CN108109899A - 一种增强激光解吸离子化复合纳米粒子的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种增强激光解吸离子化复合纳米粒子的制备方法，所述复合纳米粒子是以巯基功能化的介孔氢化氧化硅原位还原生长金纳米颗粒形成的。该复合纳米粒子同时具有介孔氢化氧化硅高比表面积、比孔容、表面稳定的优点与金纳米颗粒高摩尔吸光系数和高电离效率的特性，不仅能大大提高对待测物的富集能力，还能有效吸收与转化激光能量，增加待测物的解吸离子化效率。本发明通过调节介孔氢化氧化硅巯基化程度及吸附金纳米粒子的颗粒大小、密度，使其吸附与吸光效果达到最佳状态，增强激光解吸离子化的效果，实现质谱对小分子物质的检测。
Description
技术领域
本发明涉及生物医学研究、分析检测领域，特别设计一种利用介孔材料的高比表面积与小尺寸金纳米颗粒的高摩尔紫外吸光系数及高电离效率来增强激光解吸离子化的复合纳米粒子材料。
背景技术
质谱分析法是广泛应用于各个学科领域中来鉴定化合物的一种专门技术，可在一次分析中提供丰富的结构信息，为分子生物学的发展做出了巨大贡献。在众多分析测试方法中，质谱法被认为是一种同时具备高特异性和高灵敏度的方法。在质谱检测过程中，样品的离子化是非常重要的一步。纳米材料作为基质参与到质谱分析中使质谱分析的应用范围扩大到小分子范围，因而成为了当下的研究热点。在此，我们将介孔材料的高比表面积和小尺寸金纳米颗粒的高摩尔紫外吸光系数及高电离效率特性相结合，制备得到了一种增强待测物富集及激光解吸离子化的复合纳米粒子材料，增强了质谱检测的灵敏度。
介孔氧化硅材料本身具有高的比表面积、比孔容及良好的稳定性，能有效富集待测物。而大量研究将金纳米粒子作为基质应用到质谱检测中的主要原因是金纳米粒子具有较高的摩尔吸光系数，可以有效地吸收激光，并且具有基体干扰最小且呈现优良的富集效应。由此，我们将二者结合设计制备出一种能够增强激光解吸效果的复合纳米粒子材料，增强其在小分子分析上的应用潜能。
发明内容
技术问题:本发明主要解决的技术问题是提供一种增强激光解吸离子化复合纳米材料的制备方法，用于提高质谱激光解析离子源的效率，提高对小分子物质的分析能力。
技术方案:为解决上述技术问题，本发明采用的一种增强激光解吸离子化复合纳米粒子为：利用共聚法对介孔氢化氧化硅进行巯基化修饰并以此为基础原位还原生长大量小尺寸的金纳米颗粒，形成一种能大量富集待测物并增强激光解吸离子化的复合纳米材料结构。
本发明的一种增强激光解吸离子化复合纳米粒子的制备方法包括以下步骤：
1)巯基功能化介孔氢化氧化硅的制备：
以聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物P123作为表面活性剂，将其溶于盐酸溶液中，加入氯化钠和正丁醇，室温下充分搅拌均匀形成淡蓝色透明溶液；在形成的淡蓝色透明溶液中，加入巯丙基三乙氧基硅烷与三乙氧基硅烷的混合溶液作为硅源，室温搅拌得到乳白色液体，得到的乳白色液体离心，对离心所得的沉淀物洗涤去除表面活性剂P123，之后用盐酸反复进行离心清洗，最后将沉淀物置于真空干燥箱中真空干燥后，得到的巯基功能化介孔氢化氧化硅，
3)负载金纳米颗粒的巯基化介孔氢化氧化硅的制备：
将步骤1)中制得的巯基功能化介孔氢化氧化硅粉末置于氯金酸水溶液中，室温下充分搅拌均匀，形成深棕色溶液，离心后用乙醇和去离子水反复清洗沉淀多次，最后将沉淀物置于真空干燥箱中真空干燥。
其中，
步骤1)所述的盐酸溶液的浓度为0.01～4.0M，所述的聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物与氯化钠的质量比为1:(0.8～2)，所述盐酸溶液与正丁醇的体积比为(20～40):(0.1～1)，所述的聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物与正丁醇的质量体积比为1:(0.1～1)。
步骤1)中所述的所述巯丙基三乙氧基硅烷与三乙氧基硅烷的混合溶液中巯丙基三乙氧基硅烷的含量为1～60vol％，且所述的巯基化介孔氢化氧化硅的巯基基团接入率与巯丙基三乙氧基硅烷占混合溶液的体积百分比相同。
步骤1)所述的室温搅拌的时间为12～16小时。
所述的对离心所得的沉淀物洗涤去除表面活性剂是指将沉淀物转移至滤纸筒中，置于索氏提取仪中洗涤24小时以上，以除去表面活性剂，其中索氏提取仪洗涤过程中使用的提取溶剂为无水乙醇与浓盐酸按照体积比100:(2～5)混合得到的混合溶液。
所述的真空干燥的条件为50～60℃，真空干燥10～12小时。
所述的巯基功能化介孔氢化氧化硅，需在无水无氧条件下储存。
所述氯金酸水溶液的浓度为50mM～500mM，所述氯金酸水溶液与巯基化介孔氢化氧化硅的质量比为1:(0.1～1)，室温搅拌的时间为18～24小时。
所述复合纳米粒子是以巯基功能化的介孔氢化氧化硅原位还原生长金纳米颗粒形成的，其中金纳米颗粒的尺寸在5nm以内；该复合纳米粒子同时具有介孔氧化硅高比表面积、比孔容、表面稳定的优点与金纳米颗粒高摩尔紫外吸光系数和高电离效率的特性，不仅能大大提高对待测物的富集能力，还能有效吸收与转化紫外激光能量，增加待测物的解吸离子化效率。
有益效果：通过本发明制备的增强激光解吸离子化的复合纳米材料具有以下优点：
(1)本发明中制备的增强激光解吸离子化复合纳米材料为介孔结构，具有很高的比表面积，易于富集待测物，为待测物提供更多附着点。
(2)本发明将金纳米颗粒的尺寸在5nm以内，具有的高摩尔紫外吸光系数及高电离效率，并且和介孔材料的结构优势相结合，制备得到的复合纳米材料可以大大增强激光解吸离子化的效果。
附图说明
图1为负载金纳米颗粒的巯基化介孔氢化氧化硅复合纳米粒子材料制备示意图。图中TES代表三乙氧基硅烷，MPTES代表巯丙基三乙氧基硅烷，P123为表面活性剂模板。1表示巯基化介孔氢化氧化硅球，2表示介孔孔道，3表示金纳米颗粒。
具体实施方式
本发明涉及一种增强激光解吸离子化的复合纳米材料，以巯基化介孔氢化氧化硅材料为基础，进一步原位生长小尺寸的金纳米颗粒制得。该复合纳米材料具有介孔结构，其大的比表面可以为待测物提供更多附着点；通过调节介孔氢化氧化硅巯基化程度及附载金纳米颗粒的大小、密度，使其吸附与吸光效果达到最佳状态，增强激光解吸离子化的效果，实现质谱对小分子物质的检测。
本发明的增强激光解吸离子化复合纳米粒子的制备方法包括以下步骤：
1)巯基功能化介孔氢化氧化硅的制备：
以聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物P123作为表面活性剂，将其溶于盐酸溶液中，加入氯化钠和正丁醇，室温下充分搅拌均匀形成淡蓝色透明溶液。在形成的淡蓝色透明溶液中，加入巯丙基三乙氧基硅烷与三乙氧基硅烷的混合溶液作为硅源，室温搅拌得到乳白色液体。得到的乳白色液体离心，对离心所得的沉淀物洗涤去除表面活性剂P123，之后用盐酸反复进行离心清洗，最后将沉淀物置于真空干燥箱中真空干燥后，得到的巯基功能化介孔氢化氧化硅。
2)负载金纳米颗粒的巯基化介孔氢化氧化硅的制备：
将步骤1)中制得的巯基功能化介孔氢化氧化硅粉末置于氯金酸水溶液中，室温下充分搅拌均匀，形成深棕色溶液，离心后用乙醇和去离子水反复清洗沉淀多次，最后将沉淀物置于真空干燥箱中真空干燥。
实施例一：40％巯基功能化介孔氢化氧化硅还原150mM氯金酸长金样品的制备
1)室温下将5.04g PEO-PPO-PEO(P123)溶解于180ml浓度为0.1M的盐酸溶液(HCl)中，磁力搅拌器转速控制在450rpm左右。溶液转移至250ml的圆底烧瓶中，继续加入9g氯化钠固体(NaCl)及3ml正丁醇，保持转速为450rpm持续搅拌1小时。将5.4ml巯丙基三乙氧基硅烷和8.1ml三乙氧基硅烷混合均匀后快速倾倒至上述混合溶液中，继续搅拌12小时以上，温度保持室温25℃不变。将得到的乳白色液体9000rpm(转速可根据实际情况调整)离心后弃掉上清液，将白色沉淀转移至滤纸筒中，放置于索氏提取仪中萃取24小时，以洗去表面活性剂。索氏提取仪中提取剂为乙醇和1M盐酸的混合液体，体积比为10:1。用浓度为1M的盐酸将洗涤后的沉淀离心清洗3-4次，弃掉上清液后转移至真空干燥箱中60℃干燥12小时以上。保持真空状态至温度降至室温后，取出样品，将样品在真空条件下储存。
2)取步骤1)中样品1g置于玻璃样品瓶中，加入3ml浓度为150mM的氯金酸水溶液，室温下磁力搅拌24小时后用乙醇洗净残留氯金酸溶液，离心弃上清液，将沉淀转移至真空干燥箱中60℃干燥12小时。保持真空状态至温度降至室温后，取出样品，将样品在真空条件下储存。
实施例二：50％巯基功能化介孔氢化氧化硅还原250mM氯金酸长金样品的制备
1)室温下将5.04g PEO-PPO-PEO(P123)溶解于180ml浓度为0.1M的盐酸溶液(HCl)中，磁力搅拌器转速控制在450rpm左右。溶液转移至250ml的圆底烧瓶中，继续加入9g氯化钠固体(NaCl)及3ml正丁醇，保持转速为450rpm持续搅拌1小时。将6.35ml巯丙基三乙氧基硅烷和6.35ml三乙氧基硅烷混合均匀后快速倾倒至上述混合溶液中，继续搅拌12小时以上，温度保持室温25℃不变。将得到的乳白色液体9000rpm(转速可根据实际情况调整)离心后弃掉上清液，将白色沉淀转移至滤纸筒中，放置于索氏提取仪中萃取24小时，以洗去表面活性剂。索氏提取仪中提取剂为乙醇和1M盐酸的混合液体，体积比为10:1。用浓度为1M的盐酸将洗涤后的沉淀离心清洗3-4次，弃掉上清液后转移至真空干燥箱中60℃干燥12小时以上。保持真空状态至温度降至室温后，取出样品，将样品在真空条件下储存。
2)取步骤1)中样品1g置于玻璃样品瓶中，加入3ml浓度为250mM的氯金酸水溶液，室温下磁力搅拌24小时后用乙醇洗净残留氯金酸溶液，离心弃上清液，将沉淀转移至真空干燥箱中60℃干燥12小时。保持真空状态至温度降至室温后，取出样品，将样品在真空条件下储存。
实施例三：复合纳米粒子用于代谢物的质谱检测
1)将标准小分子(葡萄糖、甘露醇、甲硫氨酸、色氨酸、尿酸、乳酸，精氨酸和苯丙氨酸)溶解在去离子水中，浓度为1ng/mL，作为待测物备用。
2)取50％巯基化介孔氢化氧化硅还原250mM氯金酸制得的样品溶于无水乙醇中，浓度为0.5mg/mL,作为基质备用。
3)取1μL基质加入到1mL待测物中，混合均匀后搅拌30min，然后离心取沉淀物滴加在不锈钢靶板上，干燥后进行基质辅助激光解吸电离质谱(LDI-MS)分析。
Claims (8)
1.一种增强激光解吸离子化复合纳米粒子的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：
1)巯基功能化介孔氢化氧化硅的制备：
以聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物P123作为表面活性剂，将其溶于盐酸溶液中，加入氯化钠和正丁醇，室温下充分搅拌均匀形成淡蓝色透明溶液；在形成的淡蓝色透明溶液中，加入巯丙基三乙氧基硅烷与三乙氧基硅烷的混合溶液作为硅源，室温搅拌得到乳白色液体，得到的乳白色液体离心，对离心所得的沉淀物洗涤去除表面活性剂P123，之后用盐酸反复进行离心清洗，最后将沉淀物置于真空干燥箱中真空干燥后，得到的巯基功能化介孔氢化氧化硅，
2)负载金纳米颗粒的巯基化介孔氢化氧化硅的制备：
将步骤1)中制得的巯基功能化介孔氢化氧化硅粉末置于氯金酸水溶液中，室温下充分搅拌均匀，形成深棕色溶液，离心后用乙醇和去离子水反复清洗沉淀多次，最后将沉淀物置于真空干燥箱中真空干燥。
2.根据权利要求1所述的增强激光解吸离子化复合纳米粒子的制备方法，其特征在于：步骤1)所述的盐酸溶液的浓度为0.01～4.0M，所述的聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物与氯化钠的质量比为1:(0.8～2)，所述盐酸溶液与正丁醇的体积比为(20～40):(0.1～1)，所述的聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物与正丁醇的质量体积比为1:(0.1～1)。
3.根据权利要求1所述的增强激光解吸离子化复合纳米粒子的制备方法，其特征在于：步骤1)中所述的所述巯丙基三乙氧基硅烷与三乙氧基硅烷的混合溶液中巯丙基三乙氧基硅烷的含量为1～60vol％，且所述的巯基化介孔氢化氧化硅的巯基基团接入率与巯丙基三乙氧基硅烷占混合溶液的体积百分比相同。
4.根据权利要求1所述的增强激光解吸离子化复合纳米粒子的制备方法，其特征在于：步骤1)所述的室温搅拌的时间为12～16小时。
5.根据权利要求1所述的增强激光解吸离子化复合纳米粒子的制备方法，其特征在于：所述的对离心所得的沉淀物洗涤去除表面活性剂是指将沉淀物转移至滤纸筒中，置于索氏提取仪中洗涤24小时以上，以除去表面活性剂，其中索氏提取仪洗涤过程中使用的提取溶剂为无水乙醇与浓盐酸按照体积比100:(2～5)混合得到的混合溶液。
6.根据权利要求1所述的增强激光解吸离子化复合纳米粒子的制备方法，其特征在于：所述的真空干燥的条件为50～60℃，真空干燥10～12小时。
7.根据权利要求1所述的增强激光解吸离子化复合纳米粒子的制备方法，其特征在于：所述的巯基功能化介孔氧化硅，需在无水无氧条件下储存。
8.根据权利要求1所述的增强激光解吸离子化复合纳米粒子的制备方法，其特征在于：所述氯金酸水溶液的浓度为50mM～500mM，所述氯金酸水溶液与巯基化介孔氧化硅的质量比为1:(0.1～1)，室温搅拌的时间为18～24小时。
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2017
- 2017-12-07 CN CN201711282002.4A patent/CN108109899A/zh active Pending
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