CN103469331A

CN103469331A - 一种基于氨基酸与金属杂化的纳米线及其制备方法

Info

Publication number: CN103469331A
Application number: CN2013103897781A
Authority: CN
Inventors: 池毓务; 陈文娟; 郑立炎; 苏爱珠; 黄建凡
Original assignee: FUZHOU MAIKE NANUO BIOTECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: FUZHOU MAIKE NANUO BIOTECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-09-02
Filing date: 2013-09-02
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2033-09-02
Also published as: CN103469331B

Abstract

本发明公开了一种基于氨基酸与金属杂化的纳米线及其制备方法，将氨基酸与金属的可溶性盐加入到蒸馏水中，常温搅拌使之溶解、混合均匀，加入碱使溶液呈弱碱性；继续搅拌溶液至大量絮状沉淀析出，离心、洗涤、干燥，即得氨基酸与银杂化的纳米线。本发明的制备工艺简单，制得的纳米线的直径为20-100nm、长度为10-900微米，内部含有大量的金属离子，表面有大量的氨基酸残基，具有类蛋白质的结构及反应性，既可作为各种生物分子的载体，又可作为抗原抗体等生物分子的标记物。该类蛋白质纳米线有望在生物医药、免疫分析、生物传感等领域有广阔的应用前景。

Description

一种基于氨基酸与金属杂化的纳米线及其制备方法

技术领域

本发明属于生物材料领域，具体涉及一种基于氨基酸与金属杂化的纳米线及其制备方法。

背景技术

有机无机杂化材料是近年20年来兴起的一种新型材料，它们通过化学和物理相互把功能化有机组分与无机组分结合到特殊材料中，有机无机杂化材料重要的分支之一是金属有机杂化材料，它们是通过无机团簇与各种有机交联剂之间的强的键合作用构建成。由于有机－无机杂化容易合成、品种繁多、性质各异，使有机无机杂化材料的应用已经渗透到各个科学领域，例如用应用于气体存储、催化、电池、电子与光学器件、分子识别与传感、分离科学生物学等领域。有机无机杂化材料的性质不仅依赖于它们的化学组成、晶体结构，还受材料的尺寸、表面化学及形貌的影响。众所周知，纳米材料通常能比普通材料提供更大的比表面积，并提供与纳米结构密切关系的许多有趣与新的现象。事实上，随着人们对纳米科学与纳米器件越来越多的需求，在纳米尺度上控制晶体的生长得到很大关注。尤其是一维纳米材料如纳米棒，纳米线，纳米纤维，纳米带和纳米管，不仅材料小，而且有许多优良的特性，如高效传递电子或激子、或有良好的吸附与负载功能，和容易层层组装的特点，受到人们越来越多的关注。基于金属－有机杂化纳米材料快速发展技术背景下，我们采用金属－有机杂化技术应用于合成一种新的，生物兼容性良好，具有类似蛋白的结构和性质纳米线材料。众所周知，蛋白质是重要的生物大分子，它由氨基酸单元通过肽键聚合而成，它的两端有游离的氨基与羧基，是构成生命的重要物质，也是负载和运输其它生物大分子，如DNA，RNA，酶，抗原、抗体，以及生物小分子等重要物质。但是由氨基酸单元合成蛋白质通常很困难，因此目前蛋白质多采用提取的办法。因此本发明利用金属离子与有机物配体之间容易形成的配位作用来取代难以形成的肽键，把氨基酸单元连接起来，形成类似蛋白质结构与性质的纳米线。用金属有机作用构建类蛋白质结构纳米线还没见相关论文或专利报道。该类蛋白质纳米线表面有大量游离氨基酸残基，且生物兼容性好，有望在生物医药、免疫分析、生物传感等领域有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于氨基酸与金属杂化的纳米线及其制备方法，操作简单、成本相对低廉，制备的类蛋白纳米线生物兼容性好、纳米线内部有大量金属离子可用于生物标记，表面富含游离的氨基酸基团，可用于固定生物分子。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于氨基酸与金属杂化的纳米线的制备方法包括以下步骤：

（1）将氨基酸与金属的可溶性盐加入到蒸馏水中，常温搅拌使之溶解、混合均匀，加入碱使溶液弱碱性；

（2）继续搅拌步骤（1）的溶液至大量絮状沉淀析出，离心、洗涤、干燥，即得氨基酸与金属杂化的纳米线。

反应溶液中氨基酸的浓度为0.0001-2 mol/L，金属的可溶性盐的浓度为0.0001-2 mol/L。

所述的氨基酸为半胱氨酸、组氨酸、色氨酸、酪氨酸或其衍生物。

所述的金属为银、铜、金、铂、锌、铁、钛、镉、铅中的一种。

所述的碱为氢氧化钠，步骤（2）的反应溶液的pH值为9.0。

如上所述的方法制得的氨基酸与金属杂化的纳米线的直径为20-100 nm、长度为10-900微米。

纳米线内部含有大量的金属离子。

纳米线表面有大量的氨基酸残基。

本发明的显著优点在于：

本发明采用价格相对低廉的氨基酸、金属可溶解性盐和碱作为原料，通过金属离子和氨基酸间的共价、静电与配位作用，各个氨基酸连接成类似肽链的结构，并通过链间的分子间脱水聚合，形成类蛋白质的纳米线结构。所制得的纳米线具有类似蛋白质的结构和反应性，并同时含有可作为标记的金属离子。合成过程简单，不需要催化剂和升温加热；并且使用后降解回收容易。

本发明具有原料相对价廉、易得、生产工艺简单、简便且产率高等特点。所制得的纳米线具有良好的亲水性，在溶液pH4.0-9.0范围内，能在水中均匀分散，并稳定存在。

附图说明

图1为半胱氨酸与银杂化的纳米线的场发射扫描和透射电镜图，其中：（A）低放大倍率扫描电镜图片；（B）高放大倍率的扫描电镜图片；（C）低放大倍率透射电镜图片；（D）高放大倍率的透射电镜图片。

图2为半胱氨酸与银杂化的纳米线的红外吸收谱图。

图3为半胱氨酸与银杂化的纳米线的光电子能谱图。

图4（A）为半胱氨酸与银杂化的纳米线的与吲三酮颜色反应实验，其中（1）为未加吲三酮的纳米线水溶液；（2）－（6）不同浓度的纳米线加入同样量的吲三酮；（7）氨基酸（半胱胺酸）与吲三酮。（B）在催化剂EDC－NHS存在下，纳米线与有荧光标记的蛋白（牛血清白蛋白）作用后的荧光显微镜图片；（C）在催化剂EDC－NHS存在下，纳米线与不含荧光标记蛋白的水溶液作用。

具体实施方式

实施例1

0.1mol/L AgNO₃和0.2 mol/L半胱氨酸一同加入到10 mL的水溶液中，在充分搅拌过程中加入NaOH，使溶液的pH为9.0，得到澄清水溶液，继续搅拌约2分钟，即出现絮状沉淀。大量沉淀出现后，继续搅拌溶液24小时老化沉淀。随后白色悬浊液装入离心管，用离心机把沉淀与反应液分开，经多次二次蒸馏水洗涤和离心，获得干净的沉淀。在60℃下真空干燥，即获得半胱氨酸与银杂化的纳米线。

扫描电镜（图1A和1B）)和透射电镜数据（图1C和1D）本发明方法中所制得的类蛋白纳米线为直径小于100 nm、长度为微米级、形貌均一的纳米线。红外数据（图2）表明，该类蛋白纳米线与其前驱体半胱氨酸一样，含有–COO^-, －CH, －CH₂ and C-S等基团的吸收，但对应S－H的2553 cm^-1吸收消失，说明－S－H可能被－S－Ag取代；在3409 cm^-1有一个宽的酰胺CON－R吸收，以及在1610-1690 cm^-1（对应于C＝O），1500-1600 cm^-1 （对应于N－H和C—N）表明纳米线含丰富有肽键，可能由两个氨基酸之间通过分子间脱水形成；另外在2084 cm^-1有一个较弱的吸收（对应于－NH₃ ⁺），明显低于前驱体半胱氨酸。综上所述，可知纳米线中含有大量的Ag+离子 (或Ag-S)、大量的肽键、以及含有相当数量的游离氨酸残基（－COO^－和－NH₃ ⁺）。类蛋白纳米线的Ag、S、C、N元素的光电子能谱（图3）表明纳米线含有Ag、S、C、N等元素，其中Ag和S原子数之比为1：1，表明纳米线中一分子半胱氨酸结合一个Ag离子。与吲三酮的颜色反应（图4A）表明，纳米线表面含有大量游离的氨基酸。图4B所制备纳米在催化剂EDC-NHS的存在下与荧光标记牛血清白蛋白相互作用的显微镜照片，图4C为空白对照（即无牛血清白蛋白），有牛血清白蛋白时，类蛋白纳米线有很强的荧光，表明蛋白质能很容易负载到本发明所制备的纳米线上。

实施例2

0.1mol/L CuNO₃和0.1 mol/L 组氨酸一同加入到10 mL的水溶液中，在充分搅拌过程中加入碱，使溶液的pH为10.0左右，继续搅拌溶液，至产生絮状沉淀。大量沉淀出现后，继续搅拌溶液24小时老化沉淀。随后悬浊液装入离心管，用离心机把沉淀与反应液分开，经多次二次蒸馏水洗涤和离心，获得净化后的沉淀。在60℃下真空干燥，即获得组氨酸铜杂化纳米线。

实施例3

0.2mol/L ZnNO₃和0.2 mol/L色氨酸一同加入到10 mL的水溶液中，在充分搅拌过程中加入碱，使溶液的pH为9.0左右，继续搅拌溶液，至产生絮状沉淀。大量沉淀出现后，继续搅拌溶液24小时老化沉淀。随后白色悬浊液装入离心管，用离心机把白色沉淀与反应液分开，经多次二次蒸馏水洗涤和离心，获得干净的白色沉淀。在60℃下真空干燥，即获得色氨酸锌杂化纳米线。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种基于氨基酸与金属杂化的纳米线的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）将氨基酸与金属的可溶性盐加入到蒸馏水中，常温搅拌使之溶解、混合均匀，加入碱使溶液呈弱碱性；

2.根据权利要求1所述的基于氨基酸与金属杂化的纳米线的制备方法，其特征在于：反应溶液中氨基酸的浓度为0.0001-2 mol/L，金属的可溶性盐的浓度为0.0001-2 mol/L。

3.根据权利要求1所述的基于氨基酸与金属杂化的纳米线的制备方法，其特征在于：所述的氨基酸为半胱氨酸、组氨酸、色氨酸、酪氨酸或其衍生物。

4.根据权利要求1所述的基于氨基酸与金属杂化的纳米线的制备方法，其特征在于：所述的金属为银、铜、金、铂、锌、铁、钛、镉、铅中的一种。

5.一种如权利要求1所述的方法制得的基于氨基酸与金属杂化的纳米线的制备方法，其特征在于：纳米线的直径为20-100 nm、长度为10-900微米。

6.根据权利要求5所述的基于氨基酸与金属杂化的纳米线的制备方法，其特征在于：纳米线内部含有大量的金属离子。

7.根据权利要求5所述的基于氨基酸与金属杂化的纳米线的制备方法，其特征在于：纳米线表面有大量的氨基酸残基。