CN106782967A - 一种银纳米颗粒修饰的磁珠、其制备方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种银纳米颗粒修饰的磁珠、其制备方法及应用。首先通过水浴法合成磁珠前体内核，然后将该磁珠模板以糖基化修饰，修饰后的磁珠混合在一定浓度含有银离子的溶液中从而制得一种新型银纳米颗粒修饰的磁珠。本发明所制备的银纳米颗粒修饰的磁珠分散性、均一度良好，磁珠表面包被有均匀的银颗粒，本发明具有方法简单易行、产物不含有其他杂质以及环境友好等特点，可应用于医学检验、基因诊断以及环境(食品)安全痕量分析中。

Description

一种银纳米颗粒修饰的磁珠、其制备方法及应用
技术领域
本发明涉及生物技术领域，具体涉及一种银纳米颗粒修饰的磁珠、其制备方法及应用。
背景技术
纳米材料具有较高的比表面积，表面的官能团可以按照所需方案进行修饰成为分析领域的热点应用材料。磁性纳米材料在医学检验、基因诊断、环境污染物分析、食品安全分析等领域获得长足的发展。目前，研究工作的热点集中于新型磁性纳米材料的制备，与其它一些纳米材料相比，磁性纳米材料具备可实现快速磁性分离的特点，从而极大的减少了样品前处理步骤。
将特定的金属纳米材料引入到磁性材料表面，可以有效的提高对磁性纳米材料生物分子的组装和吸附能力，提高了磁性纳米材料应用于分析测试的灵敏度并拓展了磁性纳米材料在医学诊断等领域应用范围。通过自组装(self-assembly)过程以及原位沉积(on-site deposition)过程可以在磁性纳米表面构筑多种金属纳米材料，并可以基于该平台发展多种金属沉积方案。基于这些方法将金属纳米颗粒与磁性材料构筑成为磁性纳米复合物将成为一种新型的磁性纳米复合物，不仅具备磁性材料的易分离特点也同时拥有金属纳米颗粒的高催化活性、高吸附能力等优点，能够为医学检验、基因诊断、食品安全快速的技术发展提供新型纳米材料。将以上建立的新型金属纳米颗粒特别是银纳米修饰磁性材料不仅能够快速简便的富集生物样本中的特定蛋白、多肽、核苷酸序列等生物活性物质，还可以富集检测环境或食品样品中的某些痕量有害残留物。在化学发光分析与荧光免疫分析中，银纳米颗粒磁珠具有显著增强分析体系的信号能力。因此有望通过底物的拓展能够在环境以及食品安全的快速分析领域发挥重要作用，此外，银纳米修饰材料还具有天然抗菌的特点，这点是其他金属纳米材料所不具备的。
许多文献报道了将金属颗粒修饰在纳米材料的表面，并对这些新型杂化材料的电学、磁学以及光学等性能进行了研究。在这些研究中，银纳米颗粒修饰的磁性纳米材料(以下简称Ag@MB)具有广泛的应用前景包括催化剂、医学诊断、环境(食品)污染物痕量分析等领域。目前制备Ag@MB的主要方法有热分解反应、化学气相沉积、表面还原以及真空溅射等，采用上述方法制备有以下不足包括：1、合成过程过于苛刻，磁性微球表面包被不均匀。2、合成过程环境友好性不佳、试剂消耗量大，且某些合成过程需要大量有机溶剂。这些前处理过程在一定程度上限制了银修饰磁珠的表面完整性，降低了其表面生物活性功能。
发明内容
本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种银纳米颗粒修饰的磁珠、其制备方法及应用。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种银纳米颗粒修饰的磁珠，所述磁珠为顺磁性磁珠，其外被粒径均一的银纳米颗粒包被。
优选地，所述磁珠的粒径在300-1000nm之间，所述银纳米颗粒的粒径在10-50nm之间。
制备所述的银纳米颗粒修饰磁珠的方法，包括以下步骤：
(1)磁性前体模板材料的处理：将合成好的磁性前体模板材料置于抽滤装置中，用一定的酸性溶液润洗，空气流抽干，获得洁净的磁性前体模板材料；
(2)磁性前体模板材料的修饰：将一定量处理后的磁性前体模板材料置于高压反应罐体中，每10mg磁性前体模板材料加入5-10毫升一定浓度的糖溶液，加热至160-220度，2-8小时后取出冷却至室温；取出磁性分散液，用去离子水反复润洗，磁性分离，重复润洗分离2-3次，可获得糖基化修饰的磁性前体模板材料；
(3)配制一定浓度的银离子前驱物溶液，混匀，并适当加热该混合溶液至50-100度；将第二步制备的糖基化修饰的磁性前体模板材料分散在去离子水中形成分散液；每10毫升银离子前驱物溶液中逐滴加入该分散液1-5mL，反应15-60分钟，并保持搅拌，使模板材料饱和吸附银离子前驱物溶液并逐步沉积在磁性材料表面形成银纳米颗粒；
(4)利用磁性吸附，将上述溶液合成的磁性纳米材料以去离子水反复清洗3-5次，最终获得反应生成的银纳米颗粒修饰的磁珠。
优选地，步骤(1)所述模板材料为粒径均一的顺磁性磁核，粒径分布范围较小，尺度在300-1000纳米之间。
优选地，步骤(2)所述糖溶液为一种天然单糖或者一种寡糖，分子量在150-550之间。
优选地，步骤(2)所述糖溶液的溶剂是去离子水，浓度为50～500mM。
优选地，步骤(3)所述银离子前驱物溶液的溶质是醋酸银或硝酸银，质量浓度为0.5％-10％之间。
更进一步地，步骤(3)所述银离子前驱物溶液的配制方法是：将醋酸银或硝酸银溶液加入氢氧化钠溶液中形成沉淀后，再加入氨水溶液形成澄清透明的银氨溶液。
优选地，所述制备方法还包括对糖基化修饰的磁性前体模板材料要进行磁性分离、洗涤，然后重复步骤(2)若干次，形成稳定的糖基化修饰的磁性前体模板材料。
所述的银纳米颗粒修饰的磁珠在医学检验、基因诊断以及环境(食品)安全痕量分析中的应用。
本发明的有益效果在于：
用于医学诊断的磁性纳米材料主要有氨基化或者羧基化的磁珠，具有很大的比表面积和良好的界面。将磁珠作为模板并在其表面修饰其他金属纳米材料或金属氧化物材料已有文献报道。本发明以天然糖溶液以及银离子水溶液为前驱物，用表面原位还原方法在糖基化磁性纳米材料表面沉积银纳米颗粒，在此水解还原形成过程中，银纳米粒子被原位还原吸附包裹进入糖基化磁珠的表面多空结构中，因而完成了相应的修饰过程。银纳米颗粒修饰的磁珠能够对医学生物样本中的核苷酸序列、某些多肽和蛋白质具有特定的选择吸附作用，此外，由于纳米银本身的催化作用，银纳米颗粒修饰的磁珠可以显著增强化学发光、免疫荧光检测的信号值。因此，本发明制备的银纳米颗粒修饰的磁珠可广泛应用于医学和生物诊断、环境和食品安全痕量分析中。
附图说明
图1为通过原位还原过程银纳米颗粒在磁性纳米材料表面形成纳米复合物合成主要步骤示意图；
图2为银纳米颗粒修饰的磁珠表面的元素分析示意图；
图3为无银纳米颗粒修饰的磁珠(A)和有银纳米颗粒修饰的磁珠(B)的扫描电镜图对比(500nm尺度)。
具体实施方式
为更好理解本发明，下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述，以下实施例仅是对本发明进行说明而非对其加以限定。
实验材料：
以下所采用的磁性纳米前体为水浴法合成制备的。该磁性纳米前体直径在300-1000nm之间，既可以市场上购买也可以自制。下列试剂用于银纳米颗粒修饰步骤：含醛基的单糖或寡糖(木醛糖、阿拉伯糖、葡萄糖、麦芽糖或者上述化合物的混合物，99％，购自国药科技股份有限公司)、盐酸、硝酸、硝酸银
材料表征：
采用扫描电子显微镜加EDX组件完成，对磁性纳米材料包被银纳米颗粒前后的形貌进行表征。
制备糖基化的磁珠是在特氟龙材料的高压反应釜内完成的，银纳米修饰是在带有搅拌桨的圆底烧瓶中实现的，图1是制备过程的示意图。
实施例1制备银纳米颗粒修饰的磁珠
如图1所示，制备银纳米颗粒修饰的磁珠的制备方法包括以下步骤：
(1)配制0.5M浓度的葡萄糖溶液，溶剂为去离子水。
(2)称量20mg经酸润洗后洁净的磁性前体模板材料，加入10毫升上述葡萄糖溶液，超声分散后移入特氟龙反应罐中，拧紧罐体，移入烘箱中，加热至160度，反应6小时，取出冷却至室温。弃上清液后将底部材料磁性分离并以去离子水多次洗涤，去除杂质。该步骤可以重复若干次，以获得不同厚度的糖基化包被，获得糖基化修饰的磁性前体模板材料。取上述20mg糖基化修饰的磁性前体模板材料分散在2mL去离子水中形成10mg/mL分散液。
(3)配制1％的银离子溶液20mL，移入圆底烧瓶，水浴温度60度，搅拌桨速度300转每分钟，逐滴加入上述糖基化修饰的磁性前体模板材料分散液，反应30分钟并搅拌，继续搅拌30分钟后，取出磁性材料，以去离子水多次洗涤、磁性分离，获得最终产物，银纳米离子包被的磁性微球。
实施例2制备银纳米颗粒修饰的磁珠
(1)配制0.3M浓度的阿拉伯糖溶液，溶剂为去离子水。
(2)称量50mg经酸润洗后洁净的磁性前体模板材料，加入50毫升上述阿拉伯糖溶液，超声分散后移入特氟龙反应罐中，拧紧罐体，移入烘箱中，加热至180度，反应8小时，取出冷却至室温。弃上清液后将底部材料转移至抽滤装置上，滤膜孔径为0.45微米，开启抽滤装置，去离子水多次洗涤，去除杂质。该步骤可以重复2-3次，以获得不同厚度的糖基化包被，获得糖基化修饰的磁性前体模板材料。取10mg糖基化修饰的磁性前体模板材料分散在2mL去离子水中形成5mg/mL分散液。
(3)配制5％的银离子溶液20mL，移入圆底烧瓶中，水浴温度60度，搅拌桨速度300转每分钟，逐滴加入上述糖基化修饰的磁性前体模板材料分散液2ml，反应30分钟并搅拌，继续搅拌30分钟后，取出磁性材料，以去离子水多次洗涤、磁性分离，获得最终产物，银纳米离子包被的磁性微球。
实施例3制备银纳米颗粒修饰的磁珠
(1)配制0.05M浓度的麦芽糖溶液，溶剂为去离子水。
(2)称量50mg经酸润洗后洁净的磁性前体模板材料，加入40毫升上述麦芽糖溶液，超声分散后移入特氟龙反应罐中，拧紧罐体，移入烘箱中，加热至220度，反应2小时，取出冷却至室温。弃上清液后将底部材料转移至抽滤装置上，滤膜孔径为0.45微米，开启抽滤装置，去离子水多次洗涤，去除杂质。该步骤可以重复2-3次，以获得不同厚度的糖基化包被，获得糖基化修饰的磁性前体模板材料。取10mg糖基化修饰的磁性前体模板材料分散5mL去离子水中形成2mg/mL分散液。
(3)配制10％的银离子溶液20mL，移入圆底烧瓶中，水浴温度60度，搅拌桨速度300转每分钟，逐滴加入上述糖基化修饰的磁性前体模板材料分散液5ml，反应30分钟并搅拌，继续搅拌30分钟后，取出磁性材料，以去离子水多次洗涤、磁性分离，获得最终产物，银纳米离子包被的磁性微球。
实施例4银纳米颗粒修饰磁珠在化学发光免疫检测中应用
(1)取实施例1中合成的银纳米颗粒修饰的磁珠10mg，磁性分离去水后重新分散于50mL去离子水中，超声波震荡3min后移入三颈烧瓶中，水浴加热70℃后，使用机械搅拌机，并加入0.2mL丙烯酸，2g过硫酸钠，反应1H后再加入0.2ml丙烯酸，持续反应1H时后终止反应(反应全程通入氮气保护)。使用去离子水以及超声波震荡洗涤3次。用1mL去离子水保存。重新分散在去离子水中，定容至最终浓度为10mg/mL。
(2)取上述羧基化后银纳米颗粒修饰磁珠100微升，加入一定量的偶联剂将其和胃泌素抗体偶联，形成备用的免疫活性磁珠。基于全自动化学发光检测仪实时检测人血清中的胃泌素含量。与普通羧基化磁珠相比，同等底物浓度下，可增强化学发光信号值2-5倍。
实施例5用于基因诊断检测的巯基DNA修饰银纳米颗粒磁珠制备
(1)配制10μM的巯基末端修饰小片段核酸序列(如15个胸腺嘧啶T)。
(2)取1mL银纳米颗粒修饰的磁珠(10mg/mL)加入100微升上述巯基末端核算序列，孵育18小时。
(3)调整溶液的pH值与离子强度，以0.01M的100μLPBS缓冲液(pH＝8.0)调整溶液pH值继续反应6小时，再每间隔3小时增加20μL的2M的氯化钠溶液以调整溶液离子强度，重复2次。
(4)此后继续静置上述溶液48小时，磁性分离并以20mM Tris–HCl buffer(pH8.0)重新悬浮以便清洗纯化探针磁珠。获得的稳定修饰的巯基DNA修饰银纳米颗粒磁珠可用于基因诊断或目标DNA的富集。与单纯的纳米银结合巯基DNA相比，银纳米颗粒修饰磁珠无需后续的离心步骤，有效避免了离心带来的纳米探针团聚的问题。
表1银纳米颗粒修饰的磁珠表面的元素含量(银)分布浓度。
本发明中银纳米颗粒在磁性纳米材料上的沉积是通过原位沉积反应实现的。图1是制备银纳米颗粒修饰磁珠的示例性步骤。如图所示，本方法具有方法简单、易行且环境友好的优点。图2是银纳米颗粒修饰的磁珠的扫描电镜下表面元素分布谱图，该图显示，表面银谱峰非常明显，已接近磁珠中铁的本底含量，图3显示了无银纳米修饰的磁珠前体(A)和经过银纳米修饰后的磁珠(B)对比，由该图可见，未经银纳米修饰的糖基化磁珠前体表面相对光滑、而经过银纳米修饰的磁珠表面呈现明显的纳米颗粒物，且粒径相对均匀，直径约在20nm左右。表1是对实施例中合成出的银纳米磁珠表面元素分析结果，表格数据显示，存在于磁珠表面的主要元素是，C、O、Fe和Ag，其中C和O应是来源于磁珠表面糖基化的效果，而Fe则是来自磁珠本身的铁基成分，磁珠表面的银含量则高达24.1％。显示出，磁珠表面的银含量比较高。本发明通过糖基化的磁珠在银离子溶液中实现原位还原沉积，从而制备了新型纳米杂化材料。
本发明提供的制备金属纳米颗粒修饰的磁珠方法具有简单易行、产物不含杂质等优点。对设备、试剂等无特殊要求，因此具备进行放大实验且易量产。
以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种银纳米颗粒修饰的磁珠，其特征在于：所述磁珠为顺磁性磁珠，其外被粒径均一的银纳米颗粒包被。
2.根据权利要求1所述的一种银纳米颗粒修饰的磁珠，其特征在于：所述磁珠的粒径在300-1000nm之间，所述银纳米颗粒的粒径在10-50nm之间。
3.制备权利要求1所述的银纳米颗粒修饰磁珠的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)磁性前体模板材料的处理：将合成好的磁性前体模板材料置于抽滤装置中，用一定的酸性溶液润洗，空气流抽干，获得洁净的磁性前体模板材料；
(2)磁性前体模板材料的修饰：将一定量处理后的磁性前体模板材料置于高压反应罐体中，每10mg磁性前体模板材料加入5-10毫升一定浓度的糖溶液，加热至160-220度，2-8小时后取出冷却至室温；取出磁性分散液，用去离子水反复润洗，磁性分离，重复润洗分离2-3次，可获得糖基化修饰的磁性前体模板材料；
(3)配制一定浓度的银离子前驱物溶液，混匀，并适当加热该混合溶液至50-100度；将第二步制备的糖基化修饰的磁性前体模板材料分散在去离子水中形成分散液；每10毫升银离子前驱物溶液中逐滴加入该分散液1-5mL，反应15-60分钟，并保持搅拌，使模板材料饱和吸附银离子前驱物溶液并逐步沉积在磁性材料表面形成银纳米颗粒；
(4)利用磁性吸附，将上述溶液合成的磁性纳米材料以去离子水反复清洗3-5次，最终获得反应生成的银纳米颗粒修饰的磁珠。
4.根据权利要求3所述的银纳米颗粒修饰磁珠的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述磁性前体模板材料为粒径在300-1000纳米之间顺磁性纳米材料。
5.根据权利要求3所述的银纳米颗粒修饰磁珠的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述糖溶液为一种天然单糖或者一种寡糖，分子量在150-550之间。
6.根据权利要求3所述的银纳米颗粒修饰磁珠的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述糖溶液的溶剂是去离子水，浓度为50～500mM。
7.根据权利要求3所述的银纳米颗粒修饰磁珠的制备方法，其特征在于：步骤(3)所述银离子前驱物溶液的溶质是醋酸银或硝酸银，质量浓度为0.5％-10％之间。
8.根据权利要求7所述的银纳米颗粒修饰磁珠的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述银离子前驱物溶液的配制方法是：将醋酸银或硝酸银溶液加入氢氧化钠溶液中形成沉淀后，再加入氨水溶液形成澄清透明的银氨溶液。
9.根据权利要求3所述的银纳米颗粒修饰磁珠的制备方法，其特征在于：所述制备方法还包括可以对糖基化修饰的磁性前体模板材料重复步骤(2)若干次，以形成稳定的糖基化修饰的磁性前体模板材料。
10.权利要求1-9任一项所述的银纳米颗粒修饰的磁珠在医学检验、基因诊断以及环境(食品)安全痕量分析中的应用。
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