CN104858445A - 等离子激元棒球“玉米”结构的可控组装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了等离子激元棒球“玉米”结构的可控组装方法。将Au、Ag、Cu等贵金属纳米棒与现合成的小分子通过与S的共价结合修饰上strepavidin，在Au、Ag、Cu等贵金属纳米颗粒表面通过肽链修饰上biotin，最后通过链霉亲和素和生物素特异性反应，调节反应用量、反应时间、反应条件等可将纳米棒和纳米颗粒定向组装。透射电子显微镜表征结果表明Au、Ag、Cu等贵金属纳米棒和纳米颗粒组装成“玉米”状结构，且形状均一，分散性好；紫外-可见吸收光谱表明该等离子激元棒球“玉米”结构的表面等离子峰位于近红外区域。组装后的纳米颗粒能协同Au、Ag、Cu等贵金属纳米棒和纳米颗粒的优良性质，在拉曼成像、光声成像、光动力治疗等方面具有更广泛的应用前景。
Description
本发明具体涉及等离子激元棒球“玉米”结构的可控组装方法，属于纳米材料领域。
背景技术
贵金属纳米颗粒(Au、Ag、Cu等)表现出独特且强烈的等离子体共振光谱吸收带，通常情况下这个吸收带在普通金属的光谱中是不存在的。因此人们常常利用贵金属纳米颗粒的表面等离子共振光谱直接观察单个金纳米颗粒表面的电荷分布改变，进而监测化学反应、吸附、表面沉积等动力学过程。近年来，对于贵金属纳米材料的研究取得了长足的进步，其中研究最为广泛是金纳米棒和金纳米颗粒。金纳米棒具有独特的表面等离子体共振特性、良好的稳定性、特有的各向异性和生物相容性等特点，是一种优异的贵金属纳米材料，因而在生物传感、医学成像、癌症治疗、药物传输以及光电子器件开发等生物医学领域引起了广泛关注。
生物素－亲合素系统(Biotin-Avidin—System，BAS)是70年代末发展起来的一种新型生物反应放大系统。随着各种生物素衍生物的问世，BAS很快被广泛应用于医学各领域。近年大量研究证实，生物素—亲合素系统几乎可与目前研究成功的各种标记物结合。生物素与亲和素之间高亲合力的牢固结合以及多级放大效应，使BAS免疫标记和有关示踪分析更加灵敏。它已成为目前广泛用于微量抗原、抗体定性、定量检测及定位观察研究的新技术。
目前，关于金纳米棒的研究越来多，然而，要将金纳米棒在生物医学领域实现实际的应用，需要进一步将金纳米棒进行一维(1D)、二维(2D)或三维(3D)的有序组装，构建出功能化的纳米组装体。金纳米棒的可控、有序自组装已经成为贵金属纳米材料研究的热点之一，而且也将成为未来纳米材料发展的重要方向之一。目前研究最多的是关于金纳米棒与金纳米棒的自组装，相比而言，将金纳米棒与金纳米颗粒进行组装，可以协同金纳米棒和金纳米颗粒的优良性质，放大它们的应用。金纳米棒和金纳米颗粒的组装可以通过静电作用或共价偶联；通过核酸分子的杂交；通过抗体和抗原的相互识别作用；通过链霉亲和素和生物素特异性识别等。链霉亲和素和生物素反应是一种生物识别反应，生物素与亲和素间的作用是目前已知强度最高的非共价作用，亲和常数(K)为1015mol/L，比抗原与抗体间的亲和力至少高1万倍。相比于其他组装方法，链霉亲和素和生物素特异性识别具有高度特异性，高度灵敏性，稳定性好，不受试剂浓度、PH环境、抑或蛋白变性剂等有机溶剂影响等优点，所以通过链霉亲和素和生物素特异性识别可以将金纳米棒和金纳米颗粒定向组装成特定的结构。
发明内容
本发明在于提供一种等离子激元棒球“玉米”结构的可控组装方法。
本发明技术方案如下：
1、等离子激元棒球“玉米”结构的可控组装方法，采取以下步骤进行组装：
步骤1.制备金纳米棒溶液：
(1).金纳米棒的合成：在烧杯中加入40mL 0.1M十六烷基三甲基溴化铵溶液、2.0mL0.01M HAuCl4溶液和50μL～500μL 0.01MAgNO3溶液，缓慢搅拌使其混合均匀；然后加入1M盐酸至pH为1～2；之后加入100μL～500μL 0.01M还原剂抗坏血酸AA，搅拌均匀后，加入50μL～500μL现制备的稀释5倍的3～5nm金种子溶液，搅拌2min后，室温静置2～12h；
(2).将上述(1)得到的金纳米棒进行离心纯化：首先，用低速进行离心，弃掉下层的大颗粒得到上清液；然后进行高速离心，留下层沉淀，最后，加入超纯水至原来体积；
步骤2.制备金纳米颗粒溶液:
50mL 0.001～0.1％的氯金酸在150℃油浴锅中煮沸，加入5mL 40mM的柠檬酸钠溶液，煮沸，大力搅拌15min，关闭热源，再大力搅拌15min后，放置室温冷却；
步骤3.小分子的合成：
取300uL的在100uL 50mM NHS和100uL 20mM EDC的共同作用下活化30min后，再加入1000uL 30mM的strepavidin，28℃下震荡反应2～12h；
步骤4.金纳米棒的表面修饰：
取2mL步骤1中制备的金纳米棒溶液离心去除CTAB后，加入200uL步骤3中合成的小分子溶液，室温下轻微震荡反应2～12h，反应后离心去除上清液，沉淀加500uL超纯水溶解；
步骤5.金纳米颗粒的表面修饰:
(1).取步骤2中制备的金纳米颗粒1.5mL，加入150uL的一端用biotin修饰另一端是含有巯基氨基酸的肽链0.01g/mL，28℃下震荡反应2～12h；
(2).反应结束后，离心去除上清液，沉淀加1mL超纯水溶解；再加入1mL 2uM BSA，28℃下震荡反应0.5～10h；
(3).反应后，离心去除上清液，沉淀加1mL超纯水溶解；
步骤6.金纳米棒和金纳米颗粒表面修饰后进行组装：
取步骤5中表面修饰好的金纳米颗粒1mL于玻璃瓶中，再往玻璃瓶里一滴一滴慢慢加入步骤4中表面修饰好的金纳米棒0.5mL，滴加完后置于4℃冰箱中静置过夜。
2、由附图1紫外-吸收光谱图表明该等离子激元棒球“玉米”结构的表面等离子峰位于近红外区域。
3、步骤1中制备的金纳米棒，其直径为20～40nm，长度为60～90nm。
4、步骤2中制备的金纳米颗粒的大小为15～30nm。
5、步骤3中合成的小分子中n为1～15，并且与strepavidin用量的比例为1：1～1：10。
6、步骤5中所用肽链为一端用biotin修饰另一端是巯基氨基酸，中间为不含巯基氨基酸的肽链，氨基酸个数为5～25。
7、用此方法不仅可以将金纳米棒和金纳米颗粒进行组装，Ag、Cu等贵金属纳米棒和纳米颗粒都可以用此方法组装成等离子激元棒球“玉米”结构。
有益效果
本发明提供了等离子激元棒球“玉米”结构的可控组装方法，通过链霉亲和素和生物素特异性识别反应进行可控组装。通过调节反应用量、反应时间、反应条件等可以将贵金属纳米棒和贵金属纳米颗粒(Au、Ag、Cu等)组装成“玉米”结构。组装过程在液体环境中进行，条件简单温和，操作方法安全简便，并能快速的实现等离子激元棒球“玉米”结构的可控组装，在一定时间内就能生成大规模的组装产物。本发明中组装后的纳米颗粒稳定、形状均一、分散性好。并且组装后的纳米颗粒能协同贵金属纳米棒与贵金属纳米颗粒(Au、Ag、Cu等)的优良性质，相比于单独的贵金属纳米棒和贵金属纳米颗粒(Au、Ag、Cu等)，组装后的纳米颗粒在拉曼成像、光声成像、光动力治疗等方面具有更广泛的应用前景。
附图说明
图1是本发明中金纳米棒跟金纳米颗粒组装前后的紫外-吸收光谱。
图2是本发明可控组装的离子激元棒球“玉米”结构的TEM图。
具体实施方式
实施例1
1.用晶种生长法合成直径为20～40nm，长度为60～90nm的金纳米棒；其特征在于采用如下方法制备得到:
步骤1.在烧杯中加入十六烷基三甲基溴化铵溶液(40mL，0.1M)、HAuCl4溶液(2.0mL，0.01M)和50μL～500μL AgNO3溶液(0.01M)，缓慢搅拌使其混合均匀；然后加入1M盐酸(100μL～1000μL)至pH为酸性；之后加入还原剂抗坏血酸AA(100μL～500μL，0.01M)，搅拌均匀后，加入50μL～500μL现制备的稀释5倍的3～5nm金种子溶液，搅拌2min后，室温静置2～12h。
步骤2.将上述(1)得到的金纳米棒进行离心纯化：首先，用低速进行离心，弃掉下层的大颗粒得到上清液；然后进行高速离心，留下层沉淀，最后，加入超纯水至原来体积。
2.用柠檬酸钠还原法合成15～25nm左右的金纳米颗粒：
50mL(0.001～0.1％)的氯金酸在150℃油浴锅中煮沸，加入5mL的柠檬酸钠溶液(40mM)，煮沸，大力搅拌15min，关闭热源，再大力搅拌15min后，放置室温冷却。
3.小分子的合成：
取300uL的在NHS 50uL(50mM)和50uL EDC(20mM)的共同作用下活化30min后，再加入600uL strepavidin(30mM)，28℃下震荡反应1h。
4.金纳米棒的表面修饰：
取2mL 1中制备的金纳米棒溶液离心去除CTAB后，加入2000uL 3中合成的小分子溶液，室温下轻微震荡反应0.5h，反应适当时间后离心去除多余的小分子，沉淀加500uL超纯水溶解。
5.金纳米颗粒的表面修饰:
步骤1.取2中制备的金纳米颗粒1.5mL，加入500uL的一端用biotin修饰另一端是含有巯基氨基酸的肽链(0.01g/mL)，28℃下震荡反应1h；
步骤2.反应适当时间后取出，离心去除上清液，沉淀加适量超纯水溶解；再加入过量的BSA(2uM)，22～35℃下震荡反应0.5h；
步骤3.反应后，离心去除多余的BSA，沉淀加1mL超纯水溶解。
6.金纳米棒和金纳米颗粒表面修饰后进行组装：
取5中表面修饰好的金纳米颗粒0.5mL于玻璃瓶中，再往玻璃瓶里一滴一滴慢慢加入4中表面修饰好的金纳米棒0.5mL，滴加完后置于4℃冰箱中静置过夜。
实施例2
1.用晶种生长法合成直径为20～40nm，长度为60～90nm的金纳米棒；其特征在于采用如下方法制备得到:
步骤1.在烧杯中加入十六烷基三甲基溴化铵溶液(40mL，0.1M)、HAuCl4溶液(2.0mL，0.01M)和50μL～500μL AgNO3溶液(0.01M)，缓慢搅拌使其混合均匀；然后加入1M盐酸(100μL～1000μL)至pH为酸性；之后加入还原剂抗坏血酸AA(100μL～500μL，0.01M)，搅拌均匀后，加入50μL～500μL现制备的稀释5倍的3～5nm金种子溶液，搅拌2min后，室温静置2～12h。
步骤2.将上述(1)得到的金纳米棒进行离心纯化：首先，用低速进行离心，弃掉下层的大颗粒得到上清液；然后进行高速离心，留下层沉淀，最后，加入超纯水至原来体积。
2.用柠檬酸钠还原法合成15～25nm左右的金纳米颗粒：
50mL(0.001～0.1％)的氯金酸在150℃油浴锅中煮沸，加入5mL的柠檬酸钠溶液(40mM)，煮沸，大力搅拌15min，关闭热源，再大力搅拌15min后，放置室温冷却。
3.小分子的合成：
取300uL的在150uL NHS(50mM)和150uL EDC(20mM)的共同作用下活化30min后，再加入1400uL的strepavidin(30mM)，28℃下震荡反应3h。
4.金纳米棒的表面修饰：
取2mL 1中制备的金纳米棒溶液离心去除CTAB后，加入1000uL 3中合成的小分子溶液，室温下轻微震荡反应6h，反应适当时间后离心去除多余的小分子，沉淀加500uL超纯水溶解。
5.金纳米颗粒的表面修饰:
步骤1.取2中制备的金纳米颗粒1.5mL，加入50uL的一端用biotin修饰另一端是含有巯基氨基酸的肽链(0.01g/mL)，28℃下震荡反应6h；
步骤2.反应适当时间后取出，离心去除上清液，沉淀加适量超纯水溶解；再加入过量的BSA(2uM)，22～35℃下震荡反应2h；
步骤3.反应后，离心去除多余的BSA，沉淀加1mL超纯水溶解。
6.金纳米棒和金纳米颗粒表面修饰后进行组装：
取5中表面修饰好的金纳米颗粒1mL于玻璃瓶中，再往玻璃瓶里一滴一滴慢慢加入4中表面修饰好的金纳米棒1mL，滴加完后置于4℃冰箱中静置过夜。
实施例3
1.用晶种生长法合成直径为20～40nm，长度为60～90nm的金纳米棒；其特征在于采用如下方法制备得到:
步骤1.在烧杯中加入十六烷基三甲基溴化铵溶液(40mL，0.1M)、HAuCl4溶液(2.0mL，0.01M)和50μL～500μL AgNO3溶液(0.01M)，缓慢搅拌使其混合均匀；然后加入1M盐酸(100μL～1000μL)至pH为酸性；之后加入还原剂抗坏血酸AA(100μL～500μL，0.01M)，搅拌均匀后，加入50μL～500μL现制备的稀释5倍的3～5nm金种子溶液，搅拌2min后，室温静置2～12h。
步骤2.将上述(1)得到的金纳米棒进行离心纯化：首先，用低速进行离心，弃掉下层的大颗粒得到上清液；然后进行高速离心，留下层沉淀，最后，加入超纯水至原来体积。
2.用柠檬酸钠还原法合成15～25nm左右的金纳米颗粒：
50mL(0.001～0.1％)的氯金酸在150℃油浴锅中煮沸，加入5mL的柠檬酸钠溶液(40mM)，煮沸，大力搅拌15min，关闭热源，再大力搅拌15min后，放置室温冷却。
3.小分子的合成：
取300uL的在100uL NHS(50mM)和100uL EDC(20mM)的共同作用下活化30min后，再加入800uL 30mM的strepavidin，28℃下震荡反应12h。
4.金纳米棒的表面修饰：
取2mL 1中制备的金纳米棒溶液离心去除CTAB后，加入200uL 3中合成的小分子溶液，室温下轻微震荡反应2～12h，反应适当时间后离心去除多余的小分子，沉淀加500uL超纯水溶解。
5、金纳米颗粒的表面修饰:
步骤1.取2中制备的金纳米颗粒1.5mL，加入300uL的一端用biotin修饰另一端是含有巯基氨基酸的肽链(0.01g/mL)，28℃下震荡反应12h；
步骤2.反应适当时间后取出，离心去除没有反应的肽链，沉淀加适量超纯水溶解；再加入过量的BSA(2uM)，28℃下震荡反应6h；
步骤3.反应后，离心去除多余的BSA，沉淀加1mL超纯水溶解。
6.金纳米棒和金纳米颗粒表面修饰后进行组装：
取4中表面修饰好的金纳米棒0.5mL于玻璃瓶中，再往玻璃瓶里一滴一滴慢慢加入5中表面修饰好的金纳米颗粒1mL，滴加完后置于4℃冰箱中静置过夜。
实施例4
1.用晶种生长法合成直径为20～40nm，长度为60～90nm的金纳米棒；其特征在于采用如下方法制备得到:
步骤1.在烧杯中加入十六烷基三甲基溴化铵溶液(40mL，0.1M)、HAuCl4溶液(2.0mL，0.01M)和50μL～500μL AgNO3溶液(0.01M)，缓慢搅拌使其混合均匀；然后加入1M盐酸(100μL～1000μL)至pH为酸性；之后加入还原剂抗坏血酸AA(100μL～500μL，0.01M)，搅拌均匀后，加入50μL～500μL现制备的稀释5倍的3～5nm金种子溶液，搅拌2min后，室温静置2～12h。
步骤2.将上述(1)得到的金纳米棒进行离心纯化：首先，用低速进行离心，弃掉下层的大颗粒得到上清液；然后进行高速离心，留下层沉淀，最后，加入超纯水至原来体积。
2.用柠檬酸钠还原法合成15～25nm左右的金纳米颗粒：
50mL(0.001～0.1％)的氯金酸在150℃油浴锅中煮沸，加入5mL的柠檬酸钠溶液(40mM)，煮沸，大力搅拌15min，关闭热源，再大力搅拌15min后，放置室温冷却。
3.小分子的合成：
取300uL的在100uL NHS(50mM)和150uL EDC(20mM)的共同作用下活化30min后，再加入1000uL 30mM的strepavidin，28℃下震荡反应10h。
4.金纳米棒的表面修饰：
取2mL 1中制备的金纳米棒溶液离心去除CTAB后，加入400uL 3中合成的小分子溶液，室温下轻微震荡反应10h，反应适当时间后离心去除多余的小分子，沉淀加500uL超纯水溶解。
5.金纳米颗粒的表面修饰:
步骤1.取2中制备的金纳米颗粒1.5mL，加入450uL的一端用biotin修饰另一端是含有巯基氨基酸的肽链(0.01g/mL)，32℃下震荡反应4h；
步骤2.反应适当时间后取出，离心去除没有反应的肽链，沉淀加适量超纯水溶解；再加入过量的BSA(2uM)，32℃下震荡反应3h；
步骤3.反应后，离心去除多余的BSA，沉淀加1mL超纯水溶解。
6.金纳米棒和金纳米颗粒表面修饰后进行组装：
取5中表面修饰好的金纳米颗粒1mL于玻璃瓶中，再往玻璃瓶里一滴一滴慢慢加入4中表面修饰好的金纳米棒1mL，滴加完后置于4℃冰箱中静置过夜。
实施例5
1.用晶种生长法合成直径为20～40nm，长度为60～90nm的金纳米棒；其特征在于采用如下方法制备得到:
步骤1.在烧杯中加入十六烷基三甲基溴化铵溶液(40mL，0.1M)、HAuCl4溶液(2.0mL，0.01M)和50μL～500μL AgNO3溶液(0.01M)，缓慢搅拌使其混合均匀；然后加入1M盐酸(100μL～1000μL)至pH为酸性；之后加入还原剂抗坏血酸AA(100μL～500μL，0.01M)，搅拌均匀后，加入50μL～500μL现制备的稀释5倍的3～5nm金种子溶液，搅拌2min后，室温静置2～12h。
步骤2.将上述(1)得到的金纳米棒进行离心纯化：首先，用低速进行离心，弃掉下层的大颗粒得到上清液；然后进行高速离心，留下层沉淀，最后，加入超纯水至原来体积。
2.用柠檬酸钠还原法合成15～25nm左右的金纳米颗粒：
50mL(0.001～0.1％)的氯金酸在150℃油浴锅中煮沸，加入5mL的柠檬酸钠溶液(40mM)，煮沸，大力搅拌15min，关闭热源，再大力搅拌15min后，放置室温冷却。
3.小分子的合成：
取300uL的在150uL NHS(50mM)和100uL EDC(20mM)的共同作用下活化30min后，再加入1000uL 30mM的strepavidin，28℃下震荡反应8h。
4.金纳米棒的表面修饰：
取2mL 1中制备的金纳米棒溶液离心去除CTAB后，加入200uL 3中合成的小分子溶液，室温下轻微震荡反应6h，反应适当时间后离心去除多余的小分子，沉淀加500uL超纯水溶解。
5、金纳米颗粒的表面修饰:
步骤1.取2中制备的金纳米颗粒1.5mL，加入150uL的一端用biotin修饰另一端是含有巯基氨基酸的肽链(0.01g/mL)，28℃下震荡反应6h；
步骤2.反应适当时间后取出，离心去除没有反应的肽链，沉淀加适量超纯水溶解；再加入过量的BSA(2uM)，28℃下震荡反应2h；
步骤3.反应后，离心去除多余的BSA，沉淀加1mL超纯水溶解。
6.金纳米棒和金纳米颗粒表面修饰后进行组装：
取5中表面修饰好的金纳米颗粒1mL于玻璃瓶中，再往玻璃瓶里一次性快速加入4中表面修饰好的金纳米棒0.5mL，滴加完后置于4℃冰箱中静置过夜。
Claims (7)
1.等离子激元棒球“玉米”结构的可控组装方法，其特征在于，采取以下步骤进行组装：
步骤1.制备金纳米棒溶液：
(1).金纳米棒的合成：在烧杯中加入40mL 0.001～1M十六烷基三甲基溴化铵溶液、2.0mL 0.001～1M HAuCl4溶液和10μL～1000μL 0.001～1M AgNO3溶液，缓慢搅拌使其混合均匀；然后加入1M盐酸至pH为酸性；之后加入10μL～1000μL 0.001～1M还原剂抗坏血酸AA，搅拌均匀后，加入10μL～500μL现制备的稀释1～20倍的3～5nm金种子溶液，搅拌2min后，室温静置2～12h；
(2).将上述(1)得到的金纳米棒进行离心纯化：首先，用低速进行离心，弃掉下层的大颗粒得到上清液；然后进行高速离心，留下层沉淀，最后，加入超纯水至原来体积；
步骤2.制备金纳米颗粒溶液:
在油浴锅中将50mL 0.001～0.1％的氯金酸加热至沸腾，加入1～10mL柠檬酸钠溶液40mM，煮沸，大力搅拌1～30min，关闭热源，再大力搅拌1～30min后，放置室温冷却；
步骤3.小分子的合成：
在50mM NHS和20mM EDC的共同作用下活化10～60min后，再加入30mM strepavidin，25～35℃下震荡反应1～12h；
步骤4.金纳米棒的表面修饰：
取步骤1中制备的金纳米棒溶液离心处理后，与步骤3中合成的小分子溶液在室温下震荡反应1～12h；反应后离心去除上清液，沉淀加超纯水溶解；
步骤5.金纳米颗粒的表面修饰:
(1).取步骤2中制备的金纳米颗粒，加入一端用biotin修饰另一端是含有巯基氨基酸的肽链0.01g/mL，22～35℃下震荡反应1～12h；
(2).反应结束后，离心去除上清液，沉淀加超纯水溶解；再加入BSA 2uM，22～35℃下震荡反应0.5～10h；
(3).反应后，离心去除上清液，沉淀加超纯水溶解；
步骤6.金纳米棒跟金纳米颗粒进行组装：
取一定量步骤5中修饰过的金纳米颗粒于玻璃瓶中，再向玻璃瓶里逐滴加入步骤4中修饰过的金纳米棒，滴加完后置于4℃冰箱中静置过夜。
2.依据权利要求1中等离子激元棒球“玉米”结构的可控组装方法，其特征在于，由附图1紫外-吸收光谱图表明该等离子激元棒球“玉米”结构的表面等离子峰位于近红外区 域。
3.依据权利要求1中等离子激元棒球“玉米”结构的可控组装方法，其特征在于，步骤1中制备的金纳米棒，其直径为20～40nm，长度为60～90nm。
4.依据权利要求1中等离子激元棒球“玉米”结构的可控组装方法，其特征在于，步骤2中制备的金纳米颗粒的大小为15～30nm。
5.依据权利要求1中等离子激元棒球“玉米”结构的可控组装方法，其特征在于，步骤3中合成的小分子中n为1～15，并且与strepavidin用量的比例为1：1～1：10。
6.依据权利要求1中等离子激元棒球“玉米”结构的可控组装方法，其特征在于，步骤5中所用肽链为一端用biotin修饰另一端是巯基氨基酸，中间为不含巯基氨基酸的肽链，氨基酸个数为5～25。
7.依据权利要求1中等离子激元棒球“玉米”结构的可控组装方法，其特征在于，用此方法不仅可以将金纳米棒和金纳米颗粒进行组装，Ag、Cu等贵金属纳米棒和纳米颗粒都可以用此方法组装成等离子激元棒球“玉米”结构。
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| CN (1) | CN104858445A (zh) |
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