CN107213858A - 壳核分子印迹二氧化硅/金纳米粒子复合材料的制备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种壳核分子印迹二氧化硅/金纳米粒子复合材料的制备方法，包括以下步骤：制备二氧化硅纳米球、制备氨基改性二氧化硅纳米球、制备壳核分子印迹二氧化硅/金纳米粒子复合材料。本发明的有益效果：无机分子印迹纳米材料的制备过程环保、廉价，且金纳米粒子的引入有效地增加了分子印迹材料对于半胱氨酸对映体的识别效果。

Description

壳核分子印迹二氧化硅/金纳米粒子复合材料的制备
技术领域
本发明涉及一种壳核分子印迹二氧化硅/金纳米粒子复合材料的制备方法，属材料和生物技术研究领域。
背景技术
近几年，二氧化硅材料由于其独特的生物相容性能得到了广泛的研究，通过溶胶-凝胶技术合成的二氧化硅印迹材料可应用于具有生物活性的化合物的检测。二氧化硅材料的孔隙度可以大大提高扩散渗透到聚合物基质中的分析物，对分子印迹传感器至关重要。同时，纳米粒子，尤其是金纳米粒子因为它们独特的化学和物理特性，如电子，光学和热学性质，显示了其在生物和化学领域的应用潜力，大比表面积使得金纳米粒子成为新型纳米分子印迹的基体材料。然而，制备的金纳米粒子稳定性差(在溶液中易聚集或在恶劣条件下形状/尺寸发生变化)限制了它们在光学、感测和催化等多领域的实际应用。因此，金纳米粒子表面上的配体交换或附加涂层对于保持结构并改善所需官能度的性质是必要的。用二氧化硅壳涂层更具优势，二氧化硅涂层不仅提供高稳定性、化学惰性和生物相容性，而且还能通过化学修饰二氧化硅壳的表面而进行后续的官能化。最近，具有可调节孔洞和高表面积的多孔二氧化硅壳已经涂覆在GNR的表面上用于某些重要的化学和生物应用，例如催化反应和药物缓释。
选用二氧化硅和金纳米粒子的复合材料作为基底，将模版分子半胱胺酸通过Au-S键作用固定到基底上，并在其表面修饰二氧化硅壳，煅烧去除模版分子，得到壳核分子印迹二氧化硅/金纳米粒子复合材料，该分子印迹复合材料可用于半胱胺酸对映体的电化学手性识别。
发明内容
本发明涉及一种壳核分子印迹二氧化硅/金纳米粒子复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1.制备壳核分子印迹二氧化硅/金纳米粒子复合材料，其特征在于：步骤如下：
a、制备二氧化硅纳米球：配制包含61.75mL乙醇，24.75mL去离子水和8～10mL氨水的混合溶液中，加入3～5mL硅酸四乙酯，磁力搅拌，反应2h后，离心、洗涤、冷冻干燥得到二氧化硅纳米球；
b、制备氨基改性二氧化硅纳米球：将步骤a中制得的二氧化硅纳米球超声分散在40mL乙醇中，加入150～300μL 3-氨丙基三乙氧基硅烷，搅拌12h，80℃加热至回流，回流时间为0.5～2h，待回流结束后，冷却至室温，离心洗涤，干燥，备用；
c、制备金胶：配制50mL的质量分数为0～0.02％的HAuCl4溶液，加热至沸腾，然后加入1.75mL质量分数为0.5～2％的柠檬酸三钠溶液，持续加热20min后，冷却至室温，4℃存储备用；
d、制备壳核分子印迹二氧化硅/金纳米粒子复合材料：；将步骤b所得的氨基改性二氧化硅纳米球超声分散在25mL金胶中，4℃静置24h，离心、洗涤，得到二氧化硅/金纳米粒子复合材料；将上述二氧化硅/金纳米粒子复合材料超声分散在1mL去离子水中，然后滴加到1～3mM的L-半胱氨酸溶液中，搅拌12h，离心、冷冻干燥，得到二氧化硅/金纳米粒子/L-半胱胺酸复合材料；取80mg上述二氧化硅/金纳米粒子/L-半胱胺酸复合材料，加入到包含有95mL去离子水，43mL乙醇和1～3mL氨水的混合溶液中，超声处理，将1～3mL的TEOS溶于6mL的乙醇后缓慢滴加到上述混合溶液中，搅拌18h，离心、洗涤、冷冻干燥，400℃～600℃下于马弗炉中煅烧1～3h，得到壳核分子印迹二氧化硅/金纳米粒子复合材料。
进一步，步骤a中硅酸四乙酯和氨水的量分别为4.5mL和9.0mL。
进一步，步骤b中3-氨丙基三乙氧基硅烷的量为200μL，回流时间为1h。
进一步，步骤c中HAuCl4和柠檬酸三钠的质量分数分别为0.01％和1％。
进一步，步骤d中L-半胱氨酸的浓度为2mM，TEOS的量为2.5mL，氨水的量为2.5mL，煅烧温度500℃、煅烧时间2h。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1为掺杂模板分子和形成分子印迹的二氧化硅的红外光谱图。
图2为恒电位富集后L-/D-半胱氨酸的DPV图
具体实施方式
现在结合具体实施例对本发明做进一步说明，以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。
实施例一：
壳核分子印迹二氧化硅/金纳米粒子复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备二氧化硅纳米球：配制包含61.75mL乙醇，24.75mL去离子水和8～10mL氨水的混合溶液中，加入3～5mL硅酸四乙酯，磁力搅拌，反应2h后，离心、洗涤、冷冻干燥得到二氧化硅纳米球。
(2)制备氨基改性二氧化硅纳米球：将步骤(1)中制得的二氧化硅纳米球超声分散在40mL乙醇中，加入150～300μL 3-氨丙基三乙氧基硅烷，搅拌12h，80℃加热至回流，回流时间为0.5～2h，待回流结束后，冷却至室温，离心洗涤，干燥，备用。
(3)制备金胶：配制50mL的质量分数为0～0.02％的HAuCl4溶液，加热至沸腾，然后加入1.75mL质量分数为0.5～2％的柠檬酸三钠溶液，持续加热20min后，冷却至室温，4℃存储备用。
(4)制备壳核分子印迹二氧化硅/金纳米粒子复合材料：将步骤(2)所得的氨基改性二氧化硅纳米球超声分散在25mL金胶中，4℃静置24h，离心、洗涤，得到二氧化硅/金纳米粒子复合材料。将上述二氧化硅/金纳米粒子复合材料超声分散在1mL去离子水中，然后滴加到1～3mM的L-半胱氨酸溶液中，搅拌12h，离心、冷冻干燥，得到二氧化硅/金纳米粒子/L-半胱胺酸复合材料。取80mg上述二氧化硅/金纳米粒子/L-半胱胺酸复合材料，加入到包含有95mL去离子水，43mL乙醇和1～3mL氨水的混合溶液中，超声处理，将1～3mL的TEOS溶于6mL的乙醇后缓慢滴加到上述混合溶液中，搅拌18h，离心、洗涤、冷冻干燥，400℃～600℃下于马弗炉中煅烧1～3h，得到壳核分子印迹二氧化硅/金纳米粒子复合材料。
制备的壳核分子印迹二氧化硅/金纳米粒子复合材料可用于半胱氨酸对映体的电化学手性识别。制备涂覆壳核分子印迹二氧化硅/金纳米粒子复合材料的氧化铟锡电极，将制备的电极浸入到25mL包含1mM L/D-半胱氨酸的0.1MPBS(pH＝7.0)溶液中，在恒电位的条件下，施加0.25V的电压富集1000s，然后将该氧化铟锡电极取出，溶液中剩余的半胱氨酸浓度可通过玻碳电极检测，具体步骤为：将玻碳电极浸入到上述的剩余溶液中，然后在0～1.0V(vs.SCE)的电位窗口范围内，电位增量为4mV，振幅为50mV进行DPV测试，记录相应的氧化峰电位和电流，比较氧化峰电位和电流的差别。由图2可知，壳核分子印迹二氧化硅/金纳米粒子复合材料对于L/D-半胱氨酸的识别电流比为2.2，说明壳核分子印迹二氧化硅/金纳米粒子复合材料对于半胱氨酸对映体具有有效的识别效率。
如图1，691cm-1、1400cm-1处的峰归因于为C-S、C-N键，为L-半胱胺酸的特征吸收峰。1080cm-1和800cm-1处的峰为Si-O的伸缩振动峰，1630cm-1和950cm-1处的峰为Si-O-H的伸缩振动峰，以上四个峰为二氧化硅的特征吸收峰。因此说明L-半胱胺酸被包埋进入二氧化硅中。图中上方曲线为形成分子印迹二氧化硅的红外光谱图，从图中发现691cm-1、1400cm-1处L-半胱胺酸的振动峰消失了，说明煅烧可以将L-半胱胺酸模板分子脱除。
本发明的有益效果：无机分子印迹纳米材料的制备过程环保、廉价，且金纳米粒子的引入有效地增加了分子印迹材料对于半胱氨酸对映体的识别效果。

Claims (5)

1.制备壳核分子印迹二氧化硅/金纳米粒子复合材料，其特征在于：步骤如下：
a、制备二氧化硅纳米球：配制包含61.75mL乙醇，24.75mL去离子水和8～10mL氨水的混合溶液中，加入3～5mL硅酸四乙酯，磁力搅拌，反应2h后，离心、洗涤、冷冻干燥得到二氧化硅纳米球；
b、制备氨基改性二氧化硅纳米球：将步骤a中制得的二氧化硅纳米球超声分散在40mL乙醇中，加入150～300μL 3-氨丙基三乙氧基硅烷，搅拌12h，80℃加热至回流，回流时间为0.5～2h，待回流结束后，冷却至室温，离心洗涤，干燥，备用；
c、制备金胶：配制50mL的质量分数为0～0.02％的HAuCl4溶液，加热至沸腾，然后加入1.75mL质量分数为0.5～2％的柠檬酸三钠溶液，持续加热20min后，冷却至室温，4℃存储备用；
d、制备壳核分子印迹二氧化硅/金纳米粒子复合材料：将步骤b所得的氨基改性二氧化硅纳米球超声分散在25mL金胶中，4℃静置24h，离心、洗涤，得到二氧化硅/金纳米粒子复合材料；将上述二氧化硅/金纳米粒子复合材料超声分散在1mL去离子水中，然后滴加到1～3mM的L-半胱氨酸溶液中，搅拌12h，离心、冷冻干燥，得到二氧化硅/金纳米粒子/L-半胱胺酸复合材料；取80mg上述二氧化硅/金纳米粒子/L-半胱胺酸复合材料，加入到包含有95mL去离子水，43mL乙醇和1～3mL氨水的混合溶液中，超声处理，将1～3mL的TEOS溶于6mL的乙醇后缓慢滴加到上述混合溶液中，搅拌18h，离心、洗涤、冷冻干燥，400℃～600℃下于马弗炉中煅烧1～3h，得到壳核分子印迹二氧化硅/金纳米粒子复合材料。
2.根据权利要求1所述制备壳核分子印迹二氧化硅/金纳米粒子复合材料，其特征是：所述步骤a中硅酸四乙酯和氨水的量分别为4.5mL和9.0mL。
3.根据权利要求1所述制备壳核分子印迹二氧化硅/金纳米粒子复合材料，其特征是：所述步骤b中3-氨丙基三乙氧基硅烷的量为200μL，回流时间1h。
4.根据权利要求1所述制备壳核分子印迹二氧化硅/金纳米粒子复合材料，其特征是：所述步骤c中HAuCl4和柠檬酸三钠的质量分数分别为0.01％和1％。
5.根据权利要求1所述制备壳核分子印迹二氧化硅/金纳米粒子复合材料，其特征是：所述步骤d中L-半胱氨酸的浓度为2mM，TEOS的量为2.5mL，氨水的量为2.5mL，煅烧温度500℃、煅烧时间2h。
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