CN105136757A - 花型银纳米颗粒荧光增强基底及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种花型银纳米颗粒荧光增强基底及其制备方法，包括衬底，所述衬底上设置有花型银纳米颗粒层，所述花型银纳米颗粒层为若干个花型银纳米颗粒组成的亚单层结构。所述花型银纳米颗粒层是覆盖率为40％—80％的亚单层结构。其中，所述花型银纳米颗粒粒径为0.5-3μm,则单个所述花型银纳米颗粒表面具有粗糙度5-300nm的纳米级粗糙。通过硝酸酸银溶液、聚乙烯吡咯烷酮和抗坏血酸反应，将反应物反复超神分散和离心得到花型银纳米颗粒乙醇分散液，以制造基底。利用花型银纳米颗粒表面的纳米级粗糙结构对分子发射的荧光信号进行放大，放大倍数在10-100倍，同时由于不需要额外的操作来进行放大，该技术也较传统技术便利、简单。
Description
技术领域
本发明涉及荧光分析技术，更具体地说它是一种花型银纳米颗粒荧光增强基底及其制备方法。
背景技术
荧光分析在生物、医疗领域是一种重要的检测方法，主要的技术手段是ELISA。它利用生物分子如抗原、抗体等的生物特异性识别来检测特定的分子，进而诊断病情。然而该技术在检测微量生物分子方面有着一定的局限性。通常在病情初期，抗体等分子较少，所需的检测时间通常需要几天，甚至数周，极大延误了病情诊断。而不及时的诊断通常使得治疗效果降低，可用的治疗手段减少，这种情况广泛存在于对如1型糖尿病，癌症，艾滋病等的诊断上。
近年的研究发现，通过结合表面等离子激元技术，可极大增强分子的荧光信号强度，最高增强效率可达10000倍。如果将这项技术应用于ELISA，可以使得检测时间大大缩短，从几天、几周缩短至几小时，这为及时诊断病情提供了可能，对患者接受更有效的治疗非常关键。
表面等离子激元增强荧光技术需要特定的基底来实现。这些基底中的增强介质通常是由金、银等金属纳米结构组成，通过纳米结构之间的耦合(形成纳米缝隙)来增强该区域周围的荧光信号。
常用的增强基底有两种，一种是利用微纳米加工手段制备的规整纳米结构，其特点是信号相对偏差小，信号重现性高，但是信号增强相对较小。同时由于采用了微纳米加工技术，增强区域可以按照要求任意加工在衬底所需的位置，缩短了检测时寻找待测物位置的时间，降低了操作的难度。但是另一方面，微加工技术所需成本庞大，需要无尘室以及相关加工设备。
而另一种基底是将化学合成的纳米粒子铺展在平整的衬底上，这种基底的特点是信号增强高，但是每次采集的信号偏差较大，重现性较低。在操作方面，由于常用的纳米粒子尺寸在几十至几百纳米，通常要让粒子之间发生聚合，才能产生增强信号，而聚合的过程往往难以控制，很难达到最优条件。常用的解决手段时间粒子修饰或生长在基底表面，但是这样得到的基底信号增强有限。
发明内容
本发明的第一目的在于克服现有的两种荧光增强技术不足之处而提供的花型银纳米颗粒荧光增强基底，本发明的第一目的在于再提供上述花型银纳米颗粒荧光增强基底的制备方法。
本发明的第一目的按如下技术方案实现的：
花型银纳米颗粒荧光增强基底，包括衬底，所述衬底上设置有花型银纳米颗粒层，所述花型银纳米颗粒层为若干个花型银纳米颗粒组成的亚单层结构。
所述花型银纳米颗粒层是覆盖率为40％—80％的亚单层结构。
其中，所述花型银纳米颗粒粒径为0.5-1μm,则单个所述花型银纳米颗粒表面具有粗糙度5-10nm的纳米级粗糙。
当所述花型银纳米颗粒粒径为1-2μm时,单个所述花型银纳米颗粒表面具有粗糙度10-100nm的纳米级粗糙。
选择粒径为2-3μm的所述花型银纳米颗粒,此时单个所述花型银纳米颗粒表面具有粗糙度100-300nm的纳米级粗糙。
本发明的第二目的按如下技术方案实现，包括如下步骤：
步骤一、取10毫升去离子水于50毫升圆底烧瓶中，将0.01-0.4毫升1摩尔/升的硝酸银溶液与2毫升0.1摩尔/升的聚乙烯吡咯烷酮加入到上述烧瓶中，加入搅拌磁子，开始搅拌，同时加入0.2毫升1摩尔/升的抗坏血酸；反应5分钟后，溶液变成深灰色，停止搅拌；
得到的反应物取出两批次各5毫升反应物以进行后续操作，剩余反应物留作样本；
每批次的5毫升反应物，分别装入10毫升离心管中；在8000转/分钟的转速下离心5分钟；取出离心管，取走、倒掉上层液体，保留沉淀部分；然后再往离心管中加入5毫升无水乙醇，放入超声仪中超声处理10分钟，将粒子重新分散在乙醇溶液中，得到花型银纳米颗粒乙醇分散液；
步骤二、将上述步骤得到的花型银纳米颗粒乙醇分散液，再装入10毫升离心管中；在8000转/分钟的转速下离心5分钟；取出离心管，取走、倒掉上层液体，保留沉淀部分；然后再往离心管中加入5毫升无水乙醇，放入超声仪中超声处理10分钟，将粒子重新分散在乙醇溶液中，得到花型银纳米颗粒乙醇分散液；步骤二重复进行三次；
步骤三、清洗硅片或载玻片作为衬底；
步骤四、将步骤二所得的花型银纳米颗粒乙醇分散液铺展在步骤二所得的衬底上，形成花型银纳米颗粒荧光增强基底。
具体地，步骤三过程如下：将载玻片或者硅片用浓硫酸与双氧水比例为3:1的混合溶液清洗、浸泡30分钟，取出后将上述载玻片或者硅片用去离子水冲洗，吹干，得到亲水性的衬底；
步骤四具体过程如下：将步骤二所得的花型银纳米颗粒乙醇分散液以3000转/分钟的转速旋涂于步骤三所得的衬底上，制成花型银纳米颗粒荧光增强基底。
作为优选方案，步骤一中所述硝酸银溶液可采用为0.01-0.03mol/L、0.03-0.1mol/L、0.1-0.4mol/L等不同的浓度的范围。
与现有医疗上的荧光分析检测技术相比，本技术检测效率高，耗时少。传统分析技术在少量抗体或抗原分子被捕获后，往往不能立即检测出来，这主要是由于仪器设备无法检测到如此微弱的信号。通常解决手段是利用放大技术，例如生物素-链霉亲和素放大反应，而这项技术要求高，需要检测人员经过专业培训，耗时长，信号放大速率慢。本技术利用表面等离子体增强技术，利用花型银纳米颗粒表面的纳米级粗糙结构对分子发射的荧光信号进行放大，放大倍数在10-100倍，同时由于不需要额外的操作来进行放大，该技术也较传统技术便利、简单。
附图说明
图1为花型银纳米颗粒荧光增强基底使用结构示意图。
图2为花型银纳米颗粒放大结构示意图
图中：衬底1(玻璃片或者硅片)；花型银纳米颗粒层2；待测荧光生物分子3；配有CCD的显微镜4；显示屏5；为激发光/接收光示意线路6。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步地详细描述，但该实施例不应该理解为对本发明的限制，仅作举例而已，同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。
如附图所示，花型银纳米颗粒荧光增强基底，包括衬底1，衬底1上设置有花型银纳米颗粒层2，花型银纳米颗粒层2为若干个花型银纳米颗粒组成的亚单层结构。
花型银纳米颗粒层2中花型银纳米颗粒以六方堆积的形式在衬底1上排列堆积，若在衬底1范围内该堆积没有点缺陷或者线缺陷则称为满单层，即覆盖率为100％。
优选地，花型银纳米颗粒层2是覆盖率为40％—80％的亚单层结构。
优选地，花型银纳米颗粒粒径为0.5-1μm,单个花型银纳米颗粒表面具有粗糙度5-10nm的纳米级粗糙，即图2中单个花型银纳米颗粒上的沟壑。
优选地，花型银纳米颗粒粒径为1-2μm,单个花型银纳米颗粒表面具有粗糙度10-100nm的纳米级粗糙。
优选地，花型银纳米颗粒粒径为2-3μm,单个花型银纳米颗粒表面具有粗糙度100-300nm的纳米级粗糙。
花型银纳米颗粒荧光增强基底制备方法包括如下步骤：
步骤一、取10毫升去离子水于50毫升圆底烧瓶中，将0.01-0.4毫升1摩尔/升的硝酸银溶液与2毫升0.1摩尔/升的聚乙烯吡咯烷酮加入到上述烧瓶中，加入搅拌磁子，开始搅拌，同时加入0.2毫升1摩尔/升的抗坏血酸；反应5分钟后，溶液变成深灰色，停止搅拌；溶液中硝酸银以水合离子的形式溶剂化溶解在水溶液当中，当加入抗坏血酸后，抗坏血酸将水合态银离子还原成银原子，银原子再相互聚集形成纳米粒子，以胶体形式分散在水溶液中；
得到的反应物取出两批次各5毫升反应物以进行后续操作，剩余反应物留作样本；
每批次的5毫升反应物，分别装入10毫升离心管中；在8000转/分钟的转速下离心5分钟；取出离心管，取走、倒掉上层液体，保留沉淀部分；然后再往离心管中加入5毫升无水乙醇，放入超声仪中超声处理10分钟，将粒子重新分散在乙醇溶液中，得到花型银纳米颗粒乙醇分散液；
步骤二、将上述步骤得到的花型银纳米颗粒乙醇分散液，再装入10毫升离心管中；在8000转/分钟的转速下离心5分钟；取出离心管，取走、倒掉上层液体，保留沉淀部分；然后再往离心管中加入5毫升无水乙醇，放入超声仪中超声处理10分钟，将粒子重新分散在乙醇溶液中，得到花型银纳米颗粒乙醇分散液；步骤二重复进行三次；
步骤三、清洗硅片或载玻片作为衬底1；
步骤四、将步骤二所得的花型银纳米颗粒乙醇分散液铺展在步骤二所得的衬底上，形成花型银纳米颗粒荧光增强基底。
具体地，步骤三过程如下：将载玻片或者硅片用浓硫酸与双氧水比例为3:1的混合溶液清洗、浸泡30分钟，取出后将上述载玻片或者硅片用去离子水冲洗，吹干，得到亲水性的衬底1；
步骤四具体过程如下：将步骤二所得的花型银纳米颗粒乙醇分散液以3000转/分钟的转速旋涂于步骤三所得的衬底1上，制成花型银纳米颗粒荧光增强基底。
作为优选方案，步骤一中所述硝酸银溶液可采用为0.01-0.03mol/L、0.03-0.1mol/L、0.1-0.4mol/L等不同的浓度的范围。
本发明工作时，将待测荧光分子3吸附在花型银纳米颗粒层2上。衬底1上方设置有带有CCD的显微镜4，带有CCD的显微镜4与显示屏5相连接。
本发明与传统荧光增强技术对比表
需要说明的是：对于所属领域的技术人员来说，在不改变本发明原理的前提下还可以对本发明作出若干的改变或变形，这同样属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.花型银纳米颗粒荧光增强基底，包括衬底(1)，其特征在于：所述衬底(1)上设置有花型银纳米颗粒层(2)，所述花型银纳米颗粒层(2)为若干个花型银纳米颗粒组成的亚单层结构。
2.根据权利要求1所述的花型银纳米颗粒荧光增强基底，其特征在于：所述花型银纳米颗粒层(2)是覆盖率为40％—80％的亚单层结构。
3.根据权利要求2所述的花型银纳米颗粒荧光增强基底，其特征在于：所述花型银纳米颗粒粒径为0.5-1μm,单个所述花型银纳米颗粒表面具有粗糙度5-10nm的纳米级粗糙。
4.根据权利要求2所述的花型银纳米颗粒荧光增强基底，其特征在于：所述花型银纳米颗粒粒径为1-2μm,单个所述花型银纳米颗粒表面具有粗糙度10-100nm的纳米级粗糙。
5.根据权利要求2所述的花型银纳米颗粒荧光增强基底，其特征在于：所述花型银纳米颗粒粒径为2-3μm,单个所述花型银纳米颗粒表面具有粗糙度100-300nm的纳米级粗糙。
6.制造权利要求3、4、5任一所述的花型银纳米颗粒荧光增强基底的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、取10毫升去离子水于50毫升圆底烧瓶中，将0.01-0.4毫升1摩尔/升的硝酸银溶液与2毫升0.1摩尔/升的聚乙烯吡咯烷酮加入到上述烧瓶中，加入搅拌磁子，开始搅拌，同时加入0.2毫升1摩尔/升的抗坏血酸；反应5分钟后，溶液变成深灰色，停止搅拌；
得到的反应物取出两批次各5毫升反应物以进行后续操作，剩余反应物留作样本；
每批次的5毫升反应物，分别装入10毫升离心管中；在8000转/分钟的转速下离心5分钟；取出离心管，取走、倒掉上层液体，保留沉淀部分；然后再往离心管中加入5毫升无水乙醇，放入超声仪中超声处理10分钟，将粒子重新分散在乙醇溶液中，得到花型银纳米颗粒乙醇分散液；
步骤二、将上述步骤得到的花型银纳米颗粒乙醇分散液，再装入10毫升离心管中；在8000转/分钟的转速下离心5分钟；取出离心管，取走、倒掉上层液体，保留沉淀部分；然后再往离心管中加入5毫升无水乙醇，放入超声仪中超声处理10分钟，将粒子重新分散在乙醇溶液中，得到花型银纳米颗粒乙醇分散液；步骤二重复进行三次；
步骤三、清洗硅片或载玻片作为衬底1；
步骤四、将步骤二所得的花型银纳米颗粒乙醇分散液铺展在步骤二所得的衬底上，形成花型银纳米颗粒荧光增强基底。
7.根据权利要求6所述的花型银纳米颗粒荧光增强基底制备方法，其特征在于；步骤三过程如下：将载玻片或者硅片用浓硫酸与双氧水比例为3:1的混合溶液清洗、浸泡30分钟，取出后将上述载玻片或者硅片用去离子水冲洗，吹干，得到亲水性的衬底1；
步骤四过程如下：将步骤二所得的花型银纳米颗粒乙醇分散液以3000转/分钟的转速旋涂于步骤三所得的衬底1上，制成花型银纳米颗粒荧光增强基底。
8.根据权利要求6所述的花型银纳米颗粒荧光增强基底制备方法，其特征在于：步骤一中所述硝酸银溶液浓度为0.01-0.03mol/L。
9.根据权利要求6所述的花型银纳米颗粒荧光增强基底制备方法，其特征在于：步骤一中所述硝酸银溶液浓度为0.03-0.1mol/L。
10.根据权利要求6所述的花型银纳米颗粒荧光增强基底制备方法，其特征在于：步骤一中所述硝酸银溶液浓度为0.1-0.4mol/L。
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