CN114264805A - 一种基于sers增强的探针的制备方法及其产品和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于SERS增强的探针的制备方法及其产品和应用，首先制备一种球状氧化锌纳米结构，随后在其表面生成纳米银，利用氧化锌纳米颗粒特殊的光吸收性质，提高SERS探针的光吸收效率，从而进一步提高SERS探针的拉曼信号。区别于以往SERS探针以增加“热点”的方式提高SERS效应，本发明以半导体ZnO纳米颗粒的改善SERS探针的光吸收效率，获得一种陷光型纳米探针，从而达到提升探针SERS效应的结果。本发明制备的探针大大增强了小分子的拉曼信号，光学强度高，可大幅提高检测的灵敏度和准确度。同时，制备过程简单、反应易于控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于SERS增强的探针的制备方法及其产品和应用，具体涉及一种氧化锌/纳米银SERS增强探针的制备方法及其在检测方面的应用。本发明属于分子生物检测领域。
背景技术
拉曼光谱检测技术可以通过对不同分子间震动模式的探测，形成每种分子特有的“指纹”光谱，因此是一种特异性很强的检测技术，广泛应用于固体、液体和气体等样品的检测。然而由于拉曼散射过程中，仅有少数的光子与物质发生相互作用，所得出的拉曼光谱信号强度很低。1974年，Fleischmann等人发现表面增强拉曼散射效应（SERS），成功解决了拉曼散射信号强度较低的问题。
特别地，利用贵金属纳米颗粒和拉曼报告分子制备的纳米结构SERS活性标签，由于金属与金属之间等离子耦合效应导致SERS电磁场增强，可以提供强而有效的拉曼信号，标记靶向分子后，可以实现对靶标的识别和SERS检测。目前，有大量文献研究如何调控金属颗粒之间的间隙，因为金属颗粒之间距离的可变性和拉曼报告分子的自由扩散，这些方法难以在聚集的纳米颗粒之间得到可控的外部纳米间隙，因此“热点”随机分布，无法获得定量的SERS信号。因此，研究逐渐转为调控颗粒内部获得稳定的纳米间隙。如，Lee课题组采用自组装技术构建了一种金纳米立方体实现了对M13病毒的高灵敏检测（Small 2014, 10,3007-3011）；Wang课题组]试剂了一种集SERS成像、药物递送和光热治疗于一体的多功能双壁金纳米笼（ACS nano 2012, 6, 5070-5077）。然而，目前所构建的探针主要集中在对热点的调控，其对激发光利用效率略显不足，因而急需开发一种新型的SERS增强探针。
发明内容
针对现有SERS增强探针对激发光利用效率不足，本发明目的在于提供一种基于SERS增强的探针的制备方法。
本发明的再一目的在于，提供上述制备方法得到的基于SERS增强的探针产品。
本发明的又一目的在于：提供一种上述产品的应用。
本发明目的通过下述方案实现：一种基于SERS增强的探针的制备方法，首先制备一种球状氧化锌纳米结构，随后在其表面生成纳米银，利用氧化锌纳米颗粒特殊的光吸收性质，提高SERS探针的光吸收效率，从而进一步提高SERS探针的拉曼信号，包括以下步骤：
（1）氧化锌纳米颗粒的制备：醋酸锌和葡萄糖以摩尔比为1:1.5~1:2.5混合均匀，将混合溶液转移至反应釜内，150~200℃水热反应10~15 hr，冷却后的彻底清洗，60℃干燥过夜；将沉淀物放置于马弗炉中，600℃反应2~5hr，自然冷却，得到纳米氧化锌(ZnO NPs)；
（2）氧化锌/纳米银复合物的制备：取质量为0.1~0.3 g ZnO NPs均匀分散溶解于40 mL超纯水中，随后加入0.5 mL 10 mM银氨溶液，避光搅拌1 hr，低速离心；获取的沉淀物充分溶解于10 mL超纯水中，加入2 mL聚乙烯吡咯烷酮（PVP, 50~100 mM）溶液，混合均匀后放入光化学反应器中，汞灯照射0.5-1 hr；反应结束后，离心彻底清洗，沉淀物分散在1 mL超纯中，得到最终产物Ag@ZnO NPs颗粒。
所制备的SERS增强探针可进一步与拉曼信号分子连接，所连接的拉曼信号分子为4-巯基苯甲酸、对巯基苯胺、巯基吡咯。
本发明提供一种基于SERS增强的探针，根据上述任一所述方法制备得到。
本发明提供一种基于SERS增强的探针在检测方面的应用，所制备的SERS增强探针连接拉曼信号分子后，可进一步连接抗体、核酸或核酸适配体后，实现对靶标分子（核酸、蛋白、小分子等）的检测。
本发明的优点在于：
（1）区别于以往SERS探针以增加“热点”的方式提高SERS效应，本发明以半导体ZnO纳米颗粒的改善SERS探针的光吸收效率，获得一种陷光型纳米探针，从而达到提升探针SERS效应的结果 。
（2）本发明制备的探针大大增强了小分子的拉曼信号，光学强度高，可大幅提高检测的灵敏度和准确度。同时，制备过程简单、反应易于控制，具有良好的产业化和应用前景，适用于临床检测需求。
附图说明
附图1为实施例1测得10 pg IgG抗原的拉曼信号强度图谱。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述。以下的实施例是对本发明的进一步说明，而不限制本发明的范围。
实施例1
一种基于SERS增强的探针，先制备一种球状氧化锌纳米结构，随后在其表面生成纳米银，利用氧化锌纳米颗粒特殊的光吸收性质，提高SERS探针的光吸收效率，以提高SERS探针的拉曼信号，按以下步骤制备：
（1）氧化锌纳米颗粒的制备：醋酸锌和葡萄糖以摩尔比为1: 2混合均匀，将混合溶液转移至反应釜内， 200℃水热反应15 hr，冷却后彻底清洗，60℃干燥过夜；将沉淀物放置于马弗炉中，600℃反应2hr，自然冷却，得到ZnO NPs；
（2）Ag@ZnO NPs复合物的制备：取质量为0.2g ZnO NPs均匀分散溶解于40 mL超纯水中，随后加入0.5 mL 10 mM银氨溶液，避光搅拌1 hr，低速离心；获取的沉淀物充分溶解于10 mL超纯水中，加入2 mL聚乙烯吡咯烷酮（PVP, 100 mM）溶液，混合均匀后放入光化学反应器中，汞灯照射1 hr；反应结束后，离心彻底清洗，沉淀物分散在1 mL超纯水中，得到最终产物Ag@ZnO NPs颗粒；
（3）SERS信号探针的制备：
基于SERS增强的探针Ag@ZnO NPs颗粒与拉曼信号分子4-巯基苯甲酸连接，50µL10µM 4-MBA乙醇溶液加入1mL Ag@ZnO NPs，室温震荡1 hr，离心彻底清洗未连接的4-MBA，沉淀溶解于1mL PBS缓冲液中；
在上述溶液中分别添加10µL摩尔比3:1的EDC（75mM）和NHS（25mM）溶液，随后在添加10µL IgG抗体（1 µM），30℃反应2hr，获得SERS信号探针。
检测：
取50µL IgG抗原，加入10µLSERS信号探针，室温孵育30min，离心采用PBS彻底清洗去除未反应物，采用SERS显微镜测定4-MBA的拉曼信号。
实施例2
一种基于SERS增强的探针，与实施例1步骤（1）和（2）相同，按以下步骤制备：
（1）氧化锌纳米颗粒的制备：醋酸锌和葡萄糖以摩尔比为1: 2混合均匀，将混合溶液转移至反应釜内， 200℃水热反应15 hr，冷却后彻底清洗，60℃干燥过夜；将沉淀物放置于马弗炉中，600℃反应2hr，自然冷却，得到ZnO NPs；
（2）Ag@ZnO NPs复合物的制备：取质量为0.2g ZnO NPs均匀分散溶解于40 mL超纯水中，随后加入0.5 mL 10 mM银氨溶液，避光搅拌1 hr，低速离心；获取的沉淀物充分溶解于10 mL超纯水中，加入2 mL聚乙烯吡咯烷酮（PVP, 100 mM）溶液，混合均匀后放入光化学反应器中，汞灯照射1 hr；反应结束后，离心彻底清洗，沉淀物分散在1 mL超纯水中，得到最终产物Ag@ZnO NPs颗粒；
（3）SERS信号探针的制备：
基于SERS增强的探针Ag@ZnO NPs颗粒与拉曼信号分子4-巯基苯甲酸连接，50µL10µM 4-MBA乙醇溶液加入1mL Ag@ZnO NPs，室温震荡1 hr，离心彻底清洗未连接的4-MBA，沉淀溶解于1mL PBS缓冲液中；
在上述溶液中分别添加10µL摩尔比3:1的EDC（75mM）和NHS（25mM）溶液，随后在添加10µL ATP 核酸适配体（1 µM），30℃反应2hr，获得SERS信号探针。
检测：
取50µL ATP溶液，加入10µLSERS信号探针，室温孵育30min，离心采用PBS彻底清洗去除未反应物，采用SERS显微镜测定4-MBA的拉曼信号。
实施例 3
一种基于SERS增强的探针，与实施例1步骤近似，按以下步骤制备：
（1）氧化锌纳米颗粒的制备：醋酸锌和葡萄糖以摩尔比为1: 2混合均匀，将混合溶液转移至反应釜内， 180℃水热反应10 hr，冷却后彻底清洗，60℃干燥过夜；将沉淀物放置于马弗炉中，600℃反应2hr，自然冷却，得到ZnO NPs；
（2）Ag@ZnO NPs复合物的制备：取质量为0.15g ZnO NPs均匀分散溶解于40 mL超纯水中，随后加入0.5 mL 10 mM银氨溶液，避光搅拌1 hr，低速离心；获取的沉淀物充分溶解于10 mL超纯水中，加入2 mL聚乙烯吡咯烷酮（PVP, 100 mM）溶液，混合均匀后放入光化学反应器中，汞灯照射1 hr；反应结束后，离心彻底清洗，沉淀物分散在1 mL超纯水中，得到最终产物基于SERS增强的探针Ag@ZnO NPs颗粒。
Claims (6)
1.一种基于SERS增强的探针的制备方法，其特征在于，先制备一种球状氧化锌纳米结构，随后在其表面生成纳米银，利用氧化锌纳米颗粒特殊的光吸收性质，提高SERS探针的光吸收效率，以提高SERS探针的拉曼信号，包括以下步骤：
（1）氧化锌纳米颗粒的制备：醋酸锌和葡萄糖以摩尔比为1:1.5~1:2.5混合均匀，将混合溶液转移至反应釜内，150~200℃水热反应10~15 hr，冷却后的彻底清洗，60℃干燥过夜；将沉淀物放置于马弗炉中，600℃反应2~5hr，自然冷却，得到ZnO NPs；
（2）氧化锌/纳米银复合物的制备：取质量为0.1~0.3 g ZnO NPs均匀分散溶解于40 mL超纯水中，随后加入0.5 mL 10 mM银氨溶液，避光搅拌1 hr，低速离心；获取的沉淀物充分溶解于10 mL超纯水中，加入2 mL聚乙烯吡咯烷酮（PVP, 50~100 mM）溶液，混合均匀后放入光化学反应器中，汞灯照射0.5-1 hr；反应结束后，离心彻底清洗，沉淀物分散在1 mL超纯水中，得到最终产物基于SERS增强的探针Ag@ZnO NPs颗粒。
2.根据权利要求1所述基于SERS增强的探针的制备方法，其特征在于：
所制备的SERS增强探针与拉曼信号分子连接，所连接的拉曼信号分子为4-巯基苯甲酸、对巯基苯胺或巯基吡咯。
3.根据权利要求1或2所述基于SERS增强的探针的制备方法，其特征在于：按以下步骤制备：
（1）氧化锌纳米颗粒的制备：醋酸锌和葡萄糖以摩尔比为1: 2混合均匀，将混合溶液转移至反应釜内， 200℃水热反应15 hr，冷却后彻底清洗，60℃干燥过夜；将沉淀物放置于马弗炉中，600℃反应2hr，自然冷却，得到ZnO NPs；
（2）Ag@ZnO NPs复合物的制备：取质量为0.2g ZnO NPs均匀分散溶解于40 mL超纯水中，随后加入0.5 mL 10 mM银氨溶液，避光搅拌1 hr，低速离心；获取的沉淀物充分溶解于10 mL超纯水中，加入2 mL聚乙烯吡咯烷酮（PVP, 100 mM）溶液，混合均匀后放入光化学反应器中，汞灯照射1 hr；反应结束后，离心彻底清洗，沉淀物分散在1 mL超纯水中，得到最终产物Ag@ZnO NPs颗粒；
基于SERS增强的探针Ag@ZnO NPs颗粒与拉曼信号分子4-巯基苯甲酸连接，50µL 10µM4-MBA乙醇溶液加入1mL Ag@ZnO NPs，室温震荡1 hr，离心彻底清洗未连接的4-MBA，沉淀溶解于1mL PBS缓冲液中。
4.根据权利要求1所述基于SERS增强的探针的制备方法，其特征在于：按以下步骤制备：
（1）氧化锌纳米颗粒的制备：醋酸锌和葡萄糖以摩尔比为1: 2混合均匀，将混合溶液转移至反应釜内， 180℃水热反应10 hr，冷却后彻底清洗，60℃干燥过夜；将沉淀物放置于马弗炉中，600℃反应2hr，自然冷却，得到ZnO NPs；
（2）Ag@ZnO NPs复合物的制备：取质量为0.15g ZnO NPs均匀分散溶解于40 mL超纯水中，随后加入0.5 mL 10 mM银氨溶液，避光搅拌1 hr，低速离心；获取的沉淀物充分溶解于10 mL超纯水中，加入2 mL聚乙烯吡咯烷酮（PVP, 100 mM）溶液，混合均匀后放入光化学反应器中，汞灯照射1 hr；反应结束后，离心彻底清洗，沉淀物分散在1 mL超纯水中，得到最终产物基于SERS增强的探针Ag@ZnO NPs颗粒。
5.一种基于SERS增强的探针，其特征在于根据权利要求1至4任一项所述方法制备得到。
6.一种根据权利要求5所述基于SERS增强的探针在检测方面的应用，所制备的SERS增强探针连接拉曼信号分子后，进一步连接抗体、核酸或核酸适配体后，实现对核酸、蛋白、小分子靶标分子的检测。
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