CN106248633A - 一种原位高通量检测芯片的制备方法 - Google Patents

一种原位高通量检测芯片的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种原位高通量检测芯片的制备方法，该方法包括以下步骤：⑴制备三角形的Ag@Au核壳纳米粒子：将AgNO3溶液和柠檬酸钠溶液混合后加入H2O2溶液，最后，在搅拌条件下迅速加入新制冰冷的NaBH4溶液，反应结束后，即得银三角纳米颗粒溶液；在所述银三角纳米颗粒溶液中加入PVP溶液，然后依次加入二乙胺溶液、抗坏血酸溶液，混合均匀后在搅拌条件下加入HAuCl4溶液，反应结束后，即得Ag@Au核壳纳米颗粒的水溶液；⑵基于Ag@Au三角纳米粒子的芯片的制备：制备处理后的玻璃基片；将所述处理后的玻璃基片放入表面皿中，倒入所述Ag@Au核壳纳米颗粒的水溶液组装，并依次经清洗、吹干，即得Ag@Au三角纳米粒子芯片。本发明操作简单，成本低，稳定性好，灵敏度高。

Description

一种原位高通量检测芯片的制备方法
技术领域
本发明涉及快速检测技术领域，尤其涉及一种原位高通量检测芯片的制备方法。
背景技术
随着人类活动对自然环境的不断撷取，冶金、采矿和燃煤等工业的发展以及含重金属农药的运用，大量的重金属被释放到环境中，造成了局部地区的高浓度重金属环境污染现象。目前，环境中的重金属含量变化的检测缺少原位、高效的监测手段，成为一个亟待解决的关键问题。
局部表面等离子共振(LSPR)光谱技术作为一种和纳米技术相结合，用于化学和生物检测的新型手段而受到广泛关注。作为一种新型检测方法，LSPR检测相对于生物检测中传统的酶联免疫吸附法具有诸多优点：比如免标记，成本低，响应速度快，操作、结构简单，便于存储和携带，并且可以实现原位、高通量检测。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种操作简单、成本低、稳定性好、灵敏度高的原位高通量检测芯片的制备方法。
为解决上述问题，本发明所述的一种原位高通量检测芯片的制备方法，包括以下步骤：
⑴制备三角形的Ag@Au核壳纳米粒子：
①制备银三角纳米颗粒溶液：
将0.05~3mmol/L的AgNO3溶液和0.05~10mmol/L的柠檬酸钠溶液按照体积比49：1~30：20的比例混合，使其总体积为50mL；然后加入0.1~1mL质量分数为10%~50%的H2O2溶液，最后，在搅拌条件下迅速加入新制冰冷的50~200mmol/L的NaBH4溶液0.1~1mL，反应结束后，即得银三角纳米颗粒溶液；
②合成Ag@Au核壳纳米颗粒的水溶液：
在所述银三角纳米颗粒溶液中加入0.1~2mmol/L的PVP溶液1~10mL，然后依次加入0.1~1mmol/L二乙胺溶液0.1~3mL、0.1~1mmol/L的抗坏血酸溶液0.1~3mL，混合均匀后在搅拌条件下加入0.01%~1%的HAuCl4溶液0.1~10mL，反应结束后，即得Ag@Au核壳纳米颗粒的水溶液；
⑵基于Ag@Au三角纳米粒子的芯片的制备：
a. 制备处理后的玻璃基片：
将双面都没有磨砂的标准显微镜用玻璃基片裁成片状，清洗干净后依次浸入食人鱼酸洗液、质量浓度为10~50%的氨水中进行超声处理，使其表面羟基化，然后依次经超纯水清洗、氩气吹干后，在APTES混合液中浸泡进行表面氨基化处理，6~36h后得到表面已氨基化的玻璃基片，该表面已氨基化的玻璃基片在体积浓度为60~95%的乙醇中超声处理后依次经超纯水清洗、氩气吹干，最后在温度为60~80℃的条件下烘干至恒重，即得处理后的玻璃基片；
b. 玻璃基片表面Ag@Au核壳纳米粒子的组装：
将所述处理后的玻璃基片放入表面皿中，倒入所述Ag@Au核壳纳米颗粒的水溶液，并使该Ag@Au核壳纳米颗粒的水溶液没过所述处理后的玻璃基片，组装6~72h后，取出所述处理后的玻璃基片，并依次经超纯水清洗、氩气吹干，即得Ag@Au三角纳米粒子芯片。
所述步骤a.中片状尺寸为1cm×1cm。
所述步骤a.中APTES混合液是指3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)与无水乙醇按1：15的体积比混合而成的溶液。
所述步骤a.中超声处理条件是指超声波的频率为25kHz、功率为100~400W，处理时间为5~120min。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明所制得的Ag@Au核壳纳米颗粒的灵敏度对介质环境折光率的灵敏度可以达到570 nm/RIU如图1所示，明显的大于以前报道过的三角形的银纳米颗粒，球形的金、银纳米颗粒的灵敏度。
2、原则上讲，Ag纳米粒子由于更强和更窄的等离子体共振峰，可以被广泛的应用在化学和生物传感以及成像和催化方面，但是银纳米粒子的结构易在盐溶液，卤素，氧化剂，加热以及紫外灯照射等条件下发生改变，这就很大程度上限制了银纳米粒子在很多实际方面的应用。而当往银三角的表面镀上一层均匀且和很薄的金膜时，可以大大提高银三角的稳定性，从而提升银纳米粒子的实际应用价值。
本发明所制备的银三角纳米颗粒以及Ag@Au核壳结构纳米粒子的透射电镜照片如图2、3、4所示，可以看出银三角的表面镀上一层均匀且和很薄的金膜。
将Ag@Au核壳纳米颗粒分别浸入超纯水及PBS缓冲液(10 mM, pH= 7.4)中一段时间，经测定，其最大吸收波长未发生偏移，如图5、6所示，证明本发明所制备的Ag@Au核壳纳米颗粒具有很好的稳定性。
3、金纳米粒子具有易修饰以及很好的生物相容性的性质，所以本发明在银纳米粒子表面上沉积一层金膜，不仅有效地保护了银纳米粒子不受外界环境的干扰，还有效提高了银纳米颗粒的物理和化学性质。
将Ag@Au核壳结构的纳米颗粒分别浸入CH3OH (n = 1.3301), H2O (n = 1.333),CH3CN (n = 1.343), C2H5OH (n = 1.362), CH3(OH)CH3CH (n = 1.3776), HOCH2CH2OH(n = 1.4318)六种不同的溶剂中，测定紫外-近红外消光光谱的最大吸收光波如图7所示，并且将Ag@Au核壳纳米粒子的LSPR λmax的位移值与溶剂的折光率(n)进行线性回归，其线性关系较好（R2=0.992）如图8所示，证明本发明所制备的Ag@Au核壳纳米颗粒具有很好的灵敏度。
4、本发明针对环境水体中砷的检测缺少原位、高效手段这一难题，制作LSPR检测芯片监测水体中砷含量变化，具有方便、迅速、灵敏、高通量的检测的特性及广泛的应用价值。
5、本发明操作简单，成本低，稳定性好，灵敏度高。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为本发明制备的银三角纳米颗粒以及Ag@Au核壳结构纳米粒子的紫外-可见消光光谱图。
图2为本发明制备的银三角纳米颗粒以及Ag@Au核壳结构纳米粒子的透射电镜照片（20nm）。
图3为本发明制备的银三角纳米颗粒以及Ag@Au核壳结构纳米粒子的透射电镜照片（5nm）。
图4为本发明Ag@Au核壳结构纳米粒子的扫描电镜照片。
图5为本发明Ag@Au核壳纳米粒子在超纯水中储存一定时间的紫外-可见消光光谱。
图6为本发明Ag@Au核壳纳米粒子在PBS缓冲液(10 mM, pH= 7.4)中储存一定时间的紫外-可见消光光谱。
图7为本发明Ag@Au核壳结构的纳米颗粒在六种不同的溶剂中紫外-近红外消光光谱，从左至右: CH3OH (n = 1.3301), H2O (n = 1.333), CH3CN (n = 1.343), C2H5OH (n= 1.362), CH3(OH)CH3CH (n = 1.3776), HOCH2CH2OH (n = 1.4318)。
图8为本发明Ag@Au核壳纳米粒子的LSPR λmax的位移值与溶剂的折光率(n)的关系。
具体实施方式
实施例1 一种原位高通量检测芯片的制备方法，包括以下步骤：
⑴制备三角形的Ag@Au核壳纳米粒子：
①制备银三角纳米颗粒溶液：
将0.05mmol/L的AgNO3溶液和0.05mmol/L的柠檬酸钠溶液按照体积比49：1的比例混合，使其总体积为50mL；然后加入0.1mL质量分数为10%的H2O2溶液，最后，在搅拌条件下迅速加入新制冰冷的50mmol/L的NaBH4溶液0.1mL，反应结束后，即得银三角纳米颗粒溶液。
②合成Ag@Au核壳纳米颗粒的水溶液：
在银三角纳米颗粒溶液中加入0.1mmol/L的PVP溶液1mL，然后依次加入0.1mmol/L二乙胺溶液0.1mL、0.1mmol/L的抗坏血酸溶液0.1mL，混合均匀后在搅拌条件下加入0.01%的HAuCl4溶液0.1mL，反应结束后，即得Ag@Au核壳纳米颗粒的水溶液。
⑵基于Ag@Au三角纳米粒子的芯片的制备：
a. 制备处理后的玻璃基片：
将双面都没有磨砂的标准显微镜用玻璃基片裁成片状，清洗干净后依次浸入食人鱼酸洗液、质量浓度为10%的氨水中进行超声处理，使其表面羟基化，然后依次经超纯水清洗、氩气吹干后，在APTES混合液中浸泡进行表面氨基化处理，6h后得到表面已氨基化的玻璃基片，该表面已氨基化的玻璃基片在体积浓度为60%的乙醇中超声处理后依次经超纯水清洗、氩气吹干，最后在温度为60℃的条件下烘干至恒重，即得处理后的玻璃基片。
其中：片状尺寸为1cm×1cm。
APTES混合液是指3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)与无水乙醇按1：15的体积比（mL/ mL）混合而成的溶液。
超声处理条件是指超声波的频率为25kHz、功率为100W，处理时间为120min。
b. 玻璃基片表面Ag@Au核壳纳米粒子的组装：
将处理后的玻璃基片放入表面皿中，倒入Ag@Au核壳纳米颗粒的水溶液，并使该Ag@Au核壳纳米颗粒的水溶液没过处理后的玻璃基片，组装6h后，取出处理后的玻璃基片，并依次经超纯水清洗、氩气吹干，即得Ag@Au三角纳米粒子芯片。
实施例2 一种原位高通量检测芯片的制备方法，包括以下步骤：
⑴制备三角形的Ag@Au核壳纳米粒子：
①制备银三角纳米颗粒溶液：
将3mmol/L的AgNO3溶液和10mmol/L的柠檬酸钠溶液按照体积比30：20的比例混合，使其总体积为50mL；然后加入1mL质量分数为50%的H2O2溶液，最后，在搅拌条件下迅速加入新制冰冷的200mmol/L的NaBH4溶液1mL，反应结束后，即得银三角纳米颗粒溶液。
②合成Ag@Au核壳纳米颗粒的水溶液：
在银三角纳米颗粒溶液中加入2mmol/L的PVP溶液10mL，然后依次加入1mmol/L二乙胺溶液3mL、1mmol/L的抗坏血酸溶液3mL，混合均匀后在搅拌条件下加入1%的HAuCl4溶液10mL，反应结束后，即得Ag@Au核壳纳米颗粒的水溶液。
⑵基于Ag@Au三角纳米粒子的芯片的制备：
a. 制备处理后的玻璃基片：
将双面都没有磨砂的标准显微镜用玻璃基片裁成片状，清洗干净后依次浸入食人鱼酸洗液、质量浓度为50%的氨水中进行超声处理，使其表面羟基化，然后依次经超纯水清洗、氩气吹干后，在APTES混合液中浸泡进行表面氨基化处理，36h后得到表面已氨基化的玻璃基片，该表面已氨基化的玻璃基片在体积浓度为95%的乙醇中超声处理后依次经超纯水清洗、氩气吹干，最后在温度为80℃的条件下烘干至恒重，即得处理后的玻璃基片。
其中：片状尺寸、APTES混合液同实施例1。
超声处理条件是指超声波的频率为25kHz、功率为400W，处理时间为5min。
b. 玻璃基片表面Ag@Au核壳纳米粒子的组装：
将处理后的玻璃基片放入表面皿中，倒入Ag@Au核壳纳米颗粒的水溶液，并使该Ag@Au核壳纳米颗粒的水溶液没过处理后的玻璃基片，组装36h后，取出处理后的玻璃基片，并依次经超纯水清洗、氩气吹干，即得Ag@Au三角纳米粒子芯片。
实施例3 一种原位高通量检测芯片的制备方法，包括以下步骤：
⑴制备三角形的Ag@Au核壳纳米粒子：
①制备银三角纳米颗粒溶液：
将1.5mmol/L的AgNO3溶液和5mmol/L的柠檬酸钠溶液按照体积比35：15的比例混合，使其总体积为50mL；然后加入0.5mL质量分数为30%的H2O2溶液，最后，在搅拌条件下迅速加入新制冰冷的150mmol/L的NaBH4溶液0.5mL，反应结束后，即得银三角纳米颗粒溶液。
②合成Ag@Au核壳纳米颗粒的水溶液：
在银三角纳米颗粒溶液中加入1mmol/L的PVP溶液5mL，然后依次加入0.5mmol/L二乙胺溶液1.5mL、0.5mmol/L的抗坏血酸溶液1.5mL，混合均匀后在搅拌条件下加入0.5%的HAuCl4溶液5mL，反应结束后，即得Ag@Au核壳纳米颗粒的水溶液。
⑵基于Ag@Au三角纳米粒子的芯片的制备：
a. 制备处理后的玻璃基片：
将双面都没有磨砂的标准显微镜用玻璃基片裁成片状，清洗干净后依次浸入食人鱼酸洗液、质量浓度为30%的氨水中进行超声处理，使其表面羟基化，然后依次经超纯水清洗、氩气吹干后，在APTES混合液中浸泡进行表面氨基化处理，24h后得到表面已氨基化的玻璃基片，该表面已氨基化的玻璃基片在体积浓度为80%的乙醇中超声处理后依次经超纯水清洗、氩气吹干，最后在温度为70℃的条件下烘干至恒重，即得处理后的玻璃基片。
其中：片状尺寸、APTES混合液同实施例1。
超声处理条件是指超声波的频率为25kHz、功率为250W，处理时间为65min。
b. 玻璃基片表面Ag@Au核壳纳米粒子的组装：
将处理后的玻璃基片放入表面皿中，倒入Ag@Au核壳纳米颗粒的水溶液，并使该Ag@Au核壳纳米颗粒的水溶液没过处理后的玻璃基片，组装72h后，取出处理后的玻璃基片，并依次经超纯水清洗、氩气吹干，即得Ag@Au三角纳米粒子芯片。

Claims (4)

1.一种原位高通量检测芯片的制备方法，包括以下步骤：
⑴制备三角形的Ag@Au核壳纳米粒子：
①制备银三角纳米颗粒溶液：
将0.05~3mmol/L的AgNO3溶液和0.05~10mmol/L的柠檬酸钠溶液按照体积比49：1~30：20的比例混合，使其总体积为50mL；然后加入0.1~1mL质量分数为10%~50%的H2O2溶液，最后，在搅拌条件下迅速加入新制冰冷的50~200mmol/L的NaBH4溶液0.1~1mL，反应结束后，即得银三角纳米颗粒溶液；
②合成Ag@Au核壳纳米颗粒的水溶液：
在所述银三角纳米颗粒溶液中加入0.1~2mmol/L的PVP溶液1~10mL，然后依次加入0.1~1mmol/L二乙胺溶液0.1~3mL、0.1~1mmol/L的抗坏血酸溶液0.1~3mL，混合均匀后在搅拌条件下加入0.01%~1%的HAuCl4溶液0.1~10mL，反应结束后，即得Ag@Au核壳纳米颗粒的水溶液；
⑵基于Ag@Au三角纳米粒子的芯片的制备：
a. 制备处理后的玻璃基片：
将双面都没有磨砂的标准显微镜用玻璃基片裁成片状，清洗干净后依次浸入食人鱼酸洗液、质量浓度为10~50%的氨水中进行超声处理，使其表面羟基化，然后依次经超纯水清洗、氩气吹干后，在APTES混合液中浸泡进行表面氨基化处理，6~36h后得到表面已氨基化的玻璃基片，该表面已氨基化的玻璃基片在体积浓度为60~95%的乙醇中超声处理后依次经超纯水清洗、氩气吹干，最后在温度为60~80℃的条件下烘干至恒重，即得处理后的玻璃基片；
b. 玻璃基片表面Ag@Au核壳纳米粒子的组装：
将所述处理后的玻璃基片放入表面皿中，倒入所述Ag@Au核壳纳米颗粒的水溶液，并使该Ag@Au核壳纳米颗粒的水溶液没过所述处理后的玻璃基片，组装6~72h后，取出所述处理后的玻璃基片，并依次经超纯水清洗、氩气吹干，即得Ag@Au三角纳米粒子芯片。
2.如权利要求1所述的一种原位高通量检测芯片的制备方法，其特征在于：所述步骤a.中片状尺寸为1cm×1cm。
3.如权利要求1所述的一种原位高通量检测芯片的制备方法，其特征在于：所述步骤a.中APTES混合液是指3-氨基丙基三乙氧基硅烷与无水乙醇按1：15的体积比混合而成的溶液。
4.如权利要求1所述的一种原位高通量检测芯片的制备方法，其特征在于：所述步骤a.中超声处理条件是指超声波的频率为25kHz、功率为100~400W，处理时间为5~120min。
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