CN105108171B - 一种强拉曼信号的纳米颗粒的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种强拉曼信号的纳米颗粒的制备方法，包括如下步骤：(1)将氯金酸溶液在连续搅拌下煮沸回流，同时匀速加入柠檬酸钠溶液以还原氯金酸形成粒径12～14nm金纳米颗粒，得金纳米颗粒溶液；(2)在上述金纳米颗粒溶液中加入巯基聚乙二醇溶液和拉曼报告分子溶液，室温下混匀反应，得到修饰有拉曼报告分子的核心；(3)用普朗尼克F127溶液重悬上述修饰有拉曼报告分子的核心，再加入硝酸银溶液和对苯二酚溶液，以在上述核心上包裹银壳层；(4)向步骤(3)制得的物料中加入抗坏血酸溶液和氯金酸溶液，室温混匀反应后，80～95℃退火，即得所述强拉曼信号的纳米颗粒。本发明的制备方法与传统方法相比，此法廉价、简单、高效、通用性强。
Description
技术领域
本发明属于拉曼光谱用纳米材料技术领域，具体涉及一种强拉曼信号的纳米颗粒的制备方法。
背景技术
表面增强拉曼光谱(SERS)技术是一种能够测定靶标指纹图谱的光谱检测技术。(1、Wang,Y.；Yan,B.；Chen,L.Sers Tags:Novel Optical Nanoprobes for Bioanalysis[J].Chem.Rev.2013,113,1391-1428)从二十世纪70年代发现表面增强拉曼散射现象以后，表面增强拉曼光谱由于具有多靶标检测能力、抗光漂白特性、高空间分辨率和不被水分子干扰等优点，被广泛的应用于化学传感、环境检测和生物成像。(2、Campion,A.；Kambhampati,P.Surface-Enhanced Raman Scattering[J].Chem.Soc.Rev.1998,27,241-250；3、Camden,J.P.；Dieringer,J.A.；Zhao,J.；Van Duyne,R.P.Controlled PlasmonicNanostructures for Surface-Enhanced Spectroscopy and Sensing[J].Acc.Chem.Res.2008,41,1653-1661；4、Li,J.F.；Huang,Y.F.；Ding,Y.；Yang,Z.L.；Li,S.B.；Zhou,X.S.；Fan,F.R.；Zhang,W.；Zhou,Z.Y.；WuDe,Y.；Ren,B.；Wang,Z.L.；Tian,Z.Q.Shell-Isolated Nanoparticle-Enhanced Raman Spectroscopy[J].Nature 2010,464,392-395)目前，制备拉曼信号强且均一的纳米颗粒作为信号标签(SERS tags)进行靶标检测和生物成像已经成为研究的热点。但是，由于纳米颗粒粒径和形貌的不同、拉曼信号分子的脱附和热点随机分布等原因，目前合成拉曼信号强且均一的SERS tags仍存在较大困难。(5、Fang,Y.；Seong,N.-H.；Dlott,D.D.Measurement of the Distribution of SiteEnhancements in Surface-Enhanced Raman Scattering[J].Science 2008,321,388-392；6、Graham,D.；Thompson,D.G.；Smith,W.E.；Faulds,K.Control of Enhanced RamanScattering Using a DNA-Based Assembly Process of Dye-Coded Nanoparticles[J].Nat.Nanotechnol.2008,3,548-551；7、Qian,X.M.；Nie,S.M.Single-Molecule andSingle-Nanoparticle Sers:From Fundamental Mechanisms to BiomedicalApplications[J].Chem.Soc.Rev.2008,37,912-920)因此，发展廉价、简便、快速的方法制备拉曼信号强且均一的纳米颗粒有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种强拉曼信号的纳米颗粒的制备方法。
本发明的具体技术方案如下：
一种强拉曼信号的纳米颗粒的制备方法，包括如下步骤：
(1)将氯金酸溶液在连续搅拌下煮沸回流，同时匀速加入柠檬酸钠溶液以还原氯金酸形成粒径12～14nm金纳米颗粒，得金纳米颗粒溶液，其中氯金酸溶液与柠檬酸钠溶液的体积比为100:1～1.5，且氯金酸溶液中含有0.01～0.02wt％的氯金酸，柠檬酸钠溶液中含有2.8～3.5wt％的柠檬酸钠；
(2)在上述金纳米颗粒溶液中加入巯基聚乙二醇溶液和拉曼报告分子溶液，室温下混匀反应20～25min，13000～15000rpm离心10～12min，去上清液，留沉淀，得到修饰有拉曼报告分子的核心，其中巯基聚乙二醇的分子量为0.75～20kDa，巯基聚乙二醇在该步骤的反应体系中的浓度为0.2～5μM，拉曼报告分子在该步骤的反应体系中的浓度为20～500μM，巯基聚乙二醇与拉曼报告分子的质量比为2.68～67:100，巯基聚乙二醇和拉曼报告分子的总质量与金纳米颗粒的质量比为0.176～4.4:100；
(3)用普朗尼克F127溶液重悬上述修饰有拉曼报告分子的核心，再加入硝酸银溶液和对苯二酚溶液，室温混匀反应30～40min，以在上述核心上包裹银壳层，上述普朗尼克F127溶液中普朗尼克F127的浓度为0.1～1.0wt％，对二苯酚在该步骤的反应体系中的浓度为0.4～5mM，硝酸银在该步骤的反应体系中的浓度为0.08～2mM；
(4)向步骤(3)制得的物料中加入抗坏血酸溶液和氯金酸溶液，室温混匀反应30～40min后，80～95℃退火10～50min，即得间隙含有拉曼报告分子的所述强拉曼信号的纳米颗粒，其中抗坏血酸在该步骤的反应体系中的浓度为6.4～15mM，氯金酸在该步骤的反应体系中的浓度为0.32～8mM。
在本发明的一个优选实施方案中，所述拉曼报告分子包括结晶紫、碱性品红和罗丹明。
进一步优选的，所述巯基聚乙二醇在步骤(2)的反应体系中的浓度为0.5～2μM。
进一步优选的，所述拉曼报告分子在步骤(2)的反应体系中的浓度为50～200μM。
进一步优选的，所述步骤(3)中普朗尼克F127溶液中普朗尼克F127的浓度为0.1～0.5wt％。
进一步优选的，所述对二苯酚在步骤(3)的反应体系中的浓度为0.4～2mM。
进一步优选的，所述硝酸银在步骤(3)的反应体系中的浓度为0.2～0.8mM。
进一步优选的，所述抗坏血酸在步骤(4)的反应体系中的浓度为6.4～12.8mM。
进一步优选的，所述氯金酸在步骤(4)的反应体系中的浓度为0.8～3.2mM。
进一步优选的，所述步骤(4)的退火时间为20～40min。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的制备方法利用mPEG-SH在金种子表面固定拉曼报告分子，避免在金种子上修饰拉曼报告分子偶联的巯基DNA，简化了合成过程；
(2)本发明的制备方法利用普朗尼克F127隔绝金核和银壳层，提高颗粒拉曼信号增强能力；
(3)本发明的制备方法利用氯金酸刻蚀银壳层，在金核与银壳层之间形成纳米间隙，使间隙中的拉曼报告分子处于均匀分布热点当中，极大的增强了颗粒的拉曼信号；
(4)本发明制备的纳米颗粒的处于间隙中的拉曼报告分子由于热点分布均一，拉曼信号强度增加相近，使纳米颗粒的拉曼信号偏差小、重现性好，可用于定量检测；
(5)本发明的制备方法与传统方法相比，此法廉价、简单、高效、通用性强，为强拉曼信号纳米颗粒在生物分析和生物医学中的应用提供新的平台。
附图说明
图1为本发明的强拉曼信号的纳米颗粒的合成原理图。
图2(A)为本发明实施例1的步骤(1)制备的金纳米颗粒(core)的透射电镜图；(B)为本发明实施例1步骤(3)制备的具有银壳层的核心(core@Ag)的透射电镜图；(C)为本发明实施例1步骤(4)制备的强拉曼信号纳米颗粒(core@AgAu)的透射电镜图，(D)为上述core、core@Ag和core@AgAu的紫外-可见吸收光谱图。
图3(A)为本发明实施例1制备的强拉曼信号的纳米颗粒的间隙结构的线性金元素分析表征图，其中插图为该强拉曼信号的纳米颗粒的扫描-投射电镜图；(B)为该强拉曼信号的纳米颗粒间隙大小的统计分析图；(C)该强拉曼信号的纳米颗粒的金元素的X射线光电子能谱表征图；(D)该强拉曼信号的纳米颗粒的银元素的X射线光电子能谱表征图。
图4为本发明实施例1制备的该强拉曼信号的纳米颗粒的合成条件优化：(A)为不同浓度mPEG-SH；(B)为不同浓度结晶紫；(C)为不同浓度普朗尼克F127；(D)为不同浓度氯金酸。
图5(A)为不同波长激光激发本发明实施例1制备的强拉曼信号的纳米颗粒的拉曼光谱图；(B)为不同波长激光激发本发明实施例1制备的强拉曼信号的纳米颗粒的拉曼信号强度图；(C)为本发明实施例1制备的强拉曼信号的纳米颗粒包裹不同拉曼信号分子的拉曼光谱图；(D)为对比不同批次本发明实施例1制备的强拉曼信号的纳米颗粒和寡聚纳米颗粒SERS信号偏差。
图6(A)为结晶紫为拉曼报告分子的本发明实施例1制备的强拉曼信号的纳米颗粒的拉曼信号强度的标准工作曲线；(B)为罗丹明为拉曼报告分子的强拉曼信号的纳米颗粒的拉曼信号强度的标准工作曲线。
具体实施方式
以下通过具体实施方式结合附图对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。
实施例1
本实施例的技术路线如图1所示，具体实验条件摸索过程如图4至图5所示，具体步骤如下：
(1)合成13nm金纳米颗粒(AuNP)：在圆底烧瓶中加入100mL 0.01％(w/w)氯金酸，在连续搅拌的条件下煮沸回流，匀速加入1mL 3％(w/w)柠檬酸钠，继续搅拌煮沸30min合成13nm AuNPs。
(2)利用巯基聚乙二醇mPEG-SH在13nm AuNP表面固定拉曼报告分子：在1mL合成好的13nm AuNPs溶液中加入50μL 20μM mPEG-SH和50μL 2mM结晶紫，室温混匀20min，14000rpm离心10min，去除950μL上清液，得沉淀，即修饰有拉曼报告分子的核心(core)。
(3)在普朗尼克F127存在下，在核心表面包裹银壳层：用1mL 0.1％(w/w)普朗尼克F127重悬拉曼报告分子修饰的金纳米颗粒，加入40μL 10mM硝酸银和100μL 4mM对苯二酚，室温混匀30min，得core@Ag。
(4)用氯金酸刻蚀银壳层，形成间隙含有拉曼报告分子的金银合金包裹金纳米颗粒：向1mL银壳层包裹的核心溶液中加入64μL 100mM抗坏血酸和200μL 8mM氯金酸，室温混匀反应30min后，95℃退火30min合成间隙含有拉曼报告分子的强拉曼信号纳米颗粒(core@AgAu)。
用透射电镜和紫外-可见分光光度计表征合成好的强拉曼信号的纳米颗粒(如图2所示)，用线性元素分析强拉曼信号的纳米颗粒间隙的大小(如图3A和B)，用X射线光电子能谱分析颗粒表面金元素和银元素(如图3C和D)。
取相同浓度不同纳米颗粒(2.5nM)于样品池中，盖上盖玻片，用拉曼光谱仪(XploRA,Jobin-Yvon公司,法国)测定样品的拉曼光谱。不同激光的仪器条件：532nm激光(功率密度：14.7mW/μm2，采集时间：1s)；638nm激光(功率密度：21mW/μm2，采集时间：1s)；785nm激光(功率密度：50mW/μm2，采集时间：1s)，结果如图5所示。
在638nm激光(功率密度：21mW/μm2，采集时间：1s)条件下，测定不同拉曼报告分子作为内标的core@AgAu纳米颗粒的标准工作曲线，表征拉曼信号强度与纳米颗粒浓度的线性关系，证明core@AgAu纳米颗粒适合于定量检测(如图6)。结晶紫作为拉曼报告分子的纳米颗粒用1621cm-1的峰强作为颗粒拉曼信号强度，如图4、图5A、图5B和图6A所示；罗丹明作为拉曼报告分子的纳米颗粒用1650cm-1的峰强作为颗粒拉曼信号强度，如图6B所示。
本领域普通技术人员可知，本发明的成分和参数在下述范围内变化时，仍能够得到与上述实施例相同或相近的技术效果，皆属于本发明的保护范围：
(1)将氯金酸溶液在连续搅拌下煮沸回流，同时匀速加入柠檬酸钠溶液以还原氯金酸形成粒径12～14nm金纳米颗粒，得金纳米颗粒溶液，其中氯金酸溶液与柠檬酸钠溶液的体积比为100:1～1.5，且氯金酸溶液中含有0.01～0.02wt％的氯金酸，柠檬酸钠溶液中含有2.8～3.5wt％的柠檬酸钠；
(2)在上述金纳米颗粒溶液中加入巯基聚乙二醇溶液和拉曼报告分子(包括结晶紫、碱性品红和罗丹明中)溶液，室温下混匀反应20～25min，13000～15000rpm离心10～12min，去上清液，留沉淀，得到修饰有拉曼报告分子的核心，其中巯基聚乙二醇的分子量为0.75～20kDa，巯基聚乙二醇在该步骤的反应体系中的浓度为0.2～5μM(优选0.5～2μM)，拉曼报告分子在该步骤的反应体系中的浓度为20～500μM(优选50～200μM)，巯基聚乙二醇与拉曼报告分子的质量比为2.68～67:100，巯基聚乙二醇和拉曼报告分子的总质量与金纳米颗粒的质量比为0.176～4.4:100；
(3)用普朗尼克F127溶液重悬上述修饰有拉曼报告分子的核心，再加入硝酸银溶液和对苯二酚溶液，室温混匀反应30～40min，以在上述核心上包裹银壳层，上述普朗尼克F127溶液中普朗尼克F127的浓度为0.1～1.0wt％(优选0.1～0.5wt％)，对二苯酚在该步骤的反应体系中的浓度为0.4～5mM(优选0.4～2mM)，硝酸银在该步骤的反应体系中的浓度为0.08～2mM(优选0.2～0.8mM)；
(4)向步骤(3)制得的物料中加入抗坏血酸溶液和氯金酸溶液，室温混匀反应30～40min后，80～95℃退火10～50min(优选20～40min)，即得间隙含有拉曼报告分子的所述强拉曼信号的纳米颗粒，其中抗坏血酸在该步骤的反应体系中的浓度为6.4～15mM(优选6.4～12.8mM)，氯金酸在该步骤的反应体系中的浓度为0.32～8mM(优选0.8～3.2mM)。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。
Claims (10)
1.一种强拉曼信号的纳米颗粒的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将氯金酸溶液在连续搅拌下煮沸回流，同时匀速加入柠檬酸钠溶液以还原氯金酸形成粒径12～14nm金纳米颗粒，得金纳米颗粒溶液，其中氯金酸溶液与柠檬酸钠溶液的体积比为100:1～1.5，且氯金酸溶液中含有0.01～0.02wt％的氯金酸，柠檬酸钠溶液中含有2.8～3.5wt％的柠檬酸钠；
(2)在上述金纳米颗粒溶液中加入巯基聚乙二醇溶液和拉曼报告分子溶液，室温下混匀反应20～25min，13000～15000rpm离心10～12min，去上清液，留沉淀，得到修饰有拉曼报告分子的核心，其中巯基聚乙二醇的分子量为0.75～20kDa，巯基聚乙二醇在该步骤的反应体系中的浓度为0.2～5μM，拉曼报告分子在该步骤的反应体系中的浓度为20～500μM，巯基聚乙二醇与拉曼报告分子的质量比为2.68～67:100，巯基聚乙二醇和拉曼报告分子的总质量与金纳米颗粒的质量比为0.176～4.4:100；
(3)用普朗尼克F127溶液重悬上述修饰有拉曼报告分子的核心，再加入硝酸银溶液和对苯二酚溶液，室温混匀反应30～40min，以在上述核心上包裹银壳层，上述普朗尼克F127溶液中普朗尼克F127的浓度为0.1～1.0wt％，对二苯酚在该步骤的反应体系中的浓度为0.4～5mM，硝酸银在该步骤的反应体系中的浓度为0.08～2mM；
(4)向步骤(3)制得的物料中加入抗坏血酸溶液和氯金酸溶液，室温混匀反应30～40min后，80～95℃退火10～50min，即得间隙含有拉曼报告分子的所述强拉曼信号的纳米颗粒，其中抗坏血酸在该步骤的反应体系中的浓度为6.4～15mM，氯金酸在该步骤的反应体系中的浓度为0.32～8mM。
2.如权利要求1所述的一种强拉曼信号的纳米颗粒的制备方法，其特征在于：所述拉曼报告分子包括结晶紫、碱性品红和罗丹明。
3.如权利要求1或2所述的一种强拉曼信号的纳米颗粒的制备方法，其特征在于：所述巯基聚乙二醇在步骤(2)的反应体系中的浓度为0.5～2μM。
4.如权利要求1或2所述的一种强拉曼信号的纳米颗粒的制备方法，其特征在于：所述拉曼报告分子在步骤(2)的反应体系中的浓度为50～200μM。
5.如权利要求1或2所述的一种强拉曼信号的纳米颗粒的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中普朗尼克F127溶液中普朗尼克F127的浓度为0.1～0.5wt％。
6.如权利要求1或2所述的一种强拉曼信号的纳米颗粒的制备方法，其特征在于：所述对二苯酚在步骤(3)的反应体系中的浓度为0.4～2mM。
7.如权利要求1或2所述的一种强拉曼信号的纳米颗粒的制备方法，其特征在于：所述硝酸银在步骤(3)的反应体系中的浓度为0.2～0.8mM。
8.如权利要求1或2所述的一种强拉曼信号的纳米颗粒的制备方法，其特征在于：所述抗坏血酸在步骤(4)的反应体系中的浓度为6.4～12.8mM。
9.如权利要求1或2所述的一种强拉曼信号的纳米颗粒的制备方法，其特征在于：所述氯金酸在步骤(4)的反应体系中的浓度为0.8～3.2mM。
10.如权利要求1或2所述的一种强拉曼信号的纳米颗粒的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)的退火时间为20～40min。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |