CN102249291B

CN102249291B - 基于羊抗人抗体为软模板控制合成纳米粒子硫化汞的方法

Info

Publication number: CN102249291B
Application number: CN 201110085478
Authority: CN
Inventors: 吕弋; 刘星; 宋红杰; 刘睿; 蔡苹杨
Original assignee: Sichuan University
Current assignee: Sichuan University
Priority date: 2011-04-07
Filing date: 2011-04-07
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2031-04-07
Also published as: CN102249291A

Abstract

本发明提供了一种基于羊抗人抗体为软模板控制合成纳米粒子硫化汞的制备方法，属于硫化汞的合成和纳米材料技术领域。这种合成方法具有非常多的优点：首先，发生反应的条件非常温和；其次，模板控制法合成的纳米粒子粒径均一、分散性好、克服了传统方法的不足；另外，这种利用生物分子作为模板合成的材料生物相容性非常好，表面直接包被的蛋白质分子可与其他生物分子相互作用，能够应用于生物标记、生物成像分析等，在生物矿化方面有绝对的优势；最后，这种方法具有通用性，利用蛋白质分子为模板可以控制合成其他化合物如硫化锌、硫化银、硫化镉、硫化铅、硫化铜等等。是一种非常有效的控制纳米粒子合成的方法。

Description

基于羊抗人抗体为软模板控制合成纳米粒子硫化汞的方法

技术领域

本发明涉及一种纳米粒子硫化汞的制备方法，属于纳米材料硫化汞的合成和应用领域，具体是一种基于羊抗人抗体为软模板控制合成纳米材料硫化汞的方法。

背景技术

近年来，半导体纳米材料的研究已经引起了各领域的关注。这是因为与其他材料相比，半导体纳米材料在光学、电学、磁学和化学性质等方面具有一定的特性（Fan H. J., Knez M., Scholz R., Nielsch K., Pippel E., Hesse D., Zacharias M., Gösele U. Nat. Mater. 2006, 5(8):627–631; Liu Z. P., Liang J. B., Xu D., Lu J., Qian Y. T. Chem. Commun. 2004, 23:2724; Yang L., Xing R. M., Shen Q. M., Jiang K., Ye F., Wang J. Y., Ren Q. S. J. Phys. Chem. B 2006, 110:10534–10539.）。因此在未来的电子、生物、涂料、制药等众多行业中有着广阔的应用前景。目前有关Ⅱ-Ⅵ族纳米材料的研究主要是针对硫化锌、硫化镉、硫化铅等化合物（Ma Y. R., Qi L. M., Ma J. M., et al. Langmuir 2003, 19:9079–9085; Zhang X. J., Xie Y., Zhao Q. R., et al. New. J. Chem. 2003, 27, 827–830.）。由于汞的毒性和合成上的一些困难，有关硫化汞化合物半导体纳米材料研究的报道比较少。

传统的制备纳米硫化汞的方法主要有为机械粉碎法、液相沉积法、激光气相沉积法、溶胶—凝胶法、蒸发冷凝法、溶剂热合成法、辐射合成法、微乳液合成法等（Zhu J. J., Liu S. W., Palchik O. et al. J. Solid State Chem. 2000, 153, 342; Zeng J. H., Yang J., Qian Y. T. Mater. Res. Bull. 2001, 36, 343; Li Y. D., Ding Y., Liao H. W., et al. J. Phys. Chem. Solids 1999, 60, 965; Weiedemeier H., Ge Y. R., Huthins M. A., et al. J. Crystal. Growth 1995, 146: 610–618; 郭学锋，丁维平，颜其洁，无机化学学报，2000，16(3):527–530；Ghezelbash A., Korgel B. A. Langmuir 2005, 21:9451–9456; Lee S. M., Jun Y. W., Cho S. N., Cheon J. Am. J. Chem. Soc. 2002, 124:11244–11245; Ma Y., Qi L., Ma J., Cheng H., Shen W. Langmuir 2003, 19:9079–9085; Tran D. T. T., Beltran L. M. C., Kowalchuk C. M., Treﬁak N. R., Taylor N. J., Corrigan J. F. Inorg . Chem. 2002, 41:5693–5698.）。这些反应通常需要的温度比较高，操作复杂，且一般需要使用剧毒的单质汞，给操作者带来危险。由于汞离子和硫离子反应非常迅速不易控制，所得产物往往超出纳米范围, 容易发生粒子的团聚导致分散性不好。这些使纳米硫化汞的应用受到了限制。因此，如何在常温下利用简易的操作得到纳米粒子硫化汞，是一项很有意义且极富挑战性的研究工作。

近年来模板法制备纳米材料引起了广泛的重视。它可基于模板的空间限域作用和模板剂的调控作用对合成材料的大小、形貌、结构、排布等进行控制。模板法根据其模板自身的特点和限域能力的不同又可分为软模板和硬模板两种。硬模板主要是指一些具有相对刚性结构的模板，如阳极氧化铝膜、多孔硅、分子筛、胶态晶体、碳纳米管等。软模板则主要包括两亲分子形成的各种有序聚合物，如液晶、胶团、微乳状液、囊泡、膜、自组装膜以及高分子的自组织结构和生物大分子等 (Li Y., Xu D., Zhang Q., Yu D., Xu Y., Huang H., Guo G., Gu Z. Chem. Mater. 1999,11(12),3433; 李凌杰，李荻，张胜涛，雷惊雷，功能材料，2002，33 (2); Yang L., Zhang X. Y., Liao Z. J., Guo Y. M., Hu Z. G., Cao Y. J. Inorg . Biochem. 2003, 97: 377–383.)。其中，生物模板合成纳米材料是指以具有特定结构的生物组织和大分子为模板，利用生物自组装及其空间限域效应，通过物理、化学等方法按照设计要求形成新的纳米材料或纳米结构。有许多生物结构单元在纳米范围，例如蛋白质分子。它的三维空间结构对于纳米材料的形貌起至关重要的作用。当蛋白质折叠时，内部会形成一些孔隙，金属离子可以通过蛋白质分子上的-SH，-OH，-NH₂等功能团在特定的位置聚集，形成核位点。S^2-想要和金属离子发生反应，必须先扩散至金属离子的成核位点，由于S^2-的不断进入而反应生成硫化物粒子。而蛋白质的存在又限制了硫离子的扩散速度，同时把生成的粒子包裹在蛋白质的空间结构中，从而使整个反应体系处于稳定状态。由此合成了蛋白质-无机纳米粒子复合材料。

发明内容

本发明的目的是解决传统合成硫化汞方法中实验条件苛刻、操作复杂、分散性不好、容易团聚等缺陷，提供一种利用抗体为软模板控制合成球状纳米粒子硫化汞的简易制备方法。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

表面修饰抗体的纳米粒子硫化汞的制备方法：在制备的过程中，加入蛋白质羊抗人抗体配置的水溶液于250 mL三颈瓶中，然后加入醋酸汞配成的水溶液作为汞离子的来源，在氮气的保护下匀速搅拌8个小时，反应温度为常温20℃。然后加入硫代乙酰胺水溶液作为硫离子的来源，溶液立即从无色变成黄色，搅拌20分钟后，溶液成为稳定体系。在常温下静置48个小时，即可得到粒径均一的纳米粒子硫化汞。将反应得到的产物用高速离心机高速离心30分钟，用去离子水洗涤三次得到纯净的纳米粒子硫化汞。保存在4℃条件中以备后用。

本发明具有以下有益效果：

a) 本发明所制备的纳米材料硫化汞具有良好的分散性、稳定性，静置几个月不沉降，不产生团聚现象。

b) 本发明所采用的模板为蛋白质抗体，无毒无害，是一种绿色的生物模板试剂，且通过表面修饰有抗体的纳米粒子生物相容性好，可应用于生物标记免疫分析中检测抗原的含量，生物成像分析等。

c) 本发明所采用的制备方法条件温和、成本低、操作简单、在常温常压下、中性pH条件下即可发生反应、产物形貌可控、且粒度均匀、不易团聚、不需要另外加入有机稳定剂/分散剂，有利于纳米粒子在生物标记的广泛应用。克服了传统的合成标记物和标记过程中的反应复杂，时间长，需要试剂多，偶联效率不高等缺点，在生物矿化方面有绝对的优势。

d) 由于本发明具有通用性，利用蛋白质分子为模板可以控制合成其他化合物如硫化锌、硫化银、硫化镉、硫化铅、硫化铜等等。是一种非常有效的控制纳米粒子合成的方法。

附图说明

图 1A 所示产物的高分辨透射电子显微镜（HRTEM）照片。从图中数据分析得出晶面间距为0.335 nm，与HgS六方晶体中（1 0 1）晶面的晶面间距相吻合。

图1B和图1C显示所得产物的透射电子显微镜（TEM）照片。从图中可以看出，以羊抗人抗体为模板制得的HgS纳米晶为近球形，平均粒径为15-20 nm且分散性很好。

图1D为产物的选区电子衍射（SAED）图。图中三个衍射环经过与X射线衍射（XRD）标准卡对比，与HgS六方晶体中（1 0 1），（1 1 0），（2 0 1）晶面相吻合。

图2为产物的紫外可见吸收光谱图和荧光光谱图。(a) 表示表面修饰羊抗人抗体的纳米粒子硫化汞的紫外可见吸收光谱图；(b) 表示羊抗人抗体的紫外可见吸收光谱图；(c) 表示表面修饰羊抗人抗体的纳米粒子硫化汞的荧光光谱图；(d) 表示羊抗人抗体的荧光光谱图。

图3为电子能谱的数据分析。(a) 表示羊抗人抗体的电子能谱分析，主要元素成分为碳和氮；(b) 表示硫化汞纳米粒子的电子能谱分析，主要成分为汞和硫元素。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明所述基于羊抗人抗体为软模板控制合成纳米粒子硫化汞的制备方法作进一步说明。本实施例在以本发明方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。

实施例1：

在制备的过程中，加入5 mg羊抗人抗体配成150 mL的水溶液于250 mL三颈瓶中，然后加入8 mg醋酸汞配成的50 mL水溶液，在氮气的保护下匀速搅拌8个小时，反应温度为常温20℃。然后加入50 mL 0.04 mg mL ^– ¹的硫代乙酰胺水溶液，溶液立即从无色变成黄色。搅拌20分钟后，在常温下静置48个小时，将反应得到的产物用高速离心机18500转/分，离心30分钟，用去离子水洗涤三次得到纯净的纳米粒子硫化汞。保存在4℃条件中以备后用。

实施例2:

在制备的过程中，加入5 mg羊抗人抗体配成150 mL的水溶液于250 mL三颈瓶中，然后加入8 mg醋酸汞配成的50 mL水溶液，在氮气的保护下匀速搅拌8个小时，用冰浴使反应温度为4℃。然后加入50 mL 0.04 mg mL ^– ¹的硫代乙酰胺水溶液，溶液立即从无色变成黄色。搅拌20分钟后，在常温下静置48个小时，将反应得到的产物用高速离心机18500转/分，离心30分钟，用去离子水洗涤三次得到纯净的纳米粒子硫化汞。保存在4℃条件中以备后用。

实施例3:

在制备的过程中，加入5 mg羊抗人抗体配成150 mL的PBS缓冲溶液于250 mL三颈瓶中，然后加入8 mg醋酸汞配成的50 mL水溶液，在氮气的保护下匀速搅拌8个小时，反应温度为常温20℃。然后加入50 mL 0.04 mg mL ^– ¹的硫代乙酰胺水溶液，溶液立即从无色变成黄色。搅拌20分钟后，在常温下静置48个小时，将反应得到的产物用高速离心机18500转/分，离心30分钟，用去离子水洗涤三次得到纯净的纳米粒子硫化汞。保存在4℃条件中以备后用。

实施例4:

在制备的过程中，加入5 mg羊抗人抗体配成150 mL的水溶液于250 mL三颈瓶中，然后加入0.5, 1, 2, 5, 8, 10, 20, 50 mg醋酸汞配成的50 mL水溶液，在氮气的保护下匀速搅拌8个小时，反应温度为常温20℃。然后加入50 mL 0.04 mg mL ^– ¹的硫代乙酰胺水溶液，溶液立即从无色变成黄色。搅拌20分钟后，在常温下静置48个小时，将反应得到的产物用高速离心机18500转/分，离心30分钟，用去离子水洗涤三次得到纯净的纳米粒子硫化汞。保存在4℃条件中以备后用。

实施例5:

在制备的过程中，加入5 mg羊抗人抗体配成150 mL的水溶液于250 mL三颈瓶中，然后加入8 mg醋酸汞配成的50 mL水溶液，用盐酸和氢氧化钠溶液分别调节pH为3, 5, 7, 9, 11, 13，在氮气的保护下匀速搅拌8个小时，反应温度为常温20℃。然后加入50 mL 0.04 mg mL ^– ¹的硫代乙酰胺水溶液，溶液立即从无色变成黄色。搅拌20分钟后，在常温下静置48个小时，将反应得到的产物用高速离心机18500转/分，离心30分钟，用去离子水洗涤三次得到纯净的纳米粒子硫化汞。保存在4℃条件中以备后用。

实施例6:

在多孔板中加入2 微克兔抗人溶液4℃过夜。用350微升PBST洗涤三次；加入3% 牛血清蛋白37℃孵育一小时，用350微升PBST洗涤三次；加入免疫球蛋白0.001微克，0.01

微克，0.1微克，1微克，10微克 37℃孵育一小时，用350微升PBST洗涤三次；加入上述制备的表面修饰羊抗人的硫化汞溶液100微升37℃孵育一小时，用350微升PBST洗涤三次，用350微升去离子水洗三次；每孔加入20% 王水200微升，移入10 毫升 5% 盐酸中，用原子荧光光谱仪进行测定汞离子的信号。

Claims

1.一种基于羊抗人抗体为软模板控制合成纳米粒子硫化汞的制备方法，其特征在于：以抗体为模板，先加入汞离子，形成蛋白质与汞离子结合的复合物，再加入硫离子，硫离子与蛋白质分子上的汞离子结合形成表面修饰羊抗人抗体的硫化汞纳米粒子。

2.根据权利要求1所述的基于羊抗人抗体为软模板控制合成纳米粒子硫化汞的制备方法，其特征是：所合成的表面含有羊抗人抗体的纳米粒子硫化汞可用于免疫分析中的标记物，从而应用到生物领域中。

3.根据权利要求1所述的基于羊抗人抗体为软模板控制合成纳米粒子硫化汞的制备方法，其特征是：采用汞离子的来源为醋酸汞、硝酸汞、氯酸汞中的一种。

4.根据权利要求1所述的基于羊抗人抗体为软模板控制合成纳米粒子硫化汞的制备方法，其特征是：采用硫离子的来源为硫代乙酰胺溶液。

5.根据权利要求1所述的基于羊抗人抗体为软模板控制合成纳米粒子硫化汞的制备方法，其特征是：所得产物用高速离心机分离没有反应的蛋白质与纳米粒子硫化汞，在转速大于等于18500转/分下离心30分钟，用去离子水洗三次得到纯净的复合物。

6.根据权利要求1所述的基于羊抗人抗体为软模板控制合成纳米粒子硫化汞的制备方法，其特征是：所得材料不需要调节pH，不需要使用别的稳定剂，只在蛋白质分子作用下就可以形成稳定体系。