CN114951680B - 一种具有生物沉默区拉曼信号的双配体金纳米粒子的合成方法和应用 - Google Patents

一种具有生物沉默区拉曼信号的双配体金纳米粒子的合成方法和应用 Download PDF

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Abstract

一种具有生物沉默区拉曼信号的双配体金纳米粒子的合成方法和应用，它涉及一种金纳米粒子的合成方法和应用。本发明的目的是要解决现有拉曼沉默区的染料分子包含对应的特征性官能团有炔基、氰基、叠氮的稳定性差、包含碳氘的价格昂贵的问题。方法：一、制备溶液A；二、制备双配体溶液B；三、将双配体溶液B倒入到溶液A中，加热反应；四、纯化处理，得到均匀分散的具有生物沉默区拉曼信号的双配体金纳米粒子。一种具有生物沉默区拉曼信号的双配体金纳米粒子用于抗坏血酸的拉曼检测。本发明制备的一种具有生物沉默区拉曼信号的双配体金纳米粒子(AC‑AuNPs)具有生物沉默区拉曼信号以及可逆性Cu(II)诱导聚集‑分散性能。

Description

一种具有生物沉默区拉曼信号的双配体金纳米粒子的合成方 法和应用
技术领域
本发明涉及一种金纳米粒子的合成方法和应用。
背景技术
表面增强拉曼散射(SERS)技术由于检测灵敏度高、独特的指纹识别性以及不受光漂白影响等优势受到广泛的关注。SERS结构的重要构成为贵金属类的纳米粒子基底，可以通过表面等离子增强效应(SPR)对其附着其表面分子的拉曼信号产生指数级增强。通常，构筑SERS初级信号基元是先合成SPR纳米粒子，再通过后续的反应上载拉曼染料，这一程序在指纹区(＜1800cm-1)的SERS体系构筑中尤为常见，往往需要拉曼染料带有巯基基团同时兼具水溶性和稳定性。研究发现，拉曼光谱中生物自身的背景干扰主要分布在小于1800cm-1的范围内，而该区域也正是很多拉曼探针的信号响应范围，因此生物背景与探针信号峰往往发生重叠导致拉曼探针信噪比低准确性差。然而，在拉曼光谱中1800-2800cm-1范围内几乎不存在生物自身的背景干扰，被称为生物样本的拉曼沉默区。拉曼沉默区的染料分子包含对应的特征性官能团有炔基、氰基、叠氮(稳定性差)、碳氘(价格昂贵)，同时CO分子和石墨烯共轭结构在该区域也有对应的拉曼信号。其中，炔基和氰基是目前研究较多同时各方面性能表现出色的沉默区拉曼染料，也有望弥补该区域商业化染料的空白。能够在生物样本的拉曼沉默区显示特征峰的探针将为高信噪比拉曼生物检测诊断以及呈像领域带来曙光。与指纹区商业化染料相比，沉默区拉曼染料自身信号极其微弱，故而需要借助SERS体系进行信号的初级增强以及后续的“热点”构筑带来的二次增强。目前，在SPR纳米粒子合成中基于直接内嵌拉曼信号的构筑方法研究较少，源于适合用于用作为纳米粒子还原兼稳定剂的生物沉默区拉曼配体分子较少。此外，单一上述拉曼染料分子做配体往往无法保证SPR纳米粒子高度分散性。因此，筛选合适的拉曼配体分子与经典的配体一起通过双配体的形式研究SPR纳米粒子的合成方法以及拉曼信号的表现情况，将会为更多的沉默区乃至指纹区拉曼信号探针的构筑提供思路和理论基础。
发明内容
本发明的目的是要解决现有拉曼沉默区的染料分子包含对应的特征性官能团有炔基、氰基、叠氮的稳定性差、包含碳氘的价格昂贵的问题，而提供一种具有生物沉默区拉曼信号的双配体金纳米粒子的合成方法。
一种具有生物沉默区拉曼信号的双配体金纳米粒子的合成方法，具体是按以下步骤完成的：
一、制备溶液A：
①、使用去离子水将1g·mL-1的HAuCl4·3H2O溶液稀释成浓度为0.1g·mL-1；
②、将去离子水和浓度为0.1g·mL-1的HAuCl4·3H2O溶液混合均匀，得到溶液A；
二、制备双配体溶液B：
将柠檬酸钠和苦杏仁苷加入到离心管中，再加入去离子水，得到双配体溶液B；
步骤二中所述的柠檬酸钠与苦杏仁苷的物质的量比为(1～3):(1～3)；
三、将溶液A加热至沸腾，再将双配体溶液B倒入到溶液A中，继续加热沸腾，得到反应产物；
四、纯化处理：
①、将反应产物进行离心，去除上清液，得到沉淀物质；将沉淀物质分散到蒸馏水中；
②、重复步骤四①，再采用0.22μm水系微孔过滤膜进行过滤，除去少量大颗粒，得到均匀分散的具有生物沉默区拉曼信号的双配体金纳米粒子。
一种具有生物沉默区拉曼信号的双配体金纳米粒子用于抗坏血酸的拉曼检测。
本发明的原理及优点：
一、本发明采用双配体氧化还原法制备金纳米粒子(AC-AuNPs)，通过优化调节双配体比例(苦杏仁苷：柠檬酸钠)、反应的时间、温度和反应液的浓度获取高强度初级拉曼信号基元(2174cm-1的拉曼信号)；采用Cu(II)诱导上述AC-AuNPs可逆性聚集(而非不可逆性聚沉)并伴随着拉曼信号的二次显著性增强；此外，抗坏血酸将Cu(II)还原为Cu(I)，同时伴随着聚集化AC-AuNPs结构被破坏以及拉曼信号的降低；根据抗坏血酸的浓度与拉曼信号降低之间的线性关系实现抗坏血酸的无背景高灵敏检测；
二、本发明制备的一种具有生物沉默区拉曼信号的双配体金纳米粒子(AC-AuNPs)具有生物沉默区拉曼信号以及可逆性Cu(II)诱导聚集-分散性能。
三、本发明基于AC-AuNPs-Cu(II)的探针体系对抗坏血酸具有很好的响应性，可用于抗坏血酸的高灵敏检测，灵敏度可达0.36μmol·L-1。
本发明可获得一种具有生物沉默区拉曼信号的双配体金纳米粒子。
附图说明
图1为实施例1制备的AC-AuNPs的透射电镜图；
图2为实施例1制备的AC-AuNPs的扫描电镜图；
图3为水溶液中组分拉曼位移对比图谱，图中1为对比实施例1制备的C-AuNPs，2为实施例1制备的AC-AuNPs，3为去离子水，4为苦杏仁苷水溶液；
图4为苦杏仁苷上载金纳米前后拉曼位移对比图谱，图中黑色虚线为实施例1制备的AC-AuNPs的拉曼位移曲线，黑色实线为苦杏仁苷粉末拉曼位移曲线；
图5为紫外-可见吸收光谱，图中5黑色虚线为对比实施例1制备的C-AuNPs的紫外-可见吸收光谱，灰色实线为实施例1制备的AC-AuNPs的紫外-可见吸收光谱；
图6是实施例1制备的AC-AuNPs在不同浓度Cu(II)下的拉曼位移图谱；
图7为AC-AuNPs-Cu(II)响应AA的拉曼光谱位移图，内嵌图为AA检测标准曲线图。
具体实施方式
以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。
具体实施方式一：本实施方式一种具有生物沉默区拉曼信号的双配体金纳米粒子的合成方法，具体是按以下步骤完成的：
一、制备溶液A：
①、使用去离子水将1g·mL-1的HAuCl4·3H2O溶液稀释成浓度为0.1g·mL-1；
②、将去离子水和浓度为0.1g·mL-1的HAuCl4·3H2O溶液混合均匀，得到溶液A；
二、制备双配体溶液B：
将柠檬酸钠和苦杏仁苷加入到离心管中，再加入去离子水，得到双配体溶液B；
步骤二中所述的柠檬酸钠与苦杏仁苷的物质的量比为(1～3):(1～3)；
三、将溶液A加热至沸腾，再将双配体溶液B倒入到溶液A中，继续加热沸腾，得到反应产物；
四、纯化处理：
①、将反应产物进行离心，去除上清液，得到沉淀物质；将沉淀物质分散到蒸馏水中；
②、重复步骤四①，再采用0.22μm水系微孔过滤膜进行过滤，除去少量大颗粒，得到均匀分散的具有生物沉默区拉曼信号的双配体金纳米粒子。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤一②中所述的去离子水与浓度为0.1g·mL-1的HAuCl4·3H2O溶液的体积比为150mL:150μL。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：步骤二中所述的柠檬酸钠与苦杏仁苷的物质的量比为1:1。其它步骤与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：步骤二中所述的柠檬酸钠与苦杏仁苷的物质的量比为1:3。其它步骤与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：步骤二中所述的柠檬酸钠与苦杏仁苷的物质的量比为2:3。其它步骤与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：步骤二中所述的柠檬酸钠与苦杏仁苷的物质的量比为3:1。其它步骤与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：步骤二中所述的柠檬酸钠与苦杏仁苷的物质的量比为3:2。其它步骤与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：步骤二中所述的柠檬酸钠的质量与去离子水的体积比为(0.01g～0.09):(7mL～8mL)；步骤三中继续加热沸腾的时间为5min～30min。其它步骤与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：步骤三中所述的溶液A与双配体溶液B的体积比为(140mL～160mL):(7mL～8mL)；步骤四①中所述的离心的速度为7000r/min～11000r/min，离心的时间为10min～20min。其它步骤与具体实施方式一至八相同。
具体实施方式十：本实施方式一种具有生物沉默区拉曼信号的双配体金纳米粒子用于抗坏血酸的拉曼检测。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例1：一种具有生物沉默区拉曼信号的双配体金纳米粒子的合成方法，具体是按以下步骤完成的：
一、制备溶液A：
①、使用去离子水将1g·mL-1的HAuCl4·3H2O溶液稀释成浓度为0.1g·mL-1；
②、将150mL去离子水和150μL浓度为0.1g·mL-1的HAuCl4·3H2O溶液混合均匀，得到溶液A；
二、制备双配体溶液B：
将0.0379g柠檬酸钠和0.0672g苦杏仁苷加入到10mL离心管中，再加入7.5mL去离子水，得到双配体溶液B；
三、将溶液A加热至沸腾，再将双配体溶液B倒入到溶液A中，继续加热沸腾15min，得到反应产物；
四、纯化处理：
①、将反应产物进行离心，去除上清液，得到沉淀物质；将沉淀物质分散到蒸馏水中；
步骤四①中所述的离心的速度为9000r/min，离心的时间为20min；
②、重复步骤四①，再采用0.22μm水系微孔过滤膜进行过滤，除去少量大颗粒，得到均匀分散的具有生物沉默区拉曼信号的双配体金纳米粒子(AC-AuNPs)。
对比实施例1：柠檬酸钠作为唯一配体合成的金纳米粒子(C-AuNPs)是按以下步骤制备的：
一、制备溶液A：
①、使用去离子水将1g·mL-1的HAuCl4·3H2O溶液稀释成浓度为0.1g·mL-1；
②、将150mL去离子水和150μL浓度为0.1g·mL-1的HAuCl4·3H2O溶液混合均匀，得到溶液A；
二、制备双配体溶液B：
将0.0379g柠檬酸钠加入到10mL离心管中，再加入7.5mL去离子水，得到双配体溶液B；
三、将溶液A加热至沸腾，再将双配体溶液B倒入到溶液A中，继续加热沸腾15min，得到反应产物；
四、纯化处理：
①、将反应产物进行离心，去除上清液，得到沉淀物质；将沉淀物质分散到蒸馏水中；
步骤四①中所述的离心的速度为9000r/min，离心的时间为20min；
②、重复步骤四①，再采用0.22μm水系微孔过滤膜进行过滤，除去少量大颗粒，得到均匀分散的柠檬酸钠作为唯一配体合成的金纳米粒子(C-AuNPs)。
图1为实施例1制备的AC-AuNPs的透射电镜图；
由图1中透射电镜粒子尺寸统计可知：实施例1制备的AC-AuNPs的平均粒径为16.57nm。
图2为实施例1制备的AC-AuNPs的扫描电镜图；
由图2扫描电镜可知：实施例1制备的AC-AuNPs为球形粒子。
对比实施例2：将0.0672g苦杏仁苷加入到7.5mL去离子水中，得到苦杏仁苷水溶液。
对比实施例3：本实施例的去离子水与实施例1使用的去离子水相同。
对实施例1制备的AC-AuNPs、对比实施例1制备的C-AuNPs、对比实施例2制备的苦杏仁苷水溶液和对比实施例3中的去离子水进行测试，拉曼位移图谱见图3所示；
图3为水溶液中组分拉曼位移对比图谱，图中1为对比实施例1制备的C-AuNPs，2为实施例1制备的AC-AuNPs，3为去离子水，4为苦杏仁苷水溶液；
图3说明：通过拉曼位移光谱，可以清楚的看到AC-AuNPs的在2174cm-1处具有生物沉默区拉曼信号，而相同浓度的苦杏仁苷则由于该位置拉曼信号强度太弱无法观测而与水溶液呈现相同的背景谱图；只有柠檬酸钠作为配体获得的C-AuNPs同样没有沉默区特征信号，只有水溶剂背景信号。以上结果表明，双配体合成的金纳米粒子(AC-AuNPs)具有特征的生物沉默区拉曼信号，同时金纳米粒子对于其表面的配体-苦杏仁苷起到了极强的拉曼信号SPR增强效应。
图4为苦杏仁苷上载金纳米前后拉曼位移对比图谱，图中黑色虚线为实施例1制备的AC-AuNPs的拉曼位移曲线，黑色实线为苦杏仁苷粉末拉曼位移曲线；
图4说明：通过拉曼位移光谱对比固体苦杏仁苷和液体AC-AuNPs特征峰的差异。固体苦杏仁苷中氰基的拉曼峰位于2243cm-1，作为配体上载于金纳米粒子表面则移动到了(2174cm-1)。以上结果表明金纳米粒子可以改变氰基的特征峰位。
图5为紫外-可见吸收光谱，图中5黑色虚线为对比实施例1制备的C-AuNPs的紫外-可见吸收光谱，灰色实线为实施例1制备的AC-AuNPs的紫外-可见吸收光谱；
图5说明：由紫外可见吸收光谱可知，AC-AuNPs的SPR峰位于516nm(实施例1)，C-AuNPs位于518nm(对比实施例1)，表明双配体法获得的AC-AuNPs具有类似的特征SPR吸收光谱。
图6是实施例1制备的AC-AuNPs在不同浓度Cu(II)下的拉曼位移图谱；
图6说明：在一定浓度范围内(10-20μmol/L)下，Cu(II)浓度越高AC-AuNPs的拉曼信号二次增强效果越好。以上结果表明Cu(II)可以通过聚集诱导“热点”产生的形式进一步增强AC-AuNPs拉曼信号强度。
图7为AC-AuNPs-Cu(II)响应AA的拉曼光谱位移图，内嵌图为AA检测标准曲线图。
图7说明：由标准曲线图可知，基于AC-AuNPs-Cu(II)的探针体系对抗坏血酸具有很好的响应性，可用于抗坏血酸的高灵敏检测，灵敏度可达0.36μmol·L-1。

Claims (10)

1.一种具有生物沉默区拉曼信号的双配体金纳米粒子的合成方法，其特征在于该合成方法具体是按以下步骤完成的：
一、制备溶液A：
①、使用去离子水将1g·mL-1的HAuCl4·3H2O溶液稀释成浓度为0.1 g·mL-1；
②、将去离子水和浓度为0.1 g·mL-1的HAuCl4·3H2O溶液混合均匀，得到溶液A；
二、制备双配体溶液B：
将柠檬酸钠和苦杏仁苷加入到离心管中，再加入去离子水，得到双配体溶液B；
步骤二中所述的柠檬酸钠与苦杏仁苷的物质的量比为(1~3):(1~3)；
三、将溶液A加热至沸腾，再将双配体溶液B倒入到溶液A中，继续加热沸腾，得到反应产物；
步骤三中继续加热沸腾的时间为5min~30min；
步骤三中所述的溶液A与双配体溶液B的体积比为(140mL~160mL):(7mL~8mL)；
四、纯化处理：
①、将反应产物进行离心，去除上清液，得到沉淀物质；将沉淀物质分散到蒸馏水中；
②、重复步骤四①，再采用0.22μm水系微孔过滤膜进行过滤，除去少量大颗粒，得到均匀分散的具有生物沉默区拉曼信号的双配体金纳米粒子。
2.根据权利要求1所述的一种具有生物沉默区拉曼信号的双配体金纳米粒子的合成方法，其特征在于步骤一②中所述的去离子水与浓度为0.1 g·mL-1的HAuCl4·3H2O溶液的体积比为150mL:150μL。
3.根据权利要求1所述的一种具有生物沉默区拉曼信号的双配体金纳米粒子的合成方法，其特征在于步骤二中所述的柠檬酸钠与苦杏仁苷的物质的量比为1:1。
4.根据权利要求1所述的一种具有生物沉默区拉曼信号的双配体金纳米粒子的合成方法，其特征在于步骤二中所述的柠檬酸钠与苦杏仁苷的物质的量比为1:3。
5.根据权利要求1所述的一种具有生物沉默区拉曼信号的双配体金纳米粒子的合成方法，其特征在于步骤二中所述的柠檬酸钠与苦杏仁苷的物质的量比为2:3。
6.根据权利要求1所述的一种具有生物沉默区拉曼信号的双配体金纳米粒子的合成方法，其特征在于步骤二中所述的柠檬酸钠与苦杏仁苷的物质的量比为3:1。
7.根据权利要求1所述的一种具有生物沉默区拉曼信号的双配体金纳米粒子的合成方法，其特征在于步骤二中所述的柠檬酸钠与苦杏仁苷的物质的量比为3:2。
8.根据权利要求1所述的一种具有生物沉默区拉曼信号的双配体金纳米粒子的合成方法，其特征在于步骤二中所述的柠檬酸钠的质量与去离子水的体积比为(0.01g~0.09g):(7mL~8mL)。
9.根据权利要求1所述的一种具有生物沉默区拉曼信号的双配体金纳米粒子的合成方法，其特征在于步骤四①中所述的离心的速度为7000r/min~11000r/min，离心的时间为10min~20min。
10.如权利要求1所述的合成方法合成的一种具有生物沉默区拉曼信号的双配体金纳米粒子的应用，其特征在于一种具有生物沉默区拉曼信号的双配体金纳米粒子用于抗坏血酸的拉曼检测。
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