CN113789172B - 一种复合手性纳米组装体及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种复合手性纳米组装体及其制备方法和应用，属于纳米材料合成及自组装技术领域，该复合手性纳米组装体是一种同时具有手性、荧光和磁场响应三重信号的金钴超粒子，可以应用在细胞或活体组织的荧光成像、圆二色成像和磁共振成像方面。本发明提供的复合手性纳米组装体的制备方法包括熟化的金种子液的制备步骤，和在弱碱性条件下，将所述熟化的金种子液与钴盐的自组装形成金钴纳米超粒子的制备步骤，所述弱碱条件是指7≤pH≤10。通过该方法成功合成了一种同时具有手性、荧光和磁响应三重信号的金钴超粒子，对于开发更多的手性材料和了解手性材料之间的相互作用具有重要的意义。

Description

一种复合手性纳米组装体及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于纳米材料合成及自组装技术领域，具体涉及一种复合手性纳米组装体及其制备方法和应用。
背景技术
手性是自然界中广泛存在的一种物质属性，手性物质与其镜像被称为对映体。在自然界中，从天然的小分子，如氨基酸、单糖、核苷酸，到生物大分子如蛋白质、寡/多糖、DNA和RNA，再到宏观的生命体都表现出手性特征。研究手性对生物、医学、物理和化学等学科均具有非常重要的意义。
目前，构筑手性纳米材料的主要途径有：利用手性分子在非手性无机纳米核上进行手性印迹及手性转移、原子手性排布、利用预设手性软模板定向合成等，上述途径主要是通过调控物质之间的共价键、配位键或氢键来实现的，其本质是物质与物质之间的作用。自组装一直是纳米科学界长期追求的目标，原因在于在组装体中，单个构件会强烈影响整体性能。对于组装体来说，功能来自各个纳米粒子的性质以及它们的集体性质。尽管，手性材料的制备已经比较成熟，但是对于手性产生、手性信号的调控以及手性物质之间的相互作用还知之甚少。
尽管手性小分子诱导的手性材料被手性研究人员所熟知，但大多数报道的手性材料其手性光学信号在紫外区，这意味着弱的偶极-偶极相互作用。调节手性材料的手性信号至可见光区和红外区一直以来都是手性领域的难点。同样地，近红外光区的荧光信号对于细胞示踪是非常重要的，因为红光可以显著地屏蔽细胞自发荧光的干扰。因此，开发一种同时具有可见光区手性，近红外光区荧光和磁响应的材料，显得十分必要。
发明内容
为了克服相关技术中的缺陷，作为本发明的第一个目的，提供一种复合手性纳米组装体的其制备方法，成功合成了一种同时具有手性、荧光和磁响应三重信号的金钴超粒子，该制备方法将已知的手性物质和一些其他的具有磁响应信号的无机成分联合起来，形成具有双组分的手性结构，会在单个成分的光学性质上展现出联合的光学活性，
作为本发明的第二个目的，还提供一种复合手性纳米组装体，该复合手性纳米组装体是一种同时具有手性、荧光和磁场响应三重信号的金钴超粒子。
作为本发明的第三个目的，还提供一种复合手性纳米组装体的应用，可以应用在细胞和活体组织的荧光成像、圆二色成像和磁共振成像领域。
本发明提供的具体技术方案：
本发明的第一个方面提供了一种复合手性纳米组装体的制备方法，所述方法包括熟化的金种子液的制备步骤，和在弱碱性条件下，将所述熟化的金种子液与钴盐的自组装形成金钴纳米超粒子的制备步骤，所述弱碱条件是指7≤pH≤10。
在一种可能的实现方式中，所述的熟化的金种子液制备步骤具体如下：
在室温条件下，将谷胱甘肽加入含有三水合四氯金酸的容器中，剧烈搅拌均匀后，转移至油浴锅中，并加热至刚好回流；加热回流至溶液刚好不浑浊后，自然冷却至室温，并放入冷藏室熟化至少72小时以供后续使用，此步骤得到的样品成为熟化的金种子液。
所述在弱碱性条件下，将所述熟化的金种子液与钴盐的自组装形成金钴纳米超粒子的制备步骤具体如下：
(1)取熟化的金种子液，依次向其加入硼氢化钠、柠檬酸三钠、青霉胺和钴盐，调整溶液pH为8.5，搅拌混匀，室温下继续避光反应6小时后，加入异丙醇溶液离心提纯至少三次后，将产物重悬于超纯水中，室温避光放置保存；
(2)向步骤(1)所得反应溶液中加入其6-12倍以上体积的异丙醇溶液，7000-13300rpm离心至少15min；
(3)重复步骤(2)至少三次以纯化金钴超粒子，并将获得的沉淀物重悬于超纯水中，室温避光放置保存。
在一种优选的实施案例中，所述硼氢化钠、柠檬酸三钠、青霉胺和钴盐的物质的量比为5∶4∶4∶4。
本发明的第二个方面提供了一种有前述方法制备的复合手性纳米组装体，是一种同时具有手性、荧光和磁场响应三重信号的金钴超粒子。
作为优选实施例，所述的金钴超粒子的手性信号区别于所述熟化的金种子液的手性信号，所述的金钴超粒子展示出数个手性信号峰，其中，主峰位于300-600nm之间。
作为更优选的实施例，所述的金钴超粒子的荧光信号区别于所述熟化的金种子液的荧光信号，所述的金钴超粒子的荧光信号最强发射峰位于640nm。
作为优选实施例，所述的金钴超粒子的磁场响应的信号，位于300-700nm之间。
本发明还的第三个方面提供了一种复合手性纳米组装体的应用，所述的复合手性纳米组装体在细胞或活体组织的荧光成像、圆二色成像和磁共振成像方面的应用。
本发明的有益效果：本发明提供了一种复合手性纳米组装体，该复合手性纳米组装体是一种同时具有手性、荧光和磁场响应三重信号的金钴超粒子，可以应用在细胞或活体组织的荧光成像、圆二色成像和磁共振成像方面。另外，本发明提供的复合手性纳米组装体的制备方法成功合成了一种同时具有手性、荧光和磁响应三重信号的金钴超粒子，该制备方法将已知的手性物质和一些其他的具有磁响应信号的无机成分联合起来，形成具有双组分的手性结构，会在单个成分的光学性质上展现出联合的光学活性，对于开发更多的手性材料和了解手性材料之间的相互作用具有重要的意义。
附图说明
图1手性荧光磁响应金钴超粒子的圆二色光谱；
图2手性荧光磁响应金钴超粒子的吸收光谱图；
图3手性荧光磁响应金钴超粒子的荧光光谱图；
图4手性荧光磁响应金钴超粒子的透射电镜(TEM)图；
图5手性荧光磁响应金钴超粒子的EDX Mapping；
图6手性荧光磁响应金钴超粒子的磁场响应的圆二色光谱；
图7手性荧光磁响应金钴超粒子的细胞成像。
具体实施方式
本发明下面的实施例仅作为本发明内容的进一步说明，不能作为本发明的限定内容或范围。下面通过实施例对本发明作进一步说明。
本发明涉及的技术术语解释如下：
超粒子：在一个纳米或微米的结构中，组成该纳米或微米结构中的所有组分之间不仅仅利用共价键形成的具有明确形貌的、存在超分子相互作用的、不存在唯一晶型的纳米或微米颗粒。
本发明实施例中，提供一种复合手性纳米组装体的制备方法，首先制备制备熟化的金种子液，再在弱碱性条件下，即7≤pH≤10条件下，将所述熟化的金种子液与钴盐的自组装形成金钴纳米超粒子。
实施例1熟化的金种子液制备步骤：
在室温条件下，将37～74mg谷胱甘肽加入含有60mg的三水合四氯金酸的50mL的三口烧瓶中，剧烈搅拌2分钟后，迅速转移至油浴锅中，并加热至刚好回流；加热回流至溶液刚好不浑浊后，自然冷却至室温，并放入冷藏室熟化至少72小时以供后续使用，此步骤得到的样品成为熟化的金种子液。
实施例2在弱碱性条件下，将所述熟化的金种子液与钴盐的自组装形成金钴纳米超粒子的制备步骤：
(1)用移液枪取上述3ml熟化的金种子液，加入透明带盖容器中，本实施例采用无色蓝盖瓶，并按顺序依次加入硼氢化钠，柠檬酸三钠，青霉胺和钴盐，室温下按照物质的量比为5∶4∶4∶4分别加入上述透明无色蓝盖瓶中，并盖上盖子剧烈搅拌1min，用锡箔纸包住瓶子室温下搅拌反应6小时；
(2)向步骤(1)所得反应溶液中加入其6倍以上体积的异丙醇溶液，7000rpm以上离心至少15min，
(3)重复步骤(2)至少三次以纯化金钴超粒子，并将获得的沉淀重悬于超纯水中，室温避光放置保存，用于后续表征。
实施例3对实施例2中得到的金钴超粒子采用以下表征方法：
(1)圆二色光谱表征：将纯化得到的手性荧光磁响应金钴超粒子稀释至3μg/mL，以空气作为空白，以超纯水作为基线，扫描范围300到1000nm，扫描步长为1nm，扫描速度为0.5秒/nm；如图1所示，在550nm和700nm左右有明显的圆二色信号，与已知的熟化的金种子液的信号区间(200-400nm)明显不同。
(2)紫外-可见光光谱表征：将纯化得到的手性荧光磁响应金钴超粒子用超纯水稀释至1μg/mL，以超纯水作为基线，扫描范围200到800nnm，扫描步长为0.1nm，扫描速度为0.5秒/nm；如图2所示，在280nm和370nm有明显的吸收，此外值得注意的是合成的手性荧光磁响应金钴超粒子在530nm左右有一个微弱的吸收峰，这与圆二色光谱是对应的。
(3)荧光光谱表征：将纯化得到的手性荧光磁响应金钴超粒子用超纯水稀释至3μg/mL，设置自动扣除背景，激发波长480nm扫描范围500到800nm，扫描步长为0.2nm，扫描速度为1秒/nm；如图2所示，在600nm和700nm有明显的荧光发射峰，其最大吸收峰位于640nm。
(4)透射电镜表征：将纯化得到的手性荧光磁响应金钴超粒子稀释至30μg/mL，取7μL滴在铜基的碳膜表面，30分钟用吸水纸吸干，并于干燥器中干燥12h，在200KV加速电压下进行成像；如图4所示，合成的金钴超粒子的平均粒径在40nm左右。
(5)EDX Mapping表征：将纯化得到的手性荧光磁响应金钴超粒子稀释至300μg/mL，取7μL滴在铜基的碳膜表面，30分钟用吸水纸吸干，并于干燥器中干燥12h，在200KV加速电压下进行HAADF模式下成像。合成得到的手性荧光磁响应金钴超粒子的EDX Mapping结果如图5所示，表明手性荧光磁响应金钴超粒子确实由金和钴元素组成。
(6)磁场响应的圆二色信号表征：将纯化得到的手性荧光磁响应金钴超粒子稀释至3μg/mL，以空气作为空白，以超纯水作为基线，扫描范围300到1000nm，扫描步长为1nm，扫描速度为0.5秒/nm，在纳米颗粒周围外加一个500G的磁场，分别以NS和SN测试样品。合成得到的手性荧光磁响应金钴超粒子的磁场响应的圆二色光谱如图6所示，随着磁场NS极的变化，手性荧光磁响应金钴超粒子展示了近似对称的手性信号。
实施例4手性荧光磁响应金钴超粒子细胞成像的应用
将人胚胎肾细胞293(HEK293 cells)以1.0*106的密度接种于提前用多聚赖氨酸包板的激光共聚焦小皿中，在细胞培养箱中培养24-48h后，按照每10万个细胞加入50纳克的手性荧光磁响应金钴超粒子，并在细胞培养箱中培养超过24h.24小时后用DPBS清洗细胞在3次以上，并用固定液(4％多聚甲醛)固定细胞30分钟后，用DPBS清洗3次以上，每个小皿加入DAPI染色液500微升，染色15分钟后，用DPBS清洗细胞至少3次以上，并将细胞稍稍润湿保存在DPBS中，用于成像。如图7所示，成像选择的材料的激发波长是480nm。
综上，本发明实施例提供了一种复合手性纳米组装体，该复合手性纳米组装体是一种同时具有手性、荧光和磁场响应三重信号的金钴超粒子，可以应用在细胞或活体组织的荧光成像、圆二色成像和磁共振成像方面。另外，本发明实施例提供的复合手性纳米组装体的制备方法成功合成了一种同时具有手性、荧光和磁响应三重信号的金钴超粒子，该制备方法将已知的手性物质和一些其他的具有磁响应信号的无机成分联合起来，形成具有双组分的手性结构，会在单个成分的光学性质上展现出联合的光学活性，对于开发更多的手性材料和了解手性材料之间的相互作用具有重要的意义。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (7)

1.一种复合手性纳米组装体的制备方法，其特征在于，所述方法包括熟化的金种子液的制备步骤，和在弱碱性条件下，将所述熟化的金种子液与钴盐的自组装形成金钴纳米超粒子的制备步骤，其中，所述弱碱条件是指7≦pH≦10；
所述的熟化的金种子液制备步骤具体如下：
在室温条件下，将谷胱甘肽加入含有三水合四氯金酸的容器中，剧烈搅拌均匀后，转移至油浴锅中，并加热至刚好回流；加热回流至溶液刚好不浑浊后，自然冷却至室温，并放入冷藏室熟化至少72小时以供后续使用，此步骤得到的样品成为熟化的金种子液；
所述在弱碱性条件下，将所述熟化的金种子液与钴盐的自组装形成金钴纳米超粒子的制备步骤具体如下：
（1）取熟化的金种子液，依次向其加入硼氢化钠、柠檬酸三钠、青霉胺和钴盐，调整溶液pH为8.5，搅拌混匀，室温下继续避光反应6小时后，加入异丙醇溶液离心提纯至少三次后，将产物重悬于超纯水中，室温避光放置保存；
（2）向步骤（1）所得反应溶液中加入其6-9倍体积的异丙醇溶液，7000-13300rpm离心至少15min；
（3）重复步骤（2）至少三次以纯化金钴超粒子，并将获得的沉淀物重悬于超纯水中，室温避光放置保存。
2.根据权利要求1所述的复合手性纳米组装体的制备方法，其特征在于，所述硼氢化钠、柠檬酸三钠、青霉胺和钴盐的物质的量比为5：4：4：4。
3.一种根据权利要求1所述的制备方法得到的复合手性纳米组装体，其特征在于，所述复合手性纳米组装体是一种同时具有手性、荧光和磁场响应三重信号的金钴超粒子。
4.根据权利要求3所述的复合手性纳米组装体，其特征在于，所述的金钴超粒子的手性信号区别于所述熟化的金种子液的手性信号，所述的金钴超粒子展示出数个手性信号峰，其中，主要的峰位于300-600nm之间。
5.根据权利要求3所述的复合手性纳米组装体，其特征在于，所述的金钴超粒子的荧光信号区别于所述熟化的金种子液的荧光信号，所述的金钴超粒子的荧光信号最强发射峰位于640nm。
6.根据权利要求3所述的复合手性纳米组装体，其特征在于，所述的金钴超粒子的磁场响应的信号，位于300-700nm之间。
7.一种如权利要求3~6任一项所述的复合手性纳米组装体的应用，其特征在于，所述的复合手性纳米组装体在制备用于细胞或活体组织的荧光成像、圆二色成像和磁共振成像方面的材料中的应用。
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