CN114414549B - 一种磁性sers编码光子晶体微球及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种磁性SERS编码光子晶体微球及其制备方法和应用。本发明通过以单分散磁性SERS编码纳米颗粒作为组装单元，以聚合物单体和引发剂形成的混合溶液为基质，再进行混合形成单分散微乳液，其中的磁性SERS编码纳米颗粒通过扩散的方式与微乳液界面自组装形成周期性阵列结构，最后在紫外光的辐照下，聚合物单体发生聚合将周期性排布的磁性SERS编码纳米颗粒进行固化，形成球形或圆片形磁性SERS编码光子晶体微球。本发明制备的磁性SERS编码光子晶体微球可作为载体实现对多种肿瘤标志物的定量检测，在生物检测领域具有中要应用价值。

Description

一种磁性SERS编码光子晶体微球及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于纳米材料技术领域，尤其涉及编码微球载体检测技术领域，具体涉及一种磁性SERS编码光子晶体微球及其制备方法和应用。
背景技术
表面增强拉曼散射(SERS)是一种具有高灵敏度的指纹光谱技术，可以从分子水平上识别和检测吸附在纳米结构表面的物种，SERS技术不受水环境 的干扰，也不会发生光漂白及自猝灭等现象，不同形貌和尺寸的SERS活性衬底已被广泛应用于生物种的检测与成像研究。通过在待测分子的检测系统中引入一个SERS活性标记或报告基团，从而产生出更强的、易于检测的拉曼信号，是近几年来SERS技术的常用方法。
编码微球是将编码信号单元通过包埋或化学偶联的方式固定于聚合物微球内部或表面，借助于编码信号单元的种类和含量的调整获得多种编码微球。基于编码微球的液相芯片技术可以通过对多种编码微球分别标记上不同的生物探针分子，从而可实现对同一个样品中多种肿瘤标志物的高通量检测。
当前，用于微球编码的信号种类很多，包括荧光信号、颜色信号、磁学信号、散射光信号等，其中SERS（表面增强拉曼光谱）信号具有诸如超灵敏度检测、抗光漂白、信号波长范围宽和编码容量大等特性，成为新的研究热点。
当前SERS编码微球的制备方法主要有微球修饰法和溶胀法。微球修饰法是指在聚合物微球表面修饰功能基团，通过吸附将SERS标签颗粒固定在微球表面。微球溶胀法主要利用微球的溶胀特性将SERS标签嵌入到聚合物表面。上述两种方法面临的最大问题是SERS编码颗粒处于随机分布状态，无法提供重复性SERS信号，在后续检测与拉曼探针联用时，无法实现对多种肿瘤标志物的准确定量检测。
公开号为CN106290303A的中国专利公开了一种基于复合光子晶体微球的多组分表面增强拉曼光谱检测方法，通过将银纳米粒子包覆二氧化钛光子晶体微球，并用链霉亲和素进行修饰，然后再加入不同发光颜色的CdTe量子点，制备不同编码的复合光子晶体微球，最后用拉曼探针的方式进行多组分表面增强拉曼光谱测定，虽然可以通过改变量子点，提高检测的灵敏度能够实现多元检测，但是，仍然存在SERS编码颗粒分布不均一，信号重复性差的问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种磁性SERS编码光子晶体微球的制备方法，利用该方法制备得到的SERS编码微球均一性好，尺寸在50微米~500微米，具有快速磁响应的特性以及超高的编码容量，同时整个微球信号重复性好，基于微球的编码信号，与SERS探针结合，可以实现对多种肿瘤标志物的比率型定量检测功能。
为了实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案：
一种磁性SERS编码光子晶体微球的制备方法，通过以单分散磁性SERS编码纳米颗粒作为组装单元，以聚合物单体和引发剂形成的混合溶液为基质，再进行混合形成单分散微乳液，其中的磁性SERS编码纳米颗粒通过扩散的方式与微乳液界面自组装形成周期性阵列结构，最后在紫外光的辐照下，聚合物单体发生聚合将周期性排布的磁性SERS编码纳米颗粒进行固化，形成球形或圆片形磁性SERS编码光子晶体微球。
本发明中所述单分散磁性SERS编码纳米颗粒是以四氧化三铁纳米颗粒为内核，以银纳米颗粒壳层为SERS基底，以二氧化硅壳层作为包护层，制成核壳结构。
本发明同时利用银纳米颗粒壳层能够吸附不同种类的有机探针分子，并通过调整探针分子间的个数比例，实现SERS信号编码。
具体的制备方法包括以下步骤：
（1）制备四氧化三铁磁性纳米颗粒内核：将六水三氯化铁、四水氯化亚铁、尿素、聚丙烯酸钠和水混合均匀，形成透明溶液，置于聚四氟乙烯反应釜中，在180-200℃条件下加热6-12小时，即得到直径在100~300 nm之间的单分散四氧化三铁纳米颗粒；
（2）制备四氧化三铁二氧化硅银复合纳米颗粒：以步骤（1）制备的单分散四氧化三铁磁性纳米颗粒为内核，利用Stöber方法在四氧化三铁磁性纳米颗粒表面包覆一层无定型二氧化硅壳层，所述二氧化硅壳层的厚度为10~50nm，得到单分散四氧化三铁二氧化硅复合纳米颗粒；
将单分散四氧化三铁二氧化硅复合颗粒、聚乙烯吡咯烷酮、硝酸银、氨水、水和乙醇进行混合，并置于反应釜中在90-120℃的温度条件下进行水热反应2-12小时，得到单分散四氧化三铁二氧化硅银复合纳米颗粒；
（3）制备磁性SERS编码纳米颗粒：取步骤（2）制备的单分散四氧化三铁二氧化硅银复合纳米颗粒作为SERS基底分散到去离子水中，得到水溶液；将拉曼探针分子添加至水溶液中，在摇床上震荡混合6-8小时，此过程为SERS基底吸附拉曼探针的过程，即SERS信号编码，然后再次利用Stöber方法对吸附拉曼探针后的四氧化三铁二氧化硅银复合纳米颗粒进行二氧化硅包覆，得到直径在300~500 nm之间的单分散磁性SERS编码纳米颗粒；
（4）制备磁性SERS编码光子晶体微球：将步骤（3）制备的单分散磁性SERS编码纳米颗粒分散到含有引发剂的液体聚合物单体中，得到微乳液，在流动状态下，磁性SERS编码纳米颗粒扩散至聚合物单体表面进行自组装形成周期性阵列结构，最后在紫外光的辐照下，聚合物单体发生聚合将周期性排布的磁性SERS编码纳米颗粒进行固化，形成球形或圆片形单分散磁性SERS编码光子晶体微球。
具体的，步骤（1）中六水三氯化铁、四水氯化亚铁、尿素、聚丙烯酸钠和水的质量比为（4.5-4.8）：1：（4.5~48）:（12~52）：（256-257），优选的，步骤（1）中六水三氯化铁、四水氯化亚铁、尿素、聚丙烯酸钠和水的质量比为0.72：0.156：（0.72~7.2）:（2~8）：40。
具体的，步骤（2）中单分散四氧化三铁二氧化硅复合颗粒、聚乙烯吡咯烷酮、硝酸银、氨水、水和乙醇的质量比为（0.2-0.7）：（13-27）：（0.6-1.5）：1：（33-34）：128，优选的，步骤（2）中单分散四氧化三铁二氧化硅复合颗粒、聚乙烯吡咯烷酮、硝酸银、氨水、水和乙醇的质量比为（0.2~0.5）：（10~20）：（0.5~1）：0.75：25：96。
具体的，步骤（2）中利用Stöber方法在四氧化三铁磁性纳米颗粒表面包覆一层无定型二氧化硅壳层的具体步骤为，四氧化三铁磁性纳米颗粒与硅酸四乙酯（生成二氧化硅的前驱体）、乙醇和氨水，以1:0.05~0.5：70:10的质量比，在室温下反应1小时。
具体的，步骤（3）中拉曼探针分子为4-溴苯硫酚、3,5-二氯苯硫酚和2-巯基-4-甲基-5-噻唑乙酸中的一种或几种。
优选的，步骤（3）中拉曼探针分子的添加浓度为10-3M。
进一步优选的，当步骤（3）中拉曼探针分子为4-溴苯硫酚、3,5-二氯苯硫酚和2-巯基-4-甲基-5-噻唑乙酸三种时，4-溴苯硫酚、3,5-二氯苯硫酚和2-巯基-4-甲基-5-噻唑乙酸的摩尔比为1:（0.1-1）: （0.1-1）。
具体的，步骤（3）中利用Stöber方法对吸附拉曼探针后的四氧化三铁二氧化硅银复合纳米颗粒进行二氧化硅包覆的具体步骤为，四氧化三铁二氧化硅银复合纳米颗粒与硅酸四乙酯（生成二氧化硅的前驱体）、乙醇和氨水，以1:0. 5~5：70:10的质量比，在室温下反应1小时。
具体的，步骤（4）中聚合物单体为乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、或三羟甲基丙烷三丙烯酸酯等紫外光引发单体。
具体的，步骤（4）中引发剂为α-羟基异丁酰苯，1-羟基环己基苯基甲酮，2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮，或2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦。
具体的，步骤（4）中单分散磁性SERS编码纳米颗粒与聚合物单体、引发剂的质量比为1：1~5：0.01~0.05。
具体的，步骤（4）中紫外光的波长为365nm。
具体的，步骤（4）中微乳液的流动状态是将微乳液置于内外嵌套毛细玻璃管中实现的，所述内管采用高硼硅玻璃毛细管，内径500微米，外径1000微米，该管在加热过程中能够拉长形成内径在50~200微米之间；外管采用石英玻璃毛细管，内径500微米，外径1000微米。
具体操作时，将内外嵌套毛细玻璃管作为微流控器件，将含有磁性SERS编码颗粒的微乳液通入内管，将含有聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物（商品名Pluronic F108）的去离子水通入外管，内外管的流速比控制在1~50之间，外管流速为1-2米/小时，内管中的微乳液被外管中流动的去离子水剪切为单分散微乳液滴，当外管流动时间为1小时的时候，在毛细玻璃管末端出口处，开启紫外灯，进行紫外光辐照，引发微乳液中聚合物单体的聚合，实现磁性SERS编码纳米颗粒扩散至聚合物单体表面，并进行自组装形成周期性阵列结构，从而合成单分散磁性SERS编码光子晶体微球。
具体的，所述内外嵌套毛细玻璃管的内管直径在50微米至200微米，当外管为圆形截面的毛细管时，可以得到圆形磁性SERS编码光子晶体微球；当外管为矩形截面的毛细管时，可以得到圆片磁性SERS编码光子晶体微球。
进一步的，上述制备方法通过将单分散磁性SERS编码纳米颗粒在含有引发剂的液体聚合物单体表面进行自组装形成周期性阵列结构的制备得到磁性SERS编码光子晶体微球。
本发明中磁性SERS编码光子晶体微球载体具有超强的编码能力和优异的信号重复性能，可用于生物标志物定量多重检测。
进一步的，本发明还提供了所述磁性SERS编码光子晶体微球作为载体在肿瘤标志物高通量检测中的应用。
具体的，所述肿瘤标志物为癌胚抗原CEA、甲胎蛋白AFP、前列腺特异性抗原PSA、糖类抗原CA199或人绒毛膜促性腺激素HCG。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
本发明通过以单分散磁性SERS编码纳米颗粒作为组装单元，以聚合物单体和引发剂形成的混合溶液为基质，再进行混合形成单分散微乳液，其中的磁性SERS编码纳米颗粒通过扩散的方式与微乳液界面自组装形成周期性阵列结构，最后在紫外光的辐照下，形成尺寸在100~800微米的球形或圆片形磁性SERS编码光子晶体微球。
本发明制备的磁性SERS编码光子晶体微球可作为载体实现对多种肿瘤标志物的定量检测，在生物检测领域具有中要应用价值。
附图说明
图1为制备磁性SERS编码光子晶体微球的微流控器件的示意图，其中，采用毛细管内外管嵌套作为微流控器件，在外管的末端开启紫外线，通过紫外线辐照实现聚合物单体的聚合；
图2为实施例1制备的球形单分散磁性SERS编码光子晶体微球的光学显微镜照片；
图3为实施例1制备的单个球形单分散磁性SERS编码光子晶体微球的扫描电镜表征图；
图4为单个圆片形磁性SERS编码光子晶体微球的扫描电镜表征图；
图5为多个实施例1制备的磁性SERS编码光子晶体微球形成的微球单元的扫描电镜表征图；
图6为磁性SERS编码光子晶体微球的拉曼信号强度的重复性表征图，图中红色三角形标识代表的是4-溴苯硫酚的拉曼信号重复性，绿色正方形标识代表的是3,5-二氯苯硫酚的拉曼信号重复性，蓝色圆形标识代表的是2-巯基-4-甲基-5-噻唑乙酸的重复性的拉曼信号重复性；
图7为采用实施例1得到的编码为【100】的磁性SERS编码球形光子晶体微球光谱表征，激发光源波长是633nm；
图8为采用实施例2得到的编码为【110】的磁性SERS编码球形光子晶体微球光谱表征，激发光源波长是633nm；
图9为采用实施例3得到的编码为【111】的磁性SERS编码球形光子晶体微球光谱表征，激发光源波长是633nm；
图10为利用实施例3中的磁性SERS编码球形光子晶体微球作为载体对癌胚抗原CEA的进行检测的曲线图。
具体实施方式
以下实例将结合附图对本发明作进一步说明。本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，所使用的原料、试剂没有特殊说明均为常规市售产品。
实施例1
一种磁性SERS编码光子晶体微球的制备方法，具体步骤如下：
（1）制备四氧化三铁磁性纳米颗粒内核：将0.72克六水三氯化铁、0.156克四水氯化亚铁、0.72克尿素、2克聚丙烯酸钠和40克水混合均匀，形成透明溶液，置于聚四氟乙烯反应釜中，在200℃条件下加热10小时，即得到直径为200纳米的单分散四氧化三铁纳米颗粒；
（2）制备四氧化三铁二氧化硅银复合纳米颗粒：以步骤（1）制备的单分散四氧化三铁磁性纳米颗粒为内核，利用Stöber方法（参见文献Stöber W, Fink A, Bohn E.Controlled growth of monodisperse silica spheres in the micron size range[J].Journal of colloid and interface science, 1968, 26(1): 62-69.）在四氧化三铁磁性纳米颗粒表面包覆一层无定型二氧化硅壳层，所述二氧化硅壳层的厚度为10~50nm，具体步骤为，四氧化三铁磁性纳米颗粒与硅酸四乙酯（生成二氧化硅的前驱体）、乙醇和氨水，以1:0.05~0.5：70:10的质量比，在室温下反应1小时，得到单分散四氧化三铁二氧化硅复合纳米颗粒；
将单分散四氧化三铁二氧化硅复合颗粒、聚乙烯吡咯烷酮、硝酸银、氨水、水和乙醇以0.2：10：0.5：0.75：25：96的质量比进行混合，并置于反应釜中在90℃的温度条件下进行水热反应6小时，得到单分散四氧化三铁二氧化硅银复合纳米颗粒；
（3）制备磁性SERS编码纳米颗粒：取0.2克步骤（2）制备的单分散四氧化三铁二氧化硅银复合纳米颗粒，并作为SERS基底分散到50ml去离子水中，得到水溶液；将浓度为10-3M的4-溴苯硫酚作为拉曼探针分子添加至水溶液中，在摇床上震荡混合6小时，此过程为SERS基底吸附拉曼探针的过程，即SERS信号编码，然后再次利用Stöber方法（参见文献StöberW, Fink A, Bohn E. Controlled growth of monodisperse silica spheres in themicron size range[J]. Journal of colloid and interface science, 1968, 26(1):62-69.）对吸附拉曼探针后的四氧化三铁二氧化硅银复合纳米颗粒进行二氧化硅包覆厚度为50~150nm，具体步骤为，单分散四氧化三铁二氧化硅银复合纳米颗粒与硅酸四乙酯（生成二氧化硅的前驱体）、乙醇和氨水，以1:0. 5~5：70:10的质量比，在室温下反应1小时，以4-溴苯硫酚的拉曼峰992 cm-1为编码信号，得到编码为【100】的单分散磁性SERS编码纳米颗粒；
（4）制备磁性SERS编码光子晶体微球：取0.2克步骤（3）制备的编码为【100】的单分散磁性SERS编码纳米颗粒，分散到1.8克含有α-羟基异丁酰苯引发剂的液体乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中（液体乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中，α-羟基异丁酰苯引发剂的质量百分比为1%），得到微乳液；
然后，采用内外嵌套毛细玻璃管（内管采用高硼硅玻璃毛细管，内径500微米，外径1000微米，该管在加热过程中能够拉长形成内径在50~200微米之间；外管采用石英玻璃毛细管，内径500微米，外径1000微米）作为微流控器件，将微乳液通入内外嵌套毛细玻璃管的内管中，将含有嵌段共聚物的去离子水（聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物，商品名PluronicF108，使用时，将聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物与水配置成5wt%水溶液）通入外管，调整内外管流速比为5（该流速比为内外管液体的流速比值），外管流速为1米/小时，在流动过程中，内管中的微乳液被外管中流动的去离子水剪切为单分散微乳液滴，磁性SERS编码纳米颗粒扩散至乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯液滴表面进行自组装形成周期性阵列结构，当外管流动时间为1小时的时候，在毛细玻璃管末端出口处，开启紫外灯（波长为365nm 的汞灯），进行紫外光辐照引发微乳液中乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯单体的聚合，即得到编码为【100】的球形单分散磁性SERS编码光子晶体微球。
具体的，微流控器件结构示意图如图1所示，其中，采用毛细管内外管嵌套作为微流控器件，在外管的末端开启紫外线，通过紫外线辐照实现聚合物单体的聚合。
图2为实施例1制备的球形单分散磁性SERS编码光子晶体微球的光学显微镜照片，从图中可以看出，所合成的磁性SERS编码光子晶体微球的尺寸呈现单分散的特征。
图3为实施例1制备的单个球形单分散磁性SERS编码光子晶体微球的扫描电镜表征图，从图中可以看出，所合成的磁性SERS编码光子晶体微球尺寸为530微米。
图4为单个圆片形磁性SERS编码光子晶体微球的扫描电镜表征图，圆片形单分散磁性SERS编码光子晶体微球是在实施例1的球形单分散磁性SERS编码光子晶体微球制备步骤的最后添加液滴转变步骤从而实现的，具体的步骤为：
在毛细管末端出口处引入中空矩形石英毛细管，中空矩形石英毛细管的规格为200微米*800微米，将呈现微球状的液体转变成圆片状液滴，然后开启紫外灯（365nm 汞灯），进行紫外光辐照引发微乳液中乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯单体的聚合，即得到编码为【100】的圆片形单分散磁性SERS编码光子晶体微球。所合成的磁性SERS编码光子晶体圆片微球尺寸为800微米。
图5为多个实施例1制备的磁性SERS编码光子晶体微球形成的微球单元的扫描电镜表征图，从图中可以看出，组成的微球单元具有六方排布特征，且微球均一性良好，具有快速磁响应的特性以及超高的编码容量。
实施例2
一种磁性SERS编码光子晶体微球的制备方法，具体步骤如下：
（1）制备四氧化三铁磁性纳米颗粒内核：将0.36克六水三氯化铁、0.078克四水氯化亚铁、0.72克尿素、2克聚丙烯酸钠和40克水混合均匀，形成透明溶液，置于聚四氟乙烯反应釜中，在200℃条件下加热10小时，即得到直径为160纳米的单分散四氧化三铁纳米颗粒；
（2）制备四氧化三铁二氧化硅银复合纳米颗粒：以步骤（1）制备的单分散四氧化三铁磁性纳米颗粒为内核，利用Stöber方法（参见文献Stöber W, Fink A, Bohn E.Controlled growth of monodisperse silica spheres in the micron size range[J].Journal of colloid and interface science, 1968, 26(1): 62-69.）在四氧化三铁磁性纳米颗粒表面包覆一层无定型二氧化硅壳层，所述二氧化硅壳层的厚度为10~50nm，具体步骤为，四氧化三铁磁性纳米颗粒与硅酸四乙酯（生成二氧化硅的前驱体）、乙醇和氨水，以1:0.05~0.5：70:10的质量比，在室温下反应1小时，得到单分散四氧化三铁二氧化硅复合纳米颗粒；
将单分散四氧化三铁二氧化硅复合颗粒、聚乙烯吡咯烷酮、硝酸银、氨水、水和乙醇以0.2：10：0.5：0.75：25：96的质量比进行混合，并置于反应釜中在90℃的温度条件下进行水热反应10小时，得到单分散四氧化三铁二氧化硅银复合纳米颗粒；
（3）制备磁性SERS编码纳米颗粒：取0.2克步骤（2）制备的单分散四氧化三铁二氧化硅银复合纳米颗粒，并作为SERS基底分散到50ml去离子水中，得到水溶液；将浓度均为10-3M的4-溴苯硫酚、3,5-二氯苯硫酚作为拉曼探针分子添加至水溶液中，4-溴苯硫酚和3,5-二氯苯硫酚的加入量比为1:1，然后在摇床上震荡混合6小时，此过程为SERS基底吸附拉曼探针的过程，即SERS信号编码，然后再次利用Stöber方法（参见文献Stöber W, Fink A,Bohn E. Controlled growth of monodisperse silica spheres in the micron sizerange[J]. Journal of colloid and interface science, 1968, 26(1): 62-69.）对吸附拉曼探针后的四氧化三铁二氧化硅银复合纳米颗粒进行二氧化硅包覆，厚度为50~150nm，具体步骤为，单分散四氧化三铁二氧化硅银复合纳米颗粒与硅酸四乙酯（生成二氧化硅的前驱体）、乙醇和氨水，以1:0. 5~5：70:10的质量比，在室温下反应1小时，以4-溴苯硫酚的拉曼峰992 cm-1和3,5-二氯苯硫酚的拉曼峰1070 cm-1为编码信号，得到编码为【110】的单分散磁性SERS编码纳米颗粒；
（4）制备磁性SERS编码光子晶体微球：取0.2克步骤（3）制备的编码为【110】的单分散磁性SERS编码纳米颗粒，分散到1.8克含有α-羟基异丁酰苯引发剂的液体乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中（液体乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中，α-羟基异丁酰苯引发剂的质量百分比为1%），得到微乳液；
然后，采用内外嵌套毛细玻璃管（具体规格参数同实施例1）作为微流控器件，将微乳液通入内外嵌套毛细玻璃管的内管中，将含有嵌段共聚物的去离子水（聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物，商品名Pluronic F108，使用时，将聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物与水配置成5wt%水溶液）通入外管，调整内外管流速比为10，外管流速为1米/小时，在流动过程中，内管中的微乳液被外管中流动的去离子水剪切为单分散微乳液滴，磁性SERS编码纳米颗粒扩散至乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯液滴表面进行自组装形成周期性阵列结构，当外管流动时间为1小时的时候，在毛细玻璃管末端出口处，开启紫外灯（波长为365nm 的汞灯），进行紫外光辐照引发微乳液中乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯单体的聚合，即得到编码为【110】的单分散磁性SERS编码光子晶体微球。
实施例3
一种磁性SERS编码光子晶体微球的制备方法，具体步骤如下：
（1）制备四氧化三铁磁性纳米颗粒内核：将1.44克六水三氯化铁、0.318克四水氯化亚铁、0.72克尿素、2克聚丙烯酸钠和40克水混合均匀，形成透明溶液，置于聚四氟乙烯反应釜中，在200℃条件下加热10小时，即得到直径为250纳米的单分散四氧化三铁纳米颗粒；
（2）制备四氧化三铁二氧化硅银复合纳米颗粒：以步骤（1）制备的单分散四氧化三铁磁性纳米颗粒为内核，利用Stöber方法（参见文献Stöber W, Fink A, Bohn E.Controlled growth of monodisperse silica spheres in the micron size range[J].Journal of colloid and interface science, 1968, 26(1): 62-69.）在四氧化三铁磁性纳米颗粒表面包覆一层无定型二氧化硅壳层，所述二氧化硅壳层的厚度为10~50nm，具体步骤为，四氧化三铁磁性纳米颗粒与硅酸四乙酯（生成二氧化硅的前驱体）、乙醇和氨水，以1:0.05~0.5：70:10的质量比，在室温下反应1小时，得到单分散四氧化三铁二氧化硅复合纳米颗粒；
将单分散四氧化三铁二氧化硅复合颗粒、聚乙烯吡咯烷酮、硝酸银、氨水、水和乙醇以0.2：10：0.5：0.75：25：96的质量比进行混合，并置于反应釜中在90℃的温度条件下进行水热反应12小时，得到单分散四氧化三铁二氧化硅银复合纳米颗粒；
（3）制备磁性SERS编码纳米颗粒：取0.2克步骤（2）制备的单分散四氧化三铁二氧化硅银复合纳米颗粒，并作为SERS基底分散到50ml去离子水中，得到水溶液；将浓度均为10-3M的4-溴苯硫酚、3,5-二氯苯硫酚、2-巯基-4-甲基-5-噻唑乙酸作为拉曼探针分子添加至水溶液中，4-溴苯硫酚、3,5-二氯苯硫酚和2-巯基-4-甲基-5-噻唑乙酸的加入量比为1:1：1，然后在摇床上震荡混合6小时，此过程为SERS基底吸附拉曼探针的过程，即SERS信号编码，然后再次利用Stöber方法（参见文献Stöber W, Fink A, Bohn E. Controlled growthof monodisperse silica spheres in the micron size range[J]. Journal ofcolloid and interface science, 1968, 26(1): 62-69.）对吸附拉曼探针后的四氧化三铁二氧化硅银复合纳米颗粒进行二氧化硅包覆厚度为50~150nm，具体步骤为，单分散四氧化三铁二氧化硅银复合纳米颗粒与硅酸四乙酯（生成二氧化硅的前驱体）、乙醇和氨水，以1:0. 5~5：70:10的质量比，在室温下反应1小时，以4-溴苯硫酚的拉曼峰992 cm-1、3,5-二氯苯硫酚的拉曼峰1070 cm-1和2-巯基-4-甲基-5-噻唑乙酸的拉曼峰1296 cm-1为编码信号，得到编码为【111】的单分散磁性SERS编码纳米颗粒；
（4）制备磁性SERS编码光子晶体微球：取0.2克步骤（3）制备的编码为【111】的单分散磁性SERS编码纳米颗粒，分散到1.8克含有α-羟基异丁酰苯引发剂的液体乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中（液体乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中，α-羟基异丁酰苯引发剂的质量百分比为1%），得到微乳液；
然后，采用内外嵌套毛细玻璃管（具体规格参数同实施例1）作为微流控器件，将微乳液通入内外嵌套毛细玻璃管的内管中，将含有嵌段共聚物的去离子水（聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物，商品名Pluronic F108，使用时，将聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物与水配置成5wt%水溶液）通入外管，调整内外管流速比为20，外管流速为1米/小时，在流动过程中，内管中的微乳液被外管中流动的去离子水剪切为单分散微乳液滴，磁性SERS编码纳米颗粒扩散至乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯液滴表面进行自组装形成周期性阵列结构，当外管流动时间为1小时的时候，在出口处，开启紫外灯（波长为365nm 的汞灯），进行紫外光辐照引发微乳液中乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯单体的聚合，即得到编码为【111】的单分散磁性SERS编码光子晶体微球。
性能试验一
图6为磁性SERS编码光子晶体微球的拉曼信号强度的重复性表征图（拉曼信号测试采用激光共聚焦拉曼光谱仪的20倍物镜进行测量，波长633nm，激光功率0.5mW），图中红色三角形标识代表的是4-溴苯硫酚的拉曼信号重复性，绿色正方形标识代表的是3,5-二氯苯硫酚的拉曼信号重复性，蓝色圆形标识代表的是2-巯基-4-甲基-5-噻唑乙酸的重复性的拉曼信号重复性。从图6中可以看出，同一微球上上述三种拉曼分子的信号强度重复性标准偏差小于10%，不同微球之间的信号强度重复性标准偏差小于10%。
图7为采用实施例1得到的编码为【100】的磁性SERS编码球形光子晶体微球光谱表征，激发光源波长是633nm；图8为采用实施例2得到的编码为【110】的磁性SERS编码球形光子晶体微球光谱表征，激发光源波长是633nm；图9为采用实施例3得到的编码为【111】的磁性SERS编码球形光子晶体微球光谱表征，激发光源波长是633nm；其中，拉曼信号测试采用激光共聚焦拉曼光谱仪的20倍物镜进行测量，波长633nm，激光功率0.5mW。
性能试验二
图10为利用实施例3中的磁性SERS编码球形光子晶体微球作为载体对癌胚抗原CEA的进行检测的曲线图，检测过程中，利用磁性SERS编码球形光子晶体微球作为载体，通过三明治夹心抗体法（参见文献Ni, J.; Lipert, R. J.; Dawson, G. B., Porter, M.D. Immunoassay Readout Method Using Extrinsic Raman Labels Adsorbed onImmunogold Colloids[J]. Analytical Chemistry, 1999, 71(21), 4903-4908）对癌胚抗原CEA的进行检测，测试过程中癌胚抗原CEA的浓度从 0.1 fg mL-1到100 μg mL-1，按照10-50μL /个的加入量，加入磁性 SERS编码球形光子晶体微球，并进行检测，检测结果如图10所示，从图10中可以看出在浓度区间1pg/ml到10g/ml之间呈现线性变化，可用于对CEA肿瘤标志物的定量检测。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种磁性SERS编码光子晶体微球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）制备四氧化三铁磁性纳米颗粒内核：将六水三氯化铁、四水氯化亚铁、尿素、聚丙烯酸钠和水混合均匀，在180-200℃条件下反应6-12小时，即得到直径在100~300 nm之间的单分散四氧化三铁纳米颗粒；
（2）制备四氧化三铁二氧化硅银复合纳米颗粒：以步骤（1）制备的单分散四氧化三铁磁性纳米颗粒为内核，在四氧化三铁磁性纳米颗粒表面包覆一层无定型二氧化硅壳层，所述二氧化硅壳层的厚度为10~50nm，得到单分散四氧化三铁二氧化硅复合纳米颗粒；
将单分散四氧化三铁二氧化硅复合颗粒、聚乙烯吡咯烷酮、硝酸银、氨水、水和乙醇进行混合，在90-120℃的温度条件下进行水热反应2-12小时，得到单分散四氧化三铁二氧化硅银复合纳米颗粒；
（3）制备磁性SERS编码纳米颗粒：取步骤（2）制备的单分散四氧化三铁二氧化硅银复合纳米颗粒作为SERS基底分散到去离子水中，得到水溶液；将拉曼探针分子添加至水溶液中，混合6-8小时，然后对吸附拉曼探针后的四氧化三铁二氧化硅银复合纳米颗粒进行二氧化硅包覆，得到直径在300~500 nm之间的单分散磁性SERS编码纳米颗粒；
（4）制备磁性SERS编码光子晶体微球：将步骤（3）制备的单分散磁性SERS编码纳米颗粒分散到含有引发剂的液体聚合物单体中，得到微乳液，最后在紫外光的辐照下，聚合物单体发生聚合将周期性排布的磁性SERS编码纳米颗粒进行固化，形成球形或圆片形单分散磁性SERS编码光子晶体微球。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中六水三氯化铁、四水氯化亚铁、尿素、聚丙烯酸钠和水的质量比为（4.5-4.8）：1：（4.5~48）:（12~52）：（256-257）。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中单分散四氧化三铁二氧化硅复合颗粒、聚乙烯吡咯烷酮、硝酸银、氨水、水和乙醇的质量比为（0.2-0.7）：（13-27）：（0.6-1.5）：1：（33-34）：128。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中拉曼探针分子为4-溴苯硫酚、3,5-二氯苯硫酚和2-巯基-4-甲基-5-噻唑乙酸中的一种或几种。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，当步骤（3）中拉曼探针分子为4-溴苯硫酚、3,5-二氯苯硫酚和2-巯基-4-甲基-5-噻唑乙酸三种时，4-溴苯硫酚、3,5-二氯苯硫酚和2-巯基-4-甲基-5-噻唑乙酸的摩尔比为1:（0.1-1）: （0.1-1）。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）中聚合物单体为乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯，或三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）中引发剂为α-羟基异丁酰苯，1-羟基环己基苯基甲酮，2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮，或2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）中单分散磁性SERS编码纳米颗粒与聚合物单体、引发剂的质量比为1：1~5：0.01~0.05。
9.采用权利要求1-8任一方法制备得到的单分散磁性SERS编码光子晶体微球。
10.权利要求9所述单分散磁性SERS编码光子晶体微球作为载体在肿瘤标志物高通量检测中的应用。
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