CN107153082B - 一种表面修饰的纳米通道膜及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种表面修饰的纳米通道膜，所述纳米通道膜的厚度为12μm～60μm，具有直径为10nm～600nm，平均密度为107/cm2～109/cm2的纳米通道，所述纳米通道表面修饰有粒径为5nm～100nm，密度为105/m2～109/m2的单分散性的纳米颗粒，所述纳米颗粒为金、银、钯、铂或钌中的一种或多种。本发明还公开了该纳米通道膜的制备方法及应用。通过本发明的纳米通道膜，具备修饰有纳米颗粒的纳米通道，其结构更接近于生物孔道结构，对于研究生命体物质和能量的转移过程十分必要。

Description

一种表面修饰的纳米通道膜及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于纳米材料领域，更具体地，涉及一种表面修饰的纳米通道膜及其制备方法与应用。
背景技术
金属纳米颗粒自身具有独特的光电子性能，较高的比表面积和生物相容性；通过改变纳米颗粒的大小、形状、以及环境，可以调控自身的氧化还原性、荧光/猝灭性、导电性、表面功能化和表面等离子体共振等性质；由于以上优良的物理化学性质，近年来引起了人们极大的重视。2014年Chan Beum Park制备出了修饰有金纳米颗粒的ITO膜，该薄膜通过金纳米颗粒修饰光敏染料，用于进行光能收集。该实验中生成的金纳米颗粒附着于平面固体基质表面，应用方面具有限制性。
在过去的几十年里，简单的响应性纳米材料蓬勃发展。人们通过研究形态，材料属性和表面功能多样化的纳米孔道，相继制备出了温度、pH、电压、光和离子响应性的功能纳米材料，而多功能纳米孔道的研究目前尚处于初级起步阶段。2014年Gary W.Rubloff团队开发出了一种孔道两端修饰有功能基团，中间是裸露孔道内壁的材料，然而该材料中同一修饰物在孔道内的分布是连续均匀的，它限制了材料的多功能化及其在生物检测等方面的应用。目前，并没有其它工作能够在孔道内表面修饰类似生物孔道中蛋白质分布的非连续的、独立的、零维的纳米颗粒。这对于设计和开发出更加复杂、更接近于真实生物孔道的多孔纳米材料提出了一个亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种表面修饰的纳米通道膜，其目的在于在纳米通道内修饰单分散性的金属纳米颗粒，从而制备出更接近生物孔道结构的纳米通道。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种表面修饰的纳米通道膜，所述纳米通道膜的厚度为12μm～60μm，具有直径为10nm～600nm，平均密度为107/cm2～109/cm2的纳米通道，所述纳米通道表面修饰有粒径为5nm～100nm，密度为105/m2～109/m2单分散性的纳米颗粒，所述纳米颗粒为金，银，钯，铂或钌中的一种或多种。
优选地，所述纳米通道膜的材料为阳极氧化铝、聚对苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯或聚酰亚胺。
作为进一步优选地，所述纳米通道膜的材料为阳极氧化铝。
优选的，所述纳米颗粒的粒径为30nm～80nm，密度为107/m2～108/m2。
按照本发明的另一方面，提供了一种上述纳米通道膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)活化处理纳米通道膜，所述纳米通道膜的厚度为12μm～60μm，具有直径为10nm～600nm，密度为107/cm2～109/cm2的纳米通道；
(2)将所述步骤(1)获得的纳米通道膜置于滤膜的顶部，在所述纳米通道膜的上表面添加浓度大于0.02mg/ml的盐酸多巴胺溶液，用大于-0.01Mpa的压力在滤膜的底部抽滤，使得所述纳米通道的内表面附着厚度为1nm～60nm的盐酸多巴胺溶液；
(3)将所述步骤(2)获得的纳米通道膜浸润浓度为0.01mM～100mM的前驱体溶液，使得所述前驱体与纳米通道的内表面的盐酸多巴胺在避光条件下充分反应，生成单分散性的纳米颗粒，获得所述表面修饰的纳米通道膜，其中，所述前驱体为Ag+、AuCl4 -、PdCl4 -、PtCl6 2-、Cd2+或Ru2+。
优选地，所述步骤(2)中抽滤所用的压力为-0.01Mpa～-0.1Mpa。
优选地，所述步骤(1)中活化处理的具体方法为，用浓度为1mM～10mM的酸溶液处理纳米通道膜1min～5min，使所述纳米通道的内表面变得粗糙。
优选地，所述步骤(2)中滤膜的孔径为0.22μm～0.8μm，厚度为0.1mm～0.9mm。
优选地，所述步骤(2)中抽滤的具体方法为，先在滤膜的底部抽滤，使得纳米通道膜的上表面的盐酸多巴胺溶液充分填充于纳米通道内部，再继续真空抽滤1min～30min除去多余的盐酸多巴胺溶液，使得纳米通道的内表面的盐酸多巴胺溶液的厚度为1nm～60nm。
优选地，在所述(2)和步骤(3)之间，还包括将所述纳米通道膜翻转，并在所述纳米通道膜的表面添加浓度大于0.02mg/ml的盐酸多巴胺溶液；用大于-0.01Mpa的压力抽滤，使得所述纳米通道表面附着厚度为1nm～60nm的盐酸多巴胺溶液。
优选地，所述前驱体溶液为第i前驱体溶液，所述纳米颗粒为第i纳米颗粒，i为1到N的整数，N为大于1的整数，在所述步骤(3)中，在所述纳米通道膜的表面添加浓度为0.01mM～100mM的第一前驱体溶液，使得所述第一前驱体与纳米通道表面的盐酸多巴胺在避光条件下充分反应，生成单分散性的第一纳米颗粒，然后重新执行步骤(2)-步骤(3)，使得所述第二前驱体与纳米通道表面的盐酸多巴胺在避光条件下充分反应，生成单分散性的第二纳米颗粒，…直至生成单分散性的第N纳米颗粒，获得所述表面修饰的纳米通道膜。
优选地，在所述步骤(3)之后还包括，清洗并干燥所述表面修饰的纳米通道膜。
优选地，所述盐酸多巴胺溶液的浓度为0.2mg/ml～20mg/ml。
优选地，所述前驱体溶液的浓度为0.1mM～10mM。
优选地，所述步骤(3)中的反应温度为5℃～60℃，反应时间为10min～60min。
按照本发明的另一方面，还提供了一种上述纳米通道膜在分子检测中的应用。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，由于利用了抽滤的方法，使得盐酸多巴胺与前驱体的氧化还原反应在纳米通道内进行，从而生成单分散性的金属纳米颗粒，能够取得下列有益效果：
1、利用了抽滤的方法，使得盐酸多巴胺与前驱体的氧化还原反应在纳米通道上进行，实现了纳米孔道内部同一修饰物的非连续分布；
2、通过调节反应温度、盐酸多巴胺溶液的浓度、真空抽滤方式、真空抽滤时间等条件，可以使金属纳米颗粒的尺寸、密度、异质分布等特点实现人为可控化；
3、裸露的金属纳米颗粒可以和巯基相结合，而孔道内壁的羟基能够与氨基反应，这种现象为实现选择性表面功能化，以及同一纳米孔道的多功能化提供了新的思路；
4、优选通过将纳米通道与多种前驱体溶液反应，能在纳米通道内制备不同种类的金属纳米颗粒，可以仿生生物孔道内多种蛋白质突起，不同功能化的复杂环境；在催化领域，能形成多反应物共同催化的功能；同时有效地提高生物分子检测的灵敏度以及光电信号转化的效率；
5、由于生物孔道内壁具有分散的蛋白质纳米突起，能够协助生物孔道选择性的完成物质和能量的传递；修饰有纳米颗粒的微纳米孔道，能够仿生生物孔道内真实的环境，对于研究生命体物质和能量的转移过程十分必要。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图；
图2为实施例1中样品膜片检测的结果；
图3为实施例2-5中所得样品膜片检测的结果；
图4为对比例，实施例1，实施例20以及实施例21所得样品膜片检测的结果；
图5为实施例22所得样品膜片检测的结果；
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-氯金酸，2-金纳米颗粒，3-多巴胺，4-AAO孔道。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供了一种表面修饰的纳米通道膜，所述纳米通道膜的材料为表面具有羟基，巯基或羧基等易于表面修饰的基团的材料，例如阳极氧化铝、聚对苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯或聚酰亚胺，纳米通道膜的厚度为12μm～60μm，具有直径为10nm～600nm，平均密度为107/cm2～109/cm2的纳米通道，所述纳米通道的内表面修饰有粒径为5nm～100nm，密度为105/m2～109/m2(纳米颗粒数/纳米通道的内表面积)的单分散性的纳米颗粒，纳米颗粒的粒径优选为30nm～80nm，密度优选为107/m2～108/m2，所述纳米颗粒为金，银，钯，铂或钌中的一种或多种。该纳米通道膜能够仿生生物孔道内真实的环境，并用于进行分子检测。
该纳米通道膜的制备方法包括以下步骤：
(1)选取纳米通道膜并对其进行活化处理，所述纳米通道膜的厚度为12μm～60μm，具有直径为10nm～600nm，密度为107/cm2～109/cm2的纳米通道；活化处理的目地是让纳米通道表面变得粗糙更容易附着纳米颗粒，具体方法可用酸或碱进行处理，例如用浓度为1mM～10mM的酸溶液处理纳米通道膜1min～5min即可使之活化；
(2)将所述步骤(1)获得的纳米通道膜置于孔径为0.22μm～0.8μm，厚度为0.1mm～0.9mm的滤膜上，并在所述纳米通道膜的表面添加浓度大于0.02mg/ml(优选0.2mg/ml～20mg/ml)的盐酸多巴胺溶液；用大于-0.01Mpa(优选-0.01Mpa～-0.1Mpa)的压力抽滤使得纳米通道膜表面的盐酸多巴胺溶液充分填充于纳米通道内部，再真空抽滤1min～30min除去多余的盐酸多巴胺溶液，使得纳米通道表面的盐酸多巴胺溶液的厚度为1nm～60nm；
(3)5℃～60℃下，在所述纳米通道膜的表面添加浓度为0.01mM～100mM(0.1mM～10mM)的前驱体溶液，使得纳米通道膜充分浸润前驱体溶液，并令所述前驱体与纳米通道表面的盐酸多巴胺在避光条件下反应10min～60min，生成单分散性的纳米颗粒，获得所述表面修饰的纳米通道膜；其中，所述前驱体为Ag+、AuCl4 -、PdCl4 -、PtCl6 2-、Cd2+或Ru2+；
(4)清洗并干燥所述表面修饰的纳米通道膜。
其中，纳米通道表面生成的纳米颗粒的粒径与步骤(2)中抽滤的时间相关，抽滤的时间越长，纳米通道表面的盐酸多巴胺溶液的厚度则越薄，纳米颗粒生长的空间则越大，生成的纳米颗粒的粒径则越大。
同理，当多巴胺溶液浓度变小时，由于纳米通道表面的盐酸多巴胺溶液的厚度变薄，因此生成的纳米颗粒的直径则增大，但同时由于盐酸多巴胺溶液浓度变小，纳米颗粒的生长点变少，纳米颗粒的密度也变小。
此外，步骤(3)中的反应温度和反应时间可以影响生成的纳米颗粒的密度，反应温度越高，时间越长，纳米颗粒的密度则越大。
如果采用双面抽滤的方法，例如在所述(2)和步骤(3)之间，将所述纳米通道膜翻转，并在所述纳米通道膜的表面添加浓度大于0.02mg/ml的盐酸多巴胺溶液；用大于-0.01Mpa的压力抽滤，使得所述纳米通道表面附着厚度为1nm～60nm的盐酸多巴胺溶液，可以使得纳米通道表面附着的盐酸多巴胺溶液的厚度不均，从而生成具有不同粒径分布的纳米颗粒。多种不同粒径的纳米颗粒存在，将在孔道内产生两种不同的有效截面积，并形成对于两种不同大小生物分子的匹配和相应的特异性检测。
如果需要在纳米通道表面生成多种纳米颗粒，可将前驱体溶液设置为第i前驱体溶液，所述纳米颗粒设置为第i纳米颗粒，N为纳米颗粒的种类数，为大于1的整数，i为1到N的整数，在所述步骤(3)中，在所述纳米通道膜的表面添加浓度为0.01mM～100mM的第一前驱体溶液，使得所述第一前驱体与纳米通道表面的盐酸多巴胺在避光条件下充分反应，生成单分散性的第一纳米颗粒，然后重新执行步骤(2)-步骤(3)，使得所述第二前驱体与纳米通道表面的盐酸多巴胺在避光条件下充分反应，生成单分散性的第二纳米颗粒，…直至生成单分散性的第N纳米颗粒，获得所述表面修饰的纳米通道膜。异质纳米颗粒的存在能够为微纳米孔道提供可修饰的不同材质界面。首先，在催化应用上，不同贵金属纳米颗粒共存能够用于非均相催化。其次，通过改变共价键的结合方式，能够在微纳米孔道接枝不同生物分子靶标。在微纳米孔道内可以实现多生物分子同时检测。此外，异质纳米颗粒的存在能够在孔道内形成不同的功能区域，能够应用多种物质和能量形式在孔道内传递过程。
对比例
取圆形的阳极氧化铝膜片(AAO)膜片，其直径为25mm，厚度为60μm，膜片上的孔道直径为40nm～70nm，平均密度为107/cm2～109/cm2。
配置12％的盐酸溶液，先取1ml盐酸溶液铺于容器底部，在溶液表面小心放入阳极氧化铝膜片后，再将2ml盐酸溶液滴加到膜片表面，超声2min使膜片上的孔道活化，取出膜片用去离子水冲洗数遍，再放入真空抽滤装置中，用去离子水抽洗至膜片内/外表面均无盐酸溶液的残留物，膜片干燥，备用。
实施例1
(1)首先配置12％的盐酸溶液，先取1ml盐酸溶液铺于容器底部，在溶液表面小心放入阳极氧化铝膜片后，再将2ml盐酸溶液滴加到膜片表面，超声2min，取出膜片用去离子水冲洗数遍，再放入真空抽滤装置中，用去离子水抽洗至膜片内/外表面均无盐酸溶液的残留物，膜片干燥，备用。
(2)模板孔道内表面修饰盐酸多巴胺溶液
用分析天平称取少量的盐酸多巴胺试剂，放入已灭菌的5ml离心管中，加去离子水密封超声片刻使之完全溶解(盐酸多巴胺溶液的浓度为2mg/ml)。
将经过盐酸处理的阳极氧化铝膜片(AAO)置于混合纤维树脂滤膜(滤膜的孔径为0.45μm，厚度为0.34mm)上，打开真空泵，至真空度为-0.1MPa，用移液枪将制备好的盐酸多巴胺溶液加于AAO膜表面，使盐酸多巴胺依赖其自身的黏附性附着于AAO孔道的内表面，抽滤持续20min，当溶液抽滤结束后再真空加抽1min，关闭真空泵。
(3)孔道内金纳米颗粒的生成
先取少量的1mM氯金酸溶液置于容器底部，将AAO膜片放在氯金酸液面上，在膜片表面再覆盖数滴的氯金酸溶液，超声处理片刻，锡箔纸包裹避光反应30min。
(4)所得样品的抽洗及保存
用镊子谨慎取出步骤四中氧化还原反应后的AAO膜片，用去离子水冲洗数遍，放入抽滤装置中，用去离子水抽洗至无氯金酸溶液残留，样品干燥，保存，表征待用。获得的AAO膜片的纵截面结构示意图如图1所示；其中，1为氯金酸，2为金纳米颗粒，3为多巴胺，4为AAO孔道。可以看出，氯金酸与通道内表面的多巴胺溶液反应，被多巴胺还原为金纳米颗粒。金纳米颗粒的生长受到微纳米孔道限制，从而在微纳米孔道生成分散的，三维在纳米尺度的金纳米颗粒。
将实验得到的AAO膜片用SEM测试其表面和侧截面，如图2所示，其表面图中可观察到：修饰金纳米颗粒后的AAO膜片其孔道的上(图2a)、下(图2b)端口均保持通畅，并未被金纳米颗粒所屏蔽堵死；其侧截面图中(图2c)发现：直径为30nm～50nm，密度为106/m2～107/m2(纳米颗粒个数/孔道的比表面积)的金纳米颗粒在孔道内壁上呈单分散、独立、零维分布。
实施例2
以所述的相同步骤重复实施例1，区别在于，步骤(3)中的环境温度由实施例1中20℃升为50℃，其SEM表征结果(图3a)与实施例1中的结果相似，只是孔道内修饰的金纳米颗粒的密度增大为107/m2～108/m2(纳米颗粒个数/孔道内的表面积)。
该实施例证明梯度增加环境温度，微纳米孔道内金纳米颗粒的密度将逐渐增大。通过调整环境温度能够调节孔道内金纳米颗粒密度。
实施例3
以所述的相同步骤重复实施例1，区别在于，步骤三中修饰盐酸多巴胺溶液后的真空抽滤时间由实施例1中的1min变为30min，其SEM表征结果(图3c)与实施例1中的结果相似，但是孔道内修饰的金纳米颗粒的密度没有发生变化，金纳米颗粒尺寸变大，变化范围为5nm～65nm。
这是由于，当多巴胺附着在微纳米孔道内，由于孔道内表面的粗糙，形成突起并成为最终的金纳米颗粒的生长点。在微纳米孔道，孔道内壁限制了颗粒生长。同时，多巴胺在纳米通道表面的厚度将改变孔道内径。当抽滤时间增加，多巴胺变薄，内径变大，所获得颗粒的尺寸较大。
该实施例证明梯度增加抽滤时间，微纳米孔道内金纳米颗粒的尺寸将逐渐增大。通过调整多巴胺的抽滤时间能够调节孔道内金纳米颗粒大小。
实施例4
以所述的相同步骤重复实施例1，区别在于，步骤二中盐酸多巴胺溶液的浓度由实施例1中的2mg/ml变为20mg/ml，其SEM表征结果(图3b)与实施例1中的结果相似，但是孔道内修饰的金纳米颗粒的尺寸变小，约为10nm～30nm，密度增大为108/m2～109/m2。
该实施例证明梯度增加多巴胺溶液的浓度，微纳米孔道内金纳米颗粒的密度将逐渐增大，颗粒尺寸逐渐减小。通过调整多巴胺溶液的浓度能够调节孔道内金纳米颗粒密度和颗粒大小。
实施例5
以所述的相同步骤重复实施例1，区别在于，其真空抽滤方式不同，即步骤三中单面抽滤修饰盐酸多巴胺溶液后(即抽滤持续20min，当溶液抽滤结束后再真空加抽1min)，小心取下膜片，将其上下面翻转，然后重复步骤三过程。翻转后，在抽滤条件下继续滴加盐酸多巴胺溶液，盐酸多巴胺溶液抽滤时间持续20min，并在抽滤结束后再真空抽滤1min。其SEM表征结果(图3d，其中粗线条标记为大颗粒，细线条标记为小颗粒)与实施例1中的结果相似，但是孔道内修饰的金纳米颗粒的尺寸出现两种不同颗粒尺寸分布区间，其中较大颗粒尺寸分布区间为60nm～80nm，较小颗粒尺寸分布区间为20nm～40nm。
这是由于当多巴胺附着在微纳米孔道内，由于孔道内表面的粗糙，形成突起并成为最终的金纳米颗粒的生长点。当翻转后再次抽滤，原有的生长点的多巴胺厚度将增大，所产生的颗粒尺寸较小。同时，原先生长点未覆盖的孔道表面将产生新的生长点，其附着的多巴胺厚度较小，所产生的颗粒尺寸较大。因此，最终在微纳米孔道内形成两种不同纳米颗粒尺寸分布区间。
该实施例证明通过双面交替抽滤的方式，能够在孔道内修饰具有不同颗粒尺寸分布的金纳米颗粒。当微纳米孔道应用在生物分子检测中，当孔道的有效截面积与将检测生物分子匹配时，能够产生特异性检测。在微纳米孔道内金纳米颗粒修饰的存在，将改变孔道内有效截面积。两种不同粒径分布的金纳米颗粒存在，将在孔道内产生两种不同的有效截面积，并形成对于两种不同大小生物分子的匹配和相应的特异性检测。
实施例6
以所述的相同步骤重复实施例1，区别在于，氧化铝模板的孔道直径为20～30nm。
实施例7
以所述的相同步骤重复实施例1，区别在于，氧化铝模板的孔道直径为80～100nm。
实施例8
以所述的相同步骤重复实施例1，区别在于，氧化铝模板的孔道直径为120～150nm。
观察实施例6-8，与实施例1中的结果相似，在不同孔径分布模板内成功修饰了金纳米颗粒。但是当氧化铝模板的孔径逐渐增大时，颗粒的尺寸并未增大。因此通过改变微纳米孔道的孔径大小，能够调控纳米颗粒与孔道内壁之间的空间大小。
实施例9
以所述的相同步骤重复实施例1，区别在于，采用同等浓度硝酸银溶液代替实施例1的步骤(3)中所采用的氯金酸水溶液，其SEM表征结果与实施例1中的结果相似，孔道内分布大量纳米银颗粒。
实施例10
以所述的相同步骤重复实施例1，区别在于，以同样浓度的CdI2水溶液取代氯金酸水溶液，获得修饰有Cd纳米颗粒的AAO膜片。
实施例11
以所述的相同步骤重复实施例1，区别在于，以同样浓度的Palladium(II)[1,3-bis(diphenylphosphino)propane]-bis(benzonitrile)-bis-tetrafluoroborate]水溶液取代氯金酸水溶液，获得修饰有Pd纳米颗粒的AAO膜片。
实施例12
以所述的相同步骤重复实施例1，区别在于，以同样浓度的Dichloro(1,5-cyclooctadiene)platinum(II)水溶液取代氯金酸水溶液，获得修饰有Pt纳米颗粒的AAO膜片。
实施例13
以所述的相同步骤重复实施例1，区别在于，以同样浓度的Bis(2-methylallyl)(1,5-cyclooctadiene)ruthenium(II)水溶液取代氯金酸水溶液，获得修饰有Ru纳米颗粒的AAO膜片。
实施例9-13与实施例1相比较，纳米颗粒尺寸未发生明显的变化，证实前驱体的种类，只会影响纳米颗粒的种类，不会影响纳米颗粒的大小。
实施例14
(1)首先配置12％的盐酸溶液，先取1ml盐酸溶液铺于容器底部，在溶液表面小心放入阳极氧化铝膜片后，再将2ml盐酸溶液滴加到膜片表面，超声2min，取出膜片用去离子水冲洗数遍，再放入真空抽滤装置中，用去离子水抽洗至膜片内/外表面均无盐酸溶液的残留物，膜片干燥，备用。
(2)模板孔道内表面修饰盐酸多巴胺溶液
将前处理过的阳极氧化铝膜片(AAO)置于滤膜(滤膜孔径0.45μm,厚度0.34mm)上，打开真空泵，至真空度为-0.1MPa，用移液枪将2mg/ml的盐酸多巴胺溶液加于AAO膜表面，使盐酸多巴胺依赖其自身的黏附性附着于AAO孔道的内表面，抽滤持续20min，当溶液抽滤结束后再真空加抽1min，关闭真空泵。
(3)孔道内Ag颗粒的生成
先取少量的1mM AgNO3溶液置于容器底部，将AAO膜片放在AgNO3溶液液面上，在膜片表面再覆盖数滴的AgNO3溶液，超声处理片刻，锡箔纸包裹避光反应30min。
(4)孔道内Au颗粒的生成
再次重复以上步骤(1)和步骤(2)，然后取少量的1mM HAuCl4溶液置于容器底部，将再次洗涤并修饰有多巴胺溶液的AAO膜片放在氯金酸液面上，在膜片表面再覆盖数滴的氯金酸溶液，超声处理片刻，锡箔纸包裹避光反应30min。
(5)用镊子谨慎取出步骤四中氧化还原反应后的AAO膜片，用去离子水冲洗数遍，放入抽滤装置中，用去离子水抽洗至无氯金酸溶液残留，样品干燥，保存，表征待用，获得纳米银颗粒与纳米金颗粒共存的微纳米通道。
实施例15
以所述的相同步骤重复实施例14，区别在于，在所述步骤(3)中，以HAuCl4溶液取代AgNO3溶液，在所述步骤(4)中，以Palladium(II)[1,3-bis(diphenylphosphino)propane]-bis(benzonitrile)-bis-tetraflu oroborate]溶液取代HAuCl4溶液，获得纳米钯颗粒与纳米金颗粒共存的微纳米通道。
实施例16
以所述的相同步骤重复实施例14，区别在于，在所述步骤(3)中，以HAuCl4溶液取代AgNO3溶液，在所述步骤(4)中，以CdI2溶液取代HAuCl4溶液，获得纳米镉颗粒与纳米金颗粒共存的微纳米通道。
实施例17
以所述的相同步骤重复实施例14，区别在于，在所述步骤(4)中，以Dichloro(1,5-cyclooctadiene)platinum(II)溶液取代HAuCl4溶液，获得纳米铂颗粒与纳米银颗粒共存的微纳米通道。
实施例18
以所述的相同步骤重复实施例14，区别在于，在所述步骤(4)中，以Palladium(II)[1,3-bis(diphenylphosphino)propane]-bis(benzonitrile)-bis-tetraflu oroborate]溶液取代HAuCl4溶液，获得纳米钯颗粒与纳米银颗粒共存的微纳米通道。
实施例19
以所述的相同步骤重复实施例14，区别在于，在所述步骤(4)中，以CdI2溶液取代HAuCl4溶液，获得纳米镉颗粒与纳米银颗粒共存的微纳米通道。
在实施例14-19中，异质纳米颗粒的存在能够为微纳米孔道提供可修饰的不同材质界面。首先，在催化应用上，不同贵金属纳米颗粒共存能够用于非均相催化。其次，通过改变共价键的结合方式，能够在微纳米孔道接枝不同生物分子靶标。在微纳米孔道内可以实现多生物分子同时检测。此外，异质纳米颗粒的存在能够在孔道内形成不同的功能区域，能够应用多种物质和能量形式在孔道内传递过程。
实验例20
步骤一：样品膜的真空处理
将实施例1制备的样品膜置于真空装置中，用单相双值电容电动机对装置抽3h真空，使AAO孔道内呈完全真空态。
步骤二：DNA序列的活化
取用0.5mg的TCEP(三(2-羧乙基)膦)作为活化剂，用0.086ml的Tris Buffer(10mMTris(hydroxymethyl)-aminonethane+1mM六水合氯化镁+500mM氯化钠)溶解，获得活化液。然后用移液枪分别移取1μl100μM的DNA序列S1((NH2)-TTTTATAAGTTTGGTGGTTAGAGAGTG)和1μl的活化液混合，常温下活化1h。S1序列的互补链S2使用前不需要活化(A17ACCAC12CAATCTCTCAC1)。
步骤三：真空抽滤法在AAO孔道内壁修饰DNA序列
在真空状态下将溶有的100μM S1DNA序列的Buffer溶液小心注入真空装置中放有膜片的烧瓶内，以能完全淹没膜片为准，将真空装置密封，存放过夜。
步骤四：修饰DNA后膜片的抽洗和存放
将修饰DNA后的AAO膜片取出，用Tris Buffer对其进行冲洗和抽洗，除去膜片表面和孔道内游离的DNA序列，然后将其冷冻干燥2h后存放备用。得到孔道内修饰有单链DNA的AAO模板。
实施例21
以所相同步骤重复实施例20，区别在于，将所述步骤三中加入的活化后的S1DNA序列换为不必活化的DNA序列S2(A17ACCAC12CAATCTCTCAC1)，得到孔道内修饰有DNA双链的AAO模板。
直接取未经任何修饰的阳极氧化铝膜，其直径为25mm，厚度为60μm，孔道直径为40～70nm，平均密度为107/cm2～109/cm2。
利用电化学交流阻抗分别测试对比例、实施例1、实施例20和实施例21，得到三条不同的阻抗变化趋势图(图4a，图4b是图4a对应的柱状图)。其中，1为交流阻抗的低频部分，半圆形半径大小表明了电荷转移电阻大小，即图4b中的Rct。2为交流阻抗的高频部分，直线斜率大小表明了Warburg阻抗的大小，即图4b中的W。说明带有氨基的DNA序列可修饰在孔道内，且加入它的互补链后，两条互补的DNA序列可以在孔道内自发完成互补链自组装的生命过程。
实验例22
以所述的相同步骤重复实验例20，区别在于，步骤三中所用Buffer中所含的DNA序列由实施例18中100μM S1序列改为50μM S1((NH2)-TTTTATAAGTTTGGTGGTTAGAGAGTG)序列和50μM S3((SH)-(TTTTTTTTTT)3-(CY5))序列混合，且S3在使用前不必活化。
DNA混合Buffer加入真空装置后需用锡箔纸包裹整个装置静置过夜。经步骤五后(全程在避光条件下进行)即可得到孔道内修饰有S1和S3两种DNA序列的AAO模板(AAO孔道内自带有羟基可与活化后的氨基结合，裸露的金纳米颗粒可与巯基结合)。
利用激光共聚焦显微镜对序列S3在孔道内的分布范围进行检测。由于S3序列上修饰有荧光基团CY5，通过检测CY5在孔道内的荧光范围和荧光强度就可直接反映S3在孔道内的修饰情况，从而间接反映出金纳米颗粒在孔道内的分布情况。荧光检测所用仪器为倒置激光共聚焦显微镜(confocal)。测试结果如图5所示，标记部分即为修饰有金纳米颗粒的区域，且荧光强度与金纳米颗粒的密度成正比。
该实施例证明，通过本发明的方法可以同时在孔道内非连续、交叉修饰不同的功能基团，还可以调节功能区域分布的密度、大小等条件，为纳米孔道内的选择性修饰及同一纳米孔道的多功能化提供新的材料和研究平台。
通过以上实施例和对比例可以看出，用本发明的方法可以在固体纳米孔道内表面修饰单分散分布、裸露的金纳米颗粒，促使纳米孔道内多种不同表面共存结构的形成；并可以通过改变实验温度、盐酸多巴胺溶液的浓度、真空抽滤方式、真空抽滤时间等条件，可控调节金纳米颗粒的尺寸、密度、异质结构等分布情况。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种表面修饰的纳米通道膜的制备方法，该纳米通道膜的厚度为12μm～60μm，具有直径为10nm～600nm，平均密度为107/cm2～109/cm2的纳米通道，所述纳米通道表面修饰有粒径为5nm～100nm，密度为105/m2～109/m2的单分散性的纳米颗粒，所述纳米颗粒为金、银、钯、铂或钌中的一种或多种；其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)活化处理纳米通道膜，所述纳米通道膜的厚度为12μm～60μm，具有直径为10nm～600nm，密度为107/cm2～109/cm2的纳米通道；
(2)将所述步骤(1)获得的纳米通道膜置于滤膜的顶部，在所述纳米通道膜的上表面添加浓度大于0.02mg/ml的盐酸多巴胺溶液，用大于-0.01Mpa的压力在滤膜的底部抽滤，使得所述纳米通道表面附着厚度为1nm～60nm的盐酸多巴胺溶液；
(3)将所述步骤(2)获得的纳米通道膜浸润浓度为0.01mM～100mM的前驱体溶液，使得所述前驱体与所述纳米通道表面的盐酸多巴胺在避光条件下充分反应，生成单分散性的纳米颗粒，获得所述表面修饰的纳米通道膜，其中，所述前驱体为Ag+、AuCl4 -、PdCl4 -、PtCl6 2-、Cd2+或Ru2+。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中活化处理的具体方法为，用浓度为1mM～10mM的酸溶液处理纳米通道膜1min～5min，使所述纳米通道表面变得粗糙。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中抽滤的具体方法为，先在滤膜的底部抽滤，使得纳米通道膜的上表面的盐酸多巴胺溶液充分填充于纳米通道内部，再继续真空抽滤1min～30min除去多余的盐酸多巴胺溶液，使得所述纳米通道表面附着厚度为1nm～60nm的盐酸多巴胺溶液。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述(2)和步骤(3)之间，还包括将所述纳米通道膜翻转，并在所述纳米通道膜的下表面添加浓度大于0.02mg/ml的盐酸多巴胺溶液，用大于-0.01Mpa的压力在滤膜的底部抽滤，使得所述纳米通道的内表面附着厚度为1nm～60nm的盐酸多巴胺溶液。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述前驱体溶液为第i前驱体溶液，所述纳米颗粒为第i纳米颗粒，i为1到N的整数，N为大于1的整数，在所述步骤(3)中，在所述纳米通道膜的表面添加浓度为0.01mM～100mM的第一前驱体溶液，使得所述第一前驱体与纳米通道表面的盐酸多巴胺在避光条件下充分反应，生成单分散性的第一纳米颗粒，然后重新执行步骤(2)-步骤(3)，使得第二前驱体与纳米通道表面的盐酸多巴胺在避光条件下充分反应，生成单分散性的第二纳米颗粒，…直至生成单分散性的第N纳米颗粒，获得所述表面修饰的纳米通道膜。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中的反应温度为5℃～60℃，反应时间为10min～60min。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述纳米通道膜的材料为阳极氧化铝、聚对苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯或聚酰亚胺。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述纳米颗粒的粒径为30nm～80nm，密度为107/m2～108/m2。
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