网络结构。

超低密度金气凝胶：研究人员利用金纳米线悬浮液进行冷冻干燥，成功制备了自支撑的整体气凝胶，其密度可低至 6-23 mg/cm³。这是目前报道的密度低的块状金纳米材料之一。
多孔金泡沫：以水溶性金纳米粒子为原料，将其水溶液进行冷冻干燥，可制备低密度的金复合泡沫，再经高温烧结去除有机成分，获得超低密度的多孔金泡沫。
结构可调性：通过在原料悬浮液中选择不同的溶剂和造孔剂，可以在多个长度尺度上调节冻干过程中形成的孔几何形状，从而定制材料的宏观性能。

03、制备功能性纳米复合材料

冻干技术被广泛用于将纳米金均匀负载到其他材料（如生物质、高分子、石墨烯）的骨架上，制备复合功能材料。

生物-纳米复合催化剂：研究人员利用冷冻干燥的真菌生物质作为还原剂和稳定剂，与金氯化物一步反应合成金基生物纳米复合材料（GBNCs）。这种干燥的生物质合成时间更短（24小时），且制备的GBNCs在pH 2-12范围内稳定，催化硝基苯还原的产率高达95%，并可重复使用超过10次。

光热转换材料：将金纳米粒子与石墨烯通过化学组装后，利用定向冷冻干燥法制备成金纳米粒子/石墨烯三维光热转换材料，可用于高效的太阳能海水淡化。

生物医学支架：将纳米金与胶原-羟基磷灰石溶液混合均匀后，通过一步法冻干并交联，可制备含纳米金的组织工程支架，为创面提供长期的药物缓释。

富睿捷冻干实验室

实验样本：纳米金粒子溶液

实验目的：冻干所有水分，使样品呈粉末状

实验设备：Mercury 180

实验过程：
1.将溶液-80℃预冻4h。

2.打开冻干机预冷，将预冻好的溶液放置于隔板上，打开真空。

3.冻干程序为：升华程序-40℃~25℃，真空度2Pa，时间30h。

4.程序结束后，释压取出冻干好的样品，储存或者进行后续实验。

预冻前：

冻干中：

冻干后：

冻干后呈粉末状，达到理想效果。