全 文 ：·研究报告·
生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN 2012年第3期
收稿日期 : 2011-08-16
基金项目 : 吉林省科技厅资金资助项目（20030405-2）
作者简介 : 何乃彦 , 女 , 硕士研究生 , 实验师 , 研究方向 : 应用生物化学 ; E-mail: naiyanhe@126.com
通讯作者 : 于源华 , 女 , 教授 , 博士生导师 , 研究方向 : 应用生物化学 ; E-mail: yuyuanhua8888@126.com
基于生物大分子 DNA的纳米硫化银的合成
何乃彦1 崔薇1 郭威2 于源华1
（1 长春理工大学生命科学技术学院，长春 130022 ；2 长春理工大学计算机学院，长春 130022）
摘 要： 利用 DNA生物大分子为模板，硫代乙酰胺和硝酸盐为原料，制备出了颗粒状硫化银纳米结构体。同时采用琼脂糖
电泳、FESEM、FTIR和 XRD等多种表征手段对其结构组成进行了系统的分析，对其形成机理进行了探讨。
关键词： 生物大分子 模板 硫化银
Synthesis of Nano-material Sulfide by Biomacromolecule DNA
He Naiyan1 Cui Wei1 Guo Wei2 Yu Yuanhua1
（1College of Life Science and Technology，Changchun University of Science and Technology，Changchun 130022；2College of Computer，
Changchun University of Science and Technology，Changchun 130022）
Abstract: Using DNA as a template, thioacetamide and nitrites as the source materials, granular nano-materials structures of silver
sulfide material was successfully obtained. The samples gained were deeply investigated by the agarose electrophoresis, FESEM, FTIR, XRD
analysis technique and massive experimental data were obtained. The data were systematically characterized, and their formatted mechanisms
were deeply discussed.
Key words: Biomacromolecule Template Silver sulfide
纳米材料的制备方法多种多样，近年来，生物
大分子控制合成纳米材料的研究已经引起了人们的
高度重视，并进行了一定程度的研发［1-4］。硫化物
纳米材料以其重要的物理化学性质，广泛应用于各
个领域［5-7］，以生物大分子为模板制备硫化物纳米
材料及分析其组成、性质等研究是目前硫化物纳米
材料研究领域的热点之一［8-12］。因此，利用生物大
分子为模板控制合成多种形貌的硫化物纳米材料及
其性质研究，将是一个重要而又新颖的研究课题。
本研究以鱼精 DNA 为模板、硫代乙酰胺和硝酸
盐为原料，在相对温和的合成条件下，成功的制备
了不同大小的硫化银纳米结构材料，并采用琼脂糖
电泳、XRD、FESEM 和 FTIR 等分析技术对样品进
行系统地表征，对其形成机理进行探讨。提出新型
硫化物的制备方法，获得一些有意义的结果，旨在
为生物大分子为模板制备纳米材料的进一步深入研
究提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 材料 鱼精 DNA、琼脂糖、DNA Marker 纯度
AR，北京鼎国生物技术有限公司。硫代乙酰胺 （TAA，
天津天泰精细化学品有限公司生产）；AgNO3（天津
市科密欧化学试剂开发中心生产）；无水甲醇（北京
北化精细化学品有限责任公司生产）；其他试剂均为
国产分析纯，试验用水为重蒸的去离子水。
1.1.2 仪器 JXA-840 型扫描电子显微镜（日本
JEOL 公司）；CF16RX 型高速低温离心机 ；DYY-4C
型电泳仪 ；VERTEX 70 型傅里叶变换红外光谱仪
（德国布鲁克公司）；18KW 型 X 射线衍射仪（日本
RIGAKU）。
1.2 方法
1.2.1 样品制备 配置不同浓度的 DNA 水溶液，按
照表 1 分别与设定浓度的 AgNO3 水溶液混合，静置
2012年第3期 197何乃彦等 ：基于生物大分子 DNA 的纳米硫化银的合成
24 h，使带正电的离子与 DNA 上的带负电的磷酸根
以及碱基上的 N 原子充分吸附。
迁移速度明显慢于 1 泳道条带，并且显示出了明显
的拖尾现象。这是因为在相同电场作用下，吸附到
DNA 上的银离子会抵消磷酸根的负电荷，使 DNA
分子在凝胶电泳下迁移速度减慢，由于吸附的程度
不同导致条带的范围较广。同时电泳条带亮度较 1
泳道减弱很多，这是由于磷酸根与银离子结合，导
致 DNA 染色剂无法与磷酸根结合。如果 DNA 的磷
酸根全部吸附了银离子，则在紫外灯下将无法观察
到条带的发光，而 2 泳道条带的微弱发光表明 DNA
分子与银离子存在吸附，但是未完全吸附。
图中 3 泳道条带是浓度为 2 mg/mL 的鱼精 DNA
与硝酸银的混合液所产生的。其现象与 2 泳道条带
基本一致。不同之处在于，由于本样品 DNA 浓度较
高，磷酸根与银离子结合后仍有一部分与 DNA 染色
剂结合，其发光比 2 泳道条带较亮。
由以上现象可以得出结论，DNA 与银离子发生
了吸附 ；DNA 浓度不同则吸附量不同 ；DNA 与银离
子的吸附不均匀，不完全。
2.2 不同浓度DNA模板合成的硫化银的形貌分
析（SEM）
图 2 是未添加 DNA 所制备的硫化银，其形貌
是不规则的。图 3 是浓度为 1 mg/mL 和 2 mg/mL 的
DNA 模板所制备的硫化银局部形貌图，显示硫化银
粒子分别呈颗粒状，所制备的硫化银纳米粒子直径
在纳米尺度范围内，且主要分布在 40-60 nm 之间和
140-160 nm 之间。说明随着 DNA 浓度的改变，制
备出了不同大小的纳米硫化银结构。
表 1 DNA为模板的硫化物纳米材料的制备
样品 A（mL） B（mL） C（mL）
1 mg/mL DNA 50
2 mg/mL DNA 50
25 mmol/L AgNO3 50 50 50
0.4 mol/L TAA 50 50 50
将混合物置于锥形瓶中对其水浴加热，至 40℃
时滴加（以 0.3 mL/s 速度）浓度为 0.4 mol/L 的硫代乙
酰胺（TAA）水溶液 25 mL，温度升高至 70℃时保
持 5 min，之后停止加热。整个加热过程中保持低速
搅拌 ；将锥形瓶在常温水浴中冷却至室温，所得产
物分装于 50 mL 离心管中，用调制为 8 000 r/min、4℃
的高速冷冻离心机离心 20-30 min，收取沉淀。采用
去离子水及无水甲醇分别洗涤产物 2-3 遍。将样品
利用真空冻干机在 -45℃下冻干成粉末状备用。
1.2.2 琼脂糖电泳分析 为了测定 DNA 分子对银离
子的吸附情况，对静置 24 h 的样品溶液进行了琼脂
糖电泳分析。
1.2.3 扫描电镜形貌分析（SEM） 样品制备冻干后
产物为黑色固体粉末，用硬币作为基底制备扫描电
镜样品，并采用 FEI 公司的 XL30 场发射环境扫描
电子显微镜对不同浓度 DNA 模板合成的硫化银样品
进行表面形貌分析（SEM）。
1.2.4 X 射线衍射仪分析（XRD） 对样品粉末进行
X 射线衍射分析。
1.2.5 红外光谱分析（FTIR） 对样品进行红外光谱
分析。
2 结果
2.1 琼脂糖电泳分析
如图 1 所示，图中 1 泳道条带是浓度为 2 mg/mL
的鱼精 DNA 样品所产生的。由于鲱鱼精 DNA 的分
子量较小，所以在相同时间内，DNA 的迁移速度很
快，并且如图所示，条带尾端的光带较宽，磷酸根
含量丰富。
图中 2 泳道条带是浓度为 1 mg/mL 的鱼精 DNA
与硝酸银的混合液所产生的。如图所示，电泳条带
M. DNA Marker ；1. 2 mg/mL 鱼精 DNA 样品 ；2. 1 mg/mL 结合
银离子的 DNA 样品 ；3. 2 mg/mL 结合银离子的 DNA 样品
图 1 琼脂糖电泳条带
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2012年第3期198
2.3 XRD分析
从图 4 从可以看出，3 个样品的特征峰的位置
和强度与粉末衍射标准联合委员会（JCPDS）卡一致，
对应的卡片编号为 14-0072，属于单斜晶系，衍射峰
的 2θ 值位置大致不变。未添加 DNA 制备的硫化银
纳米结构，其晶面间距d值（单位：nm）分别为3.076 8、
2.834 1、2.602 9、2.441 0、2.378 0、2.212 2、2.081 9、
1.717 5 分别与硫化银的（111）、（112）、（121）、（121）、
（103）、（031）、（200）、（213） 晶 面 相 对 应 ；DNA
浓度为 1 mg/mL 的样品晶面间距 d 值分别为 3.0649、
2.825 0、2.592 3、2.435 0、2.373 2、2.207 8、2.078 0、
1.717 9 分别与硫化铅的（111）、（112）、（121）、（121）、
图 3 浓度为 1 mg/mL（a）和 2 mg/mL（b）的 DNA模板所制备的硫化银 SEM
图 2 样品 A：未添加 DNA模板所制备的硫化银（a）及其局部形貌（b）
a. 未添加 DNA ；b. DNA 浓度为 1 mg/mL ；c. DNA 浓度为 2 mg/mL ；d. 标准卡片
图 4 不同浓度 DNA模板制备的硫化银的 XRD图
2012年第3期 199何乃彦等 ：基于生物大分子 DNA 的纳米硫化银的合成
（103）、（031）、（200）、（213） 晶 面 相 对 应 ；DNA
浓度为 2 mg/mL 的样品晶面间距 d 值分别为 3.060 0、
2.829 9、2.596 0、2.422 2、2.376 1、2.207 8、2.078 0、
1.717 9 分别与硫化铅的（111）、（112）、（121）、（121）、
（103）、（031）、（200）、（213）晶面相对应。
由图 4 可知，以 DNA 为模板可以合成单斜晶系
结构硫化银，并且未出现其他的杂质峰，产物里未
其他晶体存在。产物的 X 射线衍射峰呈现明显的宽
化现象，表明所得样品的粒径较小。
利用 Jade 软件精修计算得到该样品的晶格参数
如表 2 所示。
表 2 不同浓度 DNA模板制备的硫化银的晶格参数
Ag2S a（nm） b（nm） c（nm） V（nm3）
标准 4.229 6.931 7.862 227.2
样品A 4.22563 6.92816 7.83801 226.17
样品B 4.18329 6.90605 7.90418 225.34
样品C 4.2053 6.91371 7.83717 224.45
2.4 FTIR分析
从图 5 中可以看出 DNA 在 1 541 cm-1 处有吸收
峰，而两个浓度的 DNA-Ag2S 样品的吸收峰分别在
1 579 cm-1 和 1 645 cm-1 处。1 541 cm-1 对应的是 DNA
的碱基上 N 原子的振动信息。样品的峰值发生了明
显位移，说明 DNA 与银离子混合后，银离子可以与
碱基上的 N 原子发生结合，形成络合物，硫化银晶
粒形成后依然没有脱离 N 原子的束缚，与 DNA 碱
基上的N原子吸附的银离子已经转变为硫化银结晶。
3 讨论
本试验以不同浓度 DNA 为模板制备了不同大小
的硫化银纳米结构材料，得到了硫化银纳米材料的
新型形貌，通过琼脂糖电泳、XRD、FTIR 和 FESEM
等现代分析手段对样品进行了表征分析。
从试验结论推测出其纳米结构的生长机理 ：第
一步，Ag+ 吸附到 DNA 磷酸骨架上形成 Ag+-DNA
络合物。通过将混合物静置 24 h，以确保充分形成
Ag+-DNA 络合物，并使之同 Ag+ 之间保持良好的动
态平衡。第二步，加入硫代乙酰胺（TAA），且缓慢
低温加热。目的是在该过程中使 S2- 缓缓地从 TAA
中释放出来，并与溶液中的 Ag+-DNA 发生反应生成
PbS 具体反应式如下 :
a. 鱼精 DNA 粉末 ；b. DNA 浓度为 1 mg/mL ；c. DNA 浓度为 2 mg/mL
图 5 不同浓度 DNA模板制备的硫化银的红外光谱图
第三步，Ag2S 晶核沿着 DNA 可控地连续生长。
电泳的结果分析表明，DNA 分子与 Ag+ 在静置
过程中结合，形成了络合物，DNA 浓度决定其银离
子吸附量的多少，DNA 与银离子的吸附不均匀，不
完全。
对样品进行 SEM 分析表明，以鱼精 DNA 为模
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2012年第3期200
板制备了硫化银纳米颗粒，并通过空白对照证明，
DNA 作为模板能够控制硫化银的纳米结构的合成。
随着 DNA 浓度的改变，合成的纳米硫化银的颗粒大
小也随之改变。
通过 XRD 分析，证明所制备的硫化银均属于单
斜晶系，产物成分均一，几乎没有其他的杂质，并
且产物的颗粒较小。
FTIR 分析表明，所制备的产物是 DNA/ 硫化银
纳米复合结构体，硫化银晶粒形成后依然没有脱离
N 原子的束缚，与 DNA 碱基上的 N 原子吸附的银离
子转变为了硫化银结晶。
试验说明利用生物大分子为模板控制合成不同
形貌的硫化银纳米材料及其性质的研究，将是一个
重要而又新颖的研究课题。
4 结论
本研究说明可以利用生物大分子 DNA 为模板，
硫代乙酰胺和硝酸盐为原料，控制合成颗粒状的硫
化银纳米材料，为进一步利用生物大分子控制合成
多种不同形貌的纳米硫化物材料提供参考。
参 考 文 献
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（责任编辑 马鑫）