CN118032739A - 一种拉曼探针及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种拉曼探针及其制备方法，拉曼探针包括金纳米颗粒内核、用于产生SERS信号的两个或更多个拉曼分子层以及包封相应拉曼分子层的两个或更多个银壳层；两个或更多个拉曼分子层以及两个或更多个银壳层设置在金纳米颗粒内核的外部，且拉曼分子层与银壳层交替布置，每个银壳层置于其前面一个拉曼分子层的外表面，第一个拉曼分子层置于金纳米颗粒内核的外表面，其余的拉曼分子层置于其前面一个银壳层的外表面并夹在相邻的两个银壳层之间；第一个拉曼分子层的拉曼分子为4‑巯基吡啶并用作内标，其余拉曼分子层的拉曼分子均选自2,3,5,6‑四氟‑4‑巯基苯甲酸、1,4‑苯二硫醇和4‑巯基苯甲腈。设置第二个拉曼分子层的拉曼分子数量和种类等，制备多种拉曼探针。
Description
技术领域
本发明属于拉曼光谱检测技术领域，尤其涉及一种拉曼探针及其制备方法。
背景技术
拉曼光谱是一种分子光谱技术，它可以用于物质的定性和定量分析。通过检测物质在拉曼散射过程中的振动能级变化，可以得到物质的指纹信息。SERS(Surface-enhancedRaman scattering，表面增强拉曼散射)是指当一些分子吸附在特殊的材料附近时，其拉曼信号被放大了几个数量级的现象。
拉曼探针的编码功能使其可以用于生物和临床样品的多通道分析。目前，大部分的拉曼编码探针以聚合物微球作为固相载体。微米级别的尺寸使其具有庞大的编码容量，并在免疫分析领域有着广泛的应用，但也正是微米尺度的限制，使其难以进入生物细胞内部，从而难以实现生物样本在生理条件下的非破坏性化学成分分析。而纳米尺度的拉曼探针结构类型少、编码方式单一。因此，相关技术中的拉曼探针要么难以进入生物细胞内部要么编码容量少，无法满足实际需求。
发明内容
本发明的技术目的在于提供一种拉曼探针及其制备方法，旨在解决相关技术中的拉曼探针要么难以进入生物细胞内部要么编码容量少的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明是这样实现的，一种拉曼探针，所述拉曼探针包括金纳米颗粒内核、用于产生SERS信号的两个或更多个拉曼分子层以及包封相应拉曼分子层的两个或更多个银壳层；所述两个或更多个拉曼分子层以及两个或更多个银壳层设置在所述金纳米颗粒内核的外部，且拉曼分子层与银壳层交替布置，每个银壳层置于其前面一个拉曼分子层的外表面，第一个拉曼分子层置于所述金纳米颗粒内核的外表面，其余的拉曼分子层置于其前面一个银壳层的外表面并夹在相邻的两个银壳层之间；所述第一个拉曼分子层的拉曼分子为4-巯基吡啶并用作内标，其余拉曼分子层的拉曼分子均选自2,3,5,6-四氟-4-巯基苯甲酸、1,4-苯二硫醇和4-巯基苯甲腈。
进一步地，所述拉曼分子层为两个，相应的银壳层也为两个。
进一步地，所述金纳米颗粒内核为棒状，其长度为40-60nm，厚度为5-15nm，纵横比为3-5。
进一步地，所述其余拉曼分子层的拉曼分子为2,3,5,6-四氟-4-巯基苯甲酸、1,4-苯二硫醇和4-巯基苯甲腈中的两种，且该两种拉曼分子在所述拉曼探针中的载量相同或不同。
进一步地，所述拉曼探针的拉曼光谱在350-650cm-1的拉曼位移范围内，所述其余拉曼分子层的拉曼分子产生的特征峰强度与内标的特征峰强度的比值范围是0.1-0.4。
进一步地，一种制备权利要求1所述拉曼探针的方法，包括：步骤1、通过种子生长法制备金纳米颗粒并将其作为内核；步骤2、在所述金纳米颗粒内核的外部设置用于产生SERS信号的两个或更多个拉曼分子层以及包封相应拉曼分子层的两个或更多个银壳层；拉曼分子层与银壳层交替布置，每个银壳层置于其前面一个拉曼分子层的外表面，第一个拉曼分子层置于所述金纳米颗粒内核的外表面，其余的拉曼分子层置于其前面一个银壳层的外表面并夹在相邻的两个银壳层之间；所述第一个拉曼分子层的拉曼分子为4-巯基吡啶并用作内标，其余拉曼分子层的拉曼分子均选自2,3,5,6-四氟-4-巯基苯甲酸、1,4-苯二硫醇和4-巯基苯甲腈。
进一步地，各个拉曼分子层按照以下方法形成：在搅拌下，在7＜pH≤8.5的碱性条件下，将拉曼分子层的拉曼分子的水溶液与金纳米颗粒内核或者外部包封有银壳层的金纳米颗粒内核混合，从而使拉曼分子通过润湿而沉积在金纳米颗粒内核的外表面或者金纳米颗粒内核外部的银壳层的外表面，其中沉积在金纳米颗粒内核的外表面形成第一个拉曼分子层，而沉积在银壳层的外表面则形成其余的拉曼分子层；各个银壳层按照以下方法形成：在搅拌下，在7＜pH≤8.5的碱性条件下，通过抗坏血酸将硝酸银还原为银而使银沉积在各个拉曼分子层的外表面，形成各个银壳层。
进一步地，在形成第一个拉曼分子层时，采用的4-巯基吡啶的水溶液的浓度为0.01-0.05mmol/L，且金纳米颗粒内核与4-巯基吡啶的水溶液混合的时间为0.5-4小时；在形成其余的拉曼分子层时，采用的各个拉曼分子层的拉曼分子的水溶液的浓度为0.025-0.1mmol/L，且外部包封有银壳层的金纳米颗粒内核与各个拉曼分子层的拉曼分子的水溶液混合的时间为4-15小时。
进一步地，在步骤1中，将所述金纳米颗粒内核分散在表面活性剂的水溶液中，得到金纳米颗粒内核分散液；在步骤2中，各个拉曼分子层和各个银壳层形成之后，分别加入表面活性剂的水溶液来除去结合不牢固的物质。
进一步地，所述表面活性剂选自十六烷基氯化铵、十六烷基溴化铵和聚乙烯吡咯烷酮中的一种。
本发明中一种拉曼探针及其制备方法与相关技术相比，有益效果在于：以金纳米颗粒内核为固相载体，制得的拉曼探针为纳米级别，可以实现生物样本在生理条件下的非破坏性化学成分分析，为生物医学研究提供更多样的分析手段。另外，在金纳米颗粒内核的外部设置有两个或更多个拉曼分子层以及包封相应拉曼分子层的两个或更多个银壳层，且拉曼分子层和银壳层交替布置。其中，第一个拉曼分子层为4-巯基吡啶，而其余的拉曼分子层可以选自2,3,5,6-四氟-4-巯基苯甲酸、1,4-苯二硫醇和4-巯基苯甲腈。一方面，每个拉曼分子层的外表面都有一层银壳层包封，将拉曼分子层包封在金纳米颗粒内核和银壳层之间、或者包封在银壳层和银壳层之间，从而可以增强拉曼分子层的拉曼信号。另一方面，由于每种拉曼分子都有高特异性的特征峰，因此，在拉曼探针的制备过程中，不仅可以通过设置其余的拉曼分子层的层数，还可以通过设置第二个拉曼分子层中的拉曼分子的数量、种类、以及具体的拉曼分子的载量等，从而可以进一步制备出更多种拉曼探针，可以进一步增加拉曼探针的编码容量，更好地满足需求。本发明以第一个拉曼分子层作为内标，因此，可以取其余的拉曼分子层中各种拉曼分子的特征峰强度与内标的特征峰强度的比值，从而减少拉曼信号的误差波动，可以提供稳定的拉曼信号。
附图说明
图1是本发明实施例1和实施例4中拉曼探针的结构示意图，上面小图为实施例1拉曼探针的结构示意图，下面小图是实施例4拉曼探针的结构示意图；
图2是本发明实施例1至4中拉曼探针的拉曼光谱图。
在附图中，各附图标记表示：1、金纳米颗粒内核；2、第一个拉曼分子层；3、第一个银壳层；4、第二个拉曼分子层；5、第二个银壳层。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参见图1-2，本发明实施例提供了一种拉曼探针，拉曼探针包括金纳米颗粒内核1、用于产生SERS信号的两个或更多个拉曼分子层以及包封相应拉曼分子层的两个或更多个银壳层；两个或更多个拉曼分子层以及两个或更多个银壳层设置在金纳米颗粒内核1的外部，且拉曼分子层与银壳层交替布置，每个银壳层置于其前面一个拉曼分子层的外表面，第一个拉曼分子层2置于金纳米颗粒内核1的外表面，其余的拉曼分子层置于其前面一个银壳层的外表面并夹在相邻的两个银壳层之间；第一个拉曼分子层2的拉曼分子为4-巯基吡啶并用作内标，其余拉曼分子层的拉曼分子均选自2,3,5,6-四氟-4-巯基苯甲酸、1,4-苯二硫醇和4-巯基苯甲腈。
在本发明实施例中，以金纳米颗粒内核1为固相载体，制得的拉曼探针为纳米级别，可以实现生物样本在生理条件下的非破坏性化学成分分析，为生物医学研究提供更多样的分析手段。
另外，在金纳米颗粒内核1的外部设置有两个或更多个拉曼分子层以及包封相应拉曼分子层的两个或更多个银壳层，且拉曼分子层和银壳层交替布置。具体地，第一个拉曼分子层2设置在金纳米颗粒内核1的外表面，第一个银壳层3设置在第一个拉曼分子层2的外表面；第二个拉曼分子层4设置在第一个银壳层3的外表面，第二个银壳层5设置在第二个拉曼分子层4的外表面；若包括两个以上拉曼分子层和两个以上银壳层，则以此类推，拉曼分子层和银壳层交替设置。其中，第一个拉曼分子层2为4-巯基吡啶，而其余的拉曼分子层可以选自2,3,5,6-四氟-4-巯基苯甲酸、1,4-苯二硫醇和4-巯基苯甲腈。示例性地，第二个拉曼分子层4可以是2,3,5,6-四氟-4-巯基苯甲酸、1,4-苯二硫醇和4-巯基苯甲腈中的任意一种或多种。
一方面，每个拉曼分子层的外表面都有一层银壳层包封，将拉曼分子层包封在金纳米颗粒内核1和银壳层之间、或者包封在银壳层和银壳层之间，从而可以增强拉曼分子层的拉曼信号。另一方面，由于每种拉曼分子都有高特异性的特征峰，因此，在拉曼探针的制备过程中，不仅可以通过设置其余的拉曼分子层的层数，还可以通过设置第二个拉曼分子层4中的拉曼分子的数量、种类、以及具体的拉曼分子的载量等，从而可以进一步制备出更多种拉曼探针，可以进一步增加拉曼探针的编码容量，更好地满足需求。本发明实施例以第一个拉曼分子层2作为内标，因此，可以取其余的拉曼分子层中各种拉曼分子的特征峰强度与内标的特征峰强度的比值，从而减少拉曼信号的误差波动，可以提供稳定的拉曼信号。
进一步地，拉曼分子层为两个，相应的银壳层也为两个。
具体地，在金纳米颗粒内核1的外部依次设置有第一个拉曼分子层2、第一个银壳层3、第二个拉曼分子层4和第二个银壳层5。其中，第一个拉曼分子层2为4-巯基吡啶并用作内标，第二个拉曼分子层4可以是2,3,5,6-四氟-4-巯基苯甲酸、1,4-苯二硫醇和4-巯基苯甲腈中的任意一种或多种。在拉曼探针的制备过程中，可以通过调整第二个拉曼分子层4中拉曼分子的数量、种类、以及具体的拉曼分子的载量等，制备出多种拉曼探针，可以增加拉曼探针的编码容量，满足需求。
进一步地，在本实施例中，金纳米颗粒内核1为棒状，其长度为40-60nm，厚度为5-15nm，纵横比为3-5。
具体地，金纳米颗粒内核1的长度可以为40、45、50、55或60nm等等，金纳米颗粒内核1的厚度可以为5、8、10、12或15nm等等。金纳米颗粒的纵横比指金纳米颗粒内核1的长度和宽度之比，其纵横比可以为3、3.5、4、4.5或5等等。在其他实施例中，金纳米颗粒内核1可以为球状等。
进一步地，其余拉曼分子层的拉曼分子为2,3,5,6-四氟-4-巯基苯甲酸、1,4-苯二硫醇和4-巯基苯甲腈中的两种，且该两种拉曼分子在拉曼探针中的载量相同或不同。
具体地，在一些实施例中，拉曼探针包括两个拉曼分子层和两个银壳层。其中第二个拉曼分子层4可以是2,3,5,6-四氟-4-巯基苯甲酸、1,4-苯二硫醇和4-巯基苯甲腈中的任意两种，且两种拉曼分子的载量可以相同也可以不相同。在拉曼探针的制备过程中，可以通过调整第二个拉曼分子层4中拉曼分子的种类、以及具体的拉曼分子的载量等，制备出多种拉曼探针，可以增加拉曼探针的编码容量，满足需求。
在一些实施例中，拉曼探针包括三个拉曼分子层和三个银壳层，第二个拉曼分子层4可以是2,3,5,6-四氟-4-巯基苯甲酸、1,4-苯二硫醇和4-巯基苯甲腈中的任意两种，第三个拉曼分子层可以是2,3,5,6-四氟-4-巯基苯甲酸、1,4-苯二硫醇和4-巯基苯甲腈中的任意两种。对于同一个拉曼分子层的两种拉曼分子的载量可以相同或不同。而对于不同拉曼分子层，第二个拉曼分子层4和第三个拉曼分子层的同种拉曼分子的载量可以相同或不同，且第二个拉曼分子层4和第三个拉曼分子层的不同种拉曼分子的载量可以相同或不同。因此，在拉曼探针的制备过程中，可以通过调整其余的拉曼分子层中拉曼分子的种类、以及具体的拉曼分子的载量等，制备出多种拉曼探针，可以增加拉曼探针的编码容量，满足需求。
可以理解的，当拉曼探针包括三个以上拉曼分子层和对应的银壳层时，同样可以在拉曼探针的制备过程中，通过调整其余的拉曼分子层中拉曼分子的种类、以及具体的拉曼分子的载量等，制备出多种拉曼探针，可以增加拉曼探针的编码容量，在此不做赘述。
进一步地，拉曼探针的拉曼光谱在350-650cm-1的拉曼位移范围内，其余拉曼分子层的拉曼分子产生的特征峰强度与内标的特征峰强度的比值范围是0.1-0.4。
具体地，第二个拉曼分子层4的拉曼分子产生的特征峰强度与内标的特征峰强度的比值范围可以是0.1、0.2、0.3和0.4等等。
示例性的，第二个拉曼分子层4包括1,4-苯二硫醇和4-巯基苯甲腈这两种拉曼分子。若有两种载量大小，定义其中载量大的为高载量，载量小的为低载量。如此，可以制备出四种拉曼探针：第一种拉曼探针包括低载量的1,4-苯二硫醇和低载量的4-巯基苯甲腈；第二种拉曼探针包括高载量的1,4-苯二硫醇和低载量的4-巯基苯甲腈；第三种拉曼探针包括低载量的1,4-苯二硫醇和高载量的4-巯基苯甲腈；第四种拉曼探针包括高载量的1,4-苯二硫醇和高载量的4-巯基苯甲腈。
应当说明的是，由于拉曼分子种类不同，因此，即使拉曼分子的载量相同，拉曼分子产生的特征峰强度与内标的特征峰强度的比值也可能不同。例如，高载量的1,4-苯二硫醇所产生的特征峰强度与内标的特征峰强度的比值约为0.4；高载量的4-巯基苯甲腈所产生的特征峰强度与内标的特征峰强度的比值约为0.4；低载量的1,4-苯二硫醇所产生的特征峰强度与内标的特征峰强度的比值约为0.2；而低载量的4-巯基苯甲腈所产生的特征峰强度与内标的特征峰强度的比值约为0.1。
本发明实施例还提供了一种制备拉曼探针的方法，包括：
步骤1、通过种子生长法制备金纳米颗粒并将其作为内核；
步骤2、在金纳米颗粒内核的外部设置用于产生SERS信号的两个或更多个拉曼分子层以及包封相应拉曼分子层的两个或更多个银壳层；
拉曼分子层与银壳层交替布置，每个银壳层置于其前面一个拉曼分子层的外表面，第一个拉曼分子层置于金纳米颗粒内核的外表面，其余的拉曼分子层置于其前面一个银壳层的外表面并夹在相邻的两个银壳层之间；
第一个拉曼分子层的拉曼分子为4-巯基吡啶并用作内标，其余拉曼分子层的拉曼分子均选自2,3,5,6-四氟-4-巯基苯甲酸、1,4-苯二硫醇和4-巯基苯甲腈。
在本发明实施例中，以金纳米颗粒内核为固相载体，制得的拉曼探针为纳米级别，可以实现生物样本在生理条件下的非破坏性化学成分分析，为生物医学研究提供更多样的分析手段。
另外，在金纳米颗粒内核的外部设置有两个或更多个拉曼分子层以及包封相应拉曼分子层的两个或更多个银壳层，且拉曼分子层和银壳层交替布置。具体地，第一个拉曼分子层设置在金纳米颗粒内核的外表面，第一个银壳层设置在第一个拉曼分子层的外表面；第二个拉曼分子层设置在第一个银壳层的外表面，第二个银壳层设置在第二个拉曼分子层的外表面；若包括两个以上拉曼分子层和两个以上银壳层，则以此类推，拉曼分子层和银壳层交替设置。其中，第一个拉曼分子层为4-巯基吡啶，而其余的拉曼分子层可以选自2,3,5,6-四氟-4-巯基苯甲酸、1,4-苯二硫醇和4-巯基苯甲腈。示例性地，第二个拉曼分子层可以是2,3,5,6-四氟-4-巯基苯甲酸、1,4-苯二硫醇和4-巯基苯甲腈中的任意一种或多种。
一方面，每个拉曼分子层的外表面都有一层银壳层包封，将拉曼分子层包封在金纳米颗粒内核和银壳层之间、或者包封在银壳层和银壳层之间，从而可以增强拉曼分子层的拉曼信号。另一方面，由于每种拉曼分子都有高特异性的特征峰，因此，在拉曼探针的制备过程中，不仅可以通过设置其余的拉曼分子层的层数，还可以通过设置第二个拉曼分子层中的拉曼分子的数量、种类、以及具体的拉曼分子的载量等，从而可以进一步制备出更多种拉曼探针，可以进一步增加拉曼探针的编码容量，更好地满足需求。本发明实施例以第一个拉曼分子层作为内标，因此，可以取其余的拉曼分子层中各种拉曼分子的特征峰强度与内标的特征峰强度的比值，从而减少拉曼信号的误差波动，可以提供稳定的拉曼信号。
进一步地，各个拉曼分子层按照以下方法形成：在搅拌下，在7＜pH≤8.5的碱性条件下，将拉曼分子层的拉曼分子的水溶液与金纳米颗粒内核或者外部包封有银壳层的金纳米颗粒内核混合，从而使拉曼分子通过润湿而沉积在金纳米颗粒内核的外表面或者金纳米颗粒内核外部的银壳层的外表面，其中沉积在金纳米颗粒内核的外表面形成第一个拉曼分子层，而沉积在银壳层的外表面则形成其余的拉曼分子层；
各个银壳层按照以下方法形成：在搅拌下，在7＜pH≤8.5的碱性条件下，通过抗坏血酸将硝酸银还原为银而使银沉积在各个拉曼分子层的外表面，形成各个银壳层。
具体地，混合沉积拉曼分子、以及沉积银，都需要在碱性条件下，具体的pH值可以为7.1、7.3、7.5、7.8、8.0、8.2和8.5等等。在制备拉曼探针的过程中，每个拉曼分子层的混合沉积步骤是相同的，每个银壳层的混合沉积步骤是相同的，只是拉曼分子的种类和载量有所区别，从而可以形成多种拉曼探针。在拉曼探针的制备过程中，可以在具有一个拉曼分子层和一个银壳层的拉曼探针的基础上，将第二个拉曼分子层混合沉积于第一个银壳层的外表面，将第二个银壳层沉积于第二个拉曼分子层的外表面，以形成具有两个拉曼分子层和两个银壳层的拉曼探针；可以在具有两个拉曼分子层和两个银壳层的拉曼探针的基础上，将第三个拉曼分子层混合沉积于第二个银壳层的外表面，将第三个银壳层沉积于第三个拉曼分子层的外表面，以形成具有三个拉曼分子层的拉曼探针；以此类推，以形成多种拉曼探针。
进一步地，在形成第一个拉曼分子层时，采用的4-巯基吡啶的水溶液的浓度为0.01-0.05mmol/L，且金纳米颗粒内核与4-巯基吡啶的水溶液混合的时间为0.5-4小时；在形成其余的拉曼分子层时，采用的各个拉曼分子层的拉曼分子的水溶液的浓度为0.025-0.1mmol/L，且外部包封有银壳层的金纳米颗粒内核与各个拉曼分子层的拉曼分子的水溶液混合的时间为4-15小时。
具体地，在形成第一个拉曼分子层时，采用的4-巯基吡啶的水溶液的浓度可以为0.01、0.015、0.02、0.025、0.03、0.035、0.04、0.045、0.05mmol/L等等，从而可以控制内标的拉曼分子产生的特征峰强度大小。金纳米颗粒内核与4-巯基吡啶的水溶液混合的时间可以为0.5、1、2、3、4小时等等，从而既可以避免金纳米颗粒聚集，也可以使得拉曼分子完全吸附在金纳米颗粒内核上。在形成其余的拉曼分子层时，采用的各个拉曼分子层的拉曼分子的水溶液的浓度为0.025、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1mmol/L等等，从而可以控制其余拉曼分子层的拉曼分子产生的特征峰强度大小。外部包封有银壳层的金纳米颗粒内核与各个拉曼分子层的拉曼分子的水溶液混合的时间可以为4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15小时等等，从而可以使得其余的拉曼分子层的拉曼分子完全吸附在对应的银壳层上。
进一步地，在步骤1中，将金纳米颗粒内核分散在表面活性剂的水溶液中，得到金纳米颗粒内核分散液；在步骤2中，各个拉曼分子层和各个银壳层形成之后，分别加入表面活性剂的水溶液来除去结合不牢固的物质。具体地，表面活性剂选自十六烷基氯化铵、十六烷基溴化铵和聚乙烯吡咯烷酮中的一种。
进一步地，步骤1中的金纳米颗粒内核为金纳米棒，金纳米棒的制备步骤具体包括：
步骤11、制备种子液：取5mL 0.2mol/L的CTAB(Hexadecyl trimethyl ammoniumBromide，十六烷基三甲基溴化铵)溶液与5mL 0.5mol/L氯金酸溶液混合于20mL的玻璃瓶中，并在400rpm的磁力搅拌器上搅拌10min。同时用0℃的冰纯水溶解适量的硼氢化钠粉末，准确配备0.01mol/L的硼氢化钠溶液，然后取0.6mL的硼氢化钠溶液注入到Au(Ⅲ)-CTAB体系中，可以观察到溶液从金黄色变为棕黄色，接着把磁力搅拌器的转速调至1200rpm，搅拌2min后停止，得到种子液。种子液在加入生长液前需在常温环境(25℃)下静置30min。
步骤12、制备生长液：首先用1000mL的容量瓶装载250mL的纯水并在加热炉中加热至65℃，同时准确称量9g的CTAB粉末和1.1g的5-溴水杨酸粉末并一起倒入容量瓶中，接着将瓶子放置在400rpm转速的磁力搅拌器上持续10min，确保CTAB与5-溴水杨酸粉末充分溶解。将溶液静置并使其温度冷却至室温后，逐滴加入4.8mL 20mmol/L硝酸银溶液的同时保持400rpm的转速搅拌，然后在30℃的水浴锅中静置保存15min。接着在400rpm的磁力搅拌器上加入250mL 1mmol/L的氯金酸溶液，持续15min，观察到溶液从无色变为金黄色。然后滴加2mL 0.064mol/L的抗坏血酸溶液，同时将搅拌器的转速提升至1000rpm并持续30s，溶液从金黄色变为无色，得到生成液。
步骤13、制备金纳米棒：将0.8mL静置好的种子液注入到制备好的生长液中，并剧烈搅拌30s，然后将其放置在30℃的水浴锅中12小时，让金纳米棒充分生长。最后将生长好的金纳米棒以10000rpm的转速离心12min，重复3次以去除上清液中的杂质，并加入0.5mmol/L的CTAB溶液保存。
以下通过具体实施例来进一步说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而不是用于限定本发明。
实施例1：
步骤一：将4-巯基吡啶溶解在0.1mol/L的氢氧化钠溶液中，使得4-巯基吡啶的水溶液处于7＜pH≤8.5的碱性条件下，且4-巯基吡啶的水溶液的浓度为0.025mmol/L。在4mL1OD(optical density，光学密度)的金纳米棒(长度为40-60nm，厚度为5-15nm，纵横比为3-5)中加入800μL碱性条件下0.025mmol/L4-巯基吡啶的水溶液，振荡2h。然后加入800μL5mmol/L十六烷基三甲基溴化铵溶液，振荡2min，离心分离。分散在4mL 0.1mmol/L的十六烷基三甲基溴化铵溶液，离心分离；重新分散在4mL 0.1mmol/L的十六烷基三甲基溴化铵溶液，离心分离；继续重新分散在4mL 0.1mmol/L的十六烷基三甲基溴化铵溶液，离心分离。
继续向分离物中加入200μL 0.1mol/L抗坏血酸溶液，然后加入240μL0.1mol/L的氢氧化钠溶液，振荡2min，使得混合有分离物和抗坏血酸的混合溶液处于7＜pH≤8.5的碱性条件下。然后逐滴加入400μL 2mmol/L硝酸银溶液，振荡3min。然后加入800μL 5mmol/L十六烷基三甲基溴化铵溶液，振荡2min，离心分离。分散在4mL 0.1mmol/L的十六烷基三甲基溴化铵溶液，离心分离；重新分散在4mL 0.1mmol/L的十六烷基三甲基溴化铵溶液，离心分离。得到包裹一层拉曼分子层和一层银壳层的金纳米棒。
步骤二：
将1,4苯二硫醇溶解在0.1mol/L的氢氧化钠溶液中，使得1,4苯二硫醇的水溶液处于7＜pH≤8.5的碱性条件下，且1,4苯二硫醇的水溶液的浓度为0.025mmol/L；将4-巯基苯甲腈溶解在0.1mol/L的氢氧化钠溶液中，使得4-巯基苯甲腈的水溶液处于7＜pH≤8.5的碱性条件下，且4-巯基苯甲腈的水溶液的浓度为0.025mmol/L。向步骤一所得金纳米棒中加入800μL碱性条件下的0.025mmol/L 1,4苯二硫醇的水溶液和800μL碱性条件下的0.025mmol/L 4-巯基苯甲腈的水溶液，振荡8h。然后加入800μL 5mmol/L十六烷基三甲基溴化铵溶液，振荡2min，离心分离。分散在4mL 0.1mmol/L十六烷基三甲基溴化铵溶液，离心分离；重复分散在4mL 0.1mmol/L十六烷基三甲基溴化铵溶液，离心分离；继续分散在4mL 0.1mmol/L十六烷基三甲基溴化铵溶液，离心分离。
向分离物中加入200μL 0.1mol/L抗坏血酸溶液，然后加入240μL 0.1mol/L氢氧化钠溶液，振荡2min，使得混合有分离物和抗坏血酸的混合溶液处于7＜pH≤8.5的碱性条件下。然后逐滴加入400μL 2mmol/L硝酸银溶液，振荡3min。然后加入800μL 5mmol/L十六烷基三甲基溴化铵溶液，振荡2min，离心分离。分散在4mL 0.1mmol/L十六烷基三甲基溴化铵溶液，离心分离；重新分散在4mL0.1mmol/L十六烷基三甲基溴化铵溶液，离心分离。得到包裹两层拉曼分子层和两层银壳层的金纳米棒，为最终的拉曼探针。该拉曼探针的第一个拉曼分子层为单组份拉曼分子，第二个拉曼分子层为双组份拉曼分子。
实施例2：
步骤一：将4-巯基吡啶溶解在0.1mol/L的氢氧化钠溶液中，使得4-巯基吡啶的水溶液处于7＜pH≤8.5的碱性条件下，且4-巯基吡啶的水溶液的浓度为0.025mmol/L。在4mL1OD(optical density，光学密度)的金纳米棒(长度为40-60nm，厚度为5-15nm，纵横比为3-5)中加入800μL碱性条件下的0.025mmol/L 4-巯基吡啶的水溶液，振荡2h。然后加入800μL5mmol/L十六烷基三甲基溴化铵溶液，振荡2min，离心分离。分散在4mL 0.1mmol/L的十六烷基三甲基溴化铵溶液，离心分离；重新分散在4mL 0.1mmol/L的十六烷基三甲基溴化铵溶液，离心分离；继续重新分散在4mL 0.1mmol/L的十六烷基三甲基溴化铵溶液，离心分离。
继续加入200μL 0.1mol/L抗坏血酸溶液，然后加入240μL 0.1mol/L的氢氧化钠溶液，振荡2min，使得混合有分离物和抗坏血酸的混合溶液处于7＜pH≤8.5的碱性条件下。然后逐滴加入400μL 2mmol/L硝酸银溶液，振荡3min。然后加入800μL 5mmol/L十六烷基三甲基溴化铵溶液，振荡2min，离心分离。分散在4mL 0.1mmol/L的十六烷基三甲基溴化铵溶液，离心分离；重新分散在4mL0.1mmol/L的十六烷基三甲基溴化铵溶液，离心分离。得到包裹一层拉曼分子层和一层银壳层的金纳米棒。
步骤二：
将1,4苯二硫醇溶解在0.1mol/L的氢氧化钠溶液中，使得1,4苯二硫醇的水溶液处于7＜pH≤8.5的碱性条件下，且1,4苯二硫醇的水溶液的浓度为0.1mmol/L；将4-巯基苯甲腈溶解在0.1mol/L的氢氧化钠溶液中，使得4-巯基苯甲腈的水溶液处于7＜pH≤8.5的碱性条件下，且4-巯基苯甲腈的水溶液的浓度为0.025mmol/L。向步骤一所得金纳米棒中加入800μL碱性条件下的0.1mmol/L 1,4苯二硫醇的水溶液和800μL 0.025mmol/L 4-巯基苯甲腈的水溶液，振荡8h。然后加入800μL 5mmol/L十六烷基三甲基溴化铵溶液，振荡2min，离心分离。分散在4mL 0.1mmol/L十六烷基三甲基溴化铵溶液，离心分离；重复分散在4mL0.1mmol/L十六烷基三甲基溴化铵溶液，离心分离；继续分散在4mL 0.1mmol/L十六烷基三甲基溴化铵溶液，离心分离。
向分离物中加入200μL 0.1mol/L抗坏血酸溶液，然后加入240μL 0.1mol/L氢氧化钠溶液，振荡2min，使得混合有分离物和抗坏血酸的混合溶液处于7＜pH≤8.5的碱性条件下。然后逐滴加入400μL 2mmol/L硝酸银溶液，振荡3min。然后加入800μL 5mmol/L十六烷基三甲基溴化铵溶液，振荡2min，离心分离。分散在4mL 0.1mmol/L十六烷基三甲基溴化铵溶液，离心分离；重新分散在4mL0.1mmol/L十六烷基三甲基溴化铵溶液，离心分离。得到包裹两层拉曼分子层和两层银壳层的金纳米棒，为最终的拉曼探针。该拉曼探针的第一个拉曼分子层为单组份拉曼分子，第二个拉曼分子层为双组份拉曼分子。
实施例3：
步骤一：将4-巯基吡啶溶解在0.1mol/L的氢氧化钠溶液中，使得4-巯基吡啶的水溶液处于7＜pH≤8.5的碱性条件下，且4-巯基吡啶的水溶液的浓度为0.025mmol/L。在4mL1OD(optical density，光学密度)的金纳米棒(长度为40-60nm，厚度为5-15nm，纵横比为3-5)中加入800μL碱性条件下0.025mmol/L4-巯基吡啶的水溶液，振荡2h。然后加入800μL5mmol/L十六烷基三甲基溴化铵溶液，振荡2min，离心分离。分散在4mL 0.1mmol/L的十六烷基三甲基溴化铵溶液，离心分离；重新分散在4mL 0.1mmol/L的十六烷基三甲基溴化铵溶液，离心分离；继续重新分散在4mL 0.1mmol/L的十六烷基三甲基溴化铵溶液，离心分离。
继续向分离物中加入200μL 0.1mol/L抗坏血酸溶液，然后加入240μL0.1mol/L的氢氧化钠溶液，振荡2min，使得混合有分离物和抗坏血酸的混合溶液处于7＜pH≤8.5的碱性条件下。然后逐滴加入400μL 2mmol/L硝酸银溶液，振荡3min。然后加入800μL 5mmol/L十六烷基三甲基溴化铵溶液，振荡2min，离心分离。分散在4mL 0.1mmol/L的十六烷基三甲基溴化铵溶液，离心分离；重新分散在4mL 0.1mmol/L的十六烷基三甲基溴化铵溶液，离心分离。得到包裹一层拉曼分子层和一层银壳层的金纳米棒。
步骤二：
将1,4苯二硫醇溶解在0.1mol/L的氢氧化钠溶液中，使得1,4苯二硫醇的水溶液处于7＜pH≤8.5的碱性条件下，且1,4苯二硫醇的水溶液的浓度为0.025mmol/L；将4-巯基苯甲腈溶解在0.1mol/L的氢氧化钠溶液中，使得4-巯基苯甲腈的水溶液处于7＜pH≤8.5的碱性条件下，且4-巯基苯甲腈的水溶液的浓度为0.1mmol/L。向步骤一所得金纳米棒中加入800μL碱性条件下0.025mmol/L 1,4苯二硫醇的水溶液和800μL碱性条件下0.1mmol/L 4-巯基苯甲腈的水溶液，振荡8h。然后加入800μL 5mmol/L十六烷基三甲基溴化铵溶液，振荡2min，离心分离。分散在4mL 0.1mmol/L十六烷基三甲基溴化铵溶液，离心分离；重复分散在4mL 0.1mmol/L十六烷基三甲基溴化铵溶液，离心分离；继续分散在4mL 0.1mmol/L十六烷基三甲基溴化铵溶液，离心分离。
加分离物中加入200μL 0.1mol/L抗坏血酸溶液，然后加入240μL 0.1mol/L氢氧化钠溶液，振荡2min，使得混合有分离物和抗坏血酸的混合溶液处于7＜pH≤8.5的碱性条件下。然后逐滴加入400μL 2mmol/L硝酸银溶液，振荡3min。然后加入800μL 5mmol/L十六烷基三甲基溴化铵溶液，振荡2min，离心分离。分散在4mL 0.1mmol/L十六烷基三甲基溴化铵溶液，离心分离；重新分散在4mL0.1mmol/L十六烷基三甲基溴化铵溶液，离心分离。得到包裹两层拉曼分子层和两层银壳层的金纳米棒，为最终的拉曼探针。该拉曼探针的第一个拉曼分子层为单组份拉曼分子，第二个拉曼分子层为双组份拉曼分子。
实施例4
步骤一：将4-巯基吡啶溶解在0.1mol/L的氢氧化钠溶液中，使得4-巯基吡啶的水溶液处于7＜pH≤8.5的碱性条件下，且4-巯基吡啶的水溶液的浓度为0.025mmol/L。在4mL1OD(optical density，光学密度)的金纳米棒(长度为40-60nm，厚度为5-15nm，纵横比为3-5)中加入800μL碱性条件下0.025mmol/L4-巯基吡啶的水溶液，振荡2h。然后加入800μL5mmol/L十六烷基三甲基溴化铵溶液，振荡2min，离心分离。分散在4mL 0.1mmol/L的十六烷基三甲基溴化铵溶液，离心分离；重新分散在4mL 0.1mmol/L的十六烷基三甲基溴化铵溶液，离心分离；继续重新分散在4mL 0.1mmol/L的十六烷基三甲基溴化铵溶液，离心分离。
继续加入200μL 0.1mol/L抗坏血酸溶液，然后加入240μL 0.1mol/L的氢氧化钠溶液，振荡2min。然后逐滴加入400μL 2mmol/L硝酸银溶液，振荡3min，使得混合有分离物和抗坏血酸的混合溶液处于7＜pH≤8.5的碱性条件下。然后加入800μL 5mmol/L十六烷基三甲基溴化铵溶液，振荡2min，离心分离。分散在4mL 0.1mmol/L的十六烷基三甲基溴化铵溶液，离心分离；重新分散在4mL0.1mmol/L的十六烷基三甲基溴化铵溶液，离心分离。得到包裹一层拉曼分子层和一层银壳层的金纳米棒。
步骤二：
将1,4苯二硫醇溶解在0.1mol/L的氢氧化钠溶液中，使得1,4苯二硫醇的水溶液处于7＜pH≤8.5的碱性条件下，且1,4苯二硫醇的水溶液的浓度为0.1mmol/L；将4-巯基苯甲腈溶解在0.1mol/L的氢氧化钠溶液中，使得4-巯基苯甲腈的水溶液处于7＜pH≤8.5的碱性条件下，且4-巯基苯甲腈的水溶液的浓度为0.1mmol/L。向步骤一所得金纳米棒中加入800μL碱性条件下0.1mmol/L1,4苯二硫醇的水溶液和800μL碱性条件下0.1mmol/L 4-巯基苯甲腈的水溶液，振荡8h。然后加入800μL 5mmol/L十六烷基三甲基溴化铵溶液，振荡2min，离心分离。分散在4mL 0.1mmol/L十六烷基三甲基溴化铵溶液，离心分离；重复分散在4mL0.1mmol/L十六烷基三甲基溴化铵溶液，离心分离；继续分散在4mL 0.1mmol/L十六烷基三甲基溴化铵溶液，离心分离。
向分离物中加入200μL 0.1mol/L抗坏血酸溶液，然后加入240μL 0.1mol/L氢氧化钠溶液，振荡2min，使得混合有分离物和抗坏血酸的混合溶液处于7＜pH≤8.5的碱性条件下。然后逐滴加入400μL 2mmol/L硝酸银溶液，振荡3min。然后加入800μL 5mmol/L十六烷基三甲基溴化铵溶液，振荡2min，离心分离。分散在4mL 0.1mmol/L十六烷基三甲基溴化铵溶液，离心分离；重新分散在4mL0.1mmol/L十六烷基三甲基溴化铵溶液，离心分离。得到包裹两层拉曼分子层和两层银壳层的金纳米棒，为最终的拉曼探针。该拉曼探针的第一个拉曼分子层为单组份拉曼分子，第二个拉曼分子层为双组份拉曼分子。
可以了解的，上述实施例1-4中，步骤1中第一个拉曼分子层的拉曼分子种类和物质的量相同；步骤1中银壳的制备对应相同；步骤2中银壳的制备也对应相同；步骤2中第二个拉曼分子层的各拉曼分子的种类也相同，区别仅在于步骤2中第二个拉曼分子层中各拉曼分子的物质的量不同，因此，上述实施例1-4是中的步骤1可以通过增加物质的量倍数或者用量倍数，以实现四个实施例同时制备。再将步骤1得到的平均分为四份，用于进行各个实施例步骤2的操作。
具体的，同时制备时的步骤一可以为：将4-巯基吡啶溶解在0.1mol/L的氢氧化钠溶液中，使得4-巯基吡啶的水溶液处于7＜pH≤8.5的碱性条件下，且4-巯基吡啶的水溶液的浓度为0.025mmol/L。在16mL 1OD(optical density，光学密度)的金纳米棒(长度为40-60nm，厚度为5-15nm，纵横比为3-5)中加入3.2mL碱性条件下0.1mmol/L 4-巯基吡啶的水溶液，振荡2h。然后加入3.2mL5mmol/L十六烷基三甲基溴化铵溶液，振荡2min，离心分离。分散在16mL0.1mmol/L的十六烷基三甲基溴化铵溶液，离心分离；重新分散在16mL0.1mmol/L的十六烷基三甲基溴化铵溶液，离心分离；继续重新分散在16mL0.1mmol/L的十六烷基三甲基溴化铵溶液，离心分离。
继续向分离物中加入800μL 0.1mol/L抗坏血酸溶液，然后加入960μL0.1mol/L的氢氧化钠溶液，振荡2min，使得混合有分离物和抗坏血酸的混合溶液处于7＜pH≤8.5的碱性条件下。然后逐滴加入1.6mL 2mmol/L硝酸银溶液，振荡3min。然后加入3.2mL 5mmol/L十六烷基三甲基溴化铵溶液，振荡2min，离心分离。分散在16mL 0.1mmol/L的十六烷基三甲基溴化铵溶液，离心分离；重新分散在16mL 0.1mmol/L的十六烷基三甲基溴化铵溶液，离心分离。得到包裹一层拉曼分子层和一层银壳层的金纳米棒。
通过实施例1-4的步骤，可以得到四种拉曼探针，再将四种拉曼探针分别用于检测。如图2所示，图中I-IV分别为对应于实施例1-4制备得到的拉曼探针的光谱图。其中横轴代表拉曼分子的拉曼位移，纵轴代表拉曼分子的信号强度。I-IV中最左侧对应的峰值显示其为4-巯基吡啶，为第一个拉曼分子层的拉曼分子，即为内标；而中间和右边对应的峰值显示分别为1,4-苯二硫醇和4-巯基苯甲腈，对应为第二个拉曼分子层的拉曼分子。由于实施例1中拉曼探针的1,4-苯二硫醇和4-巯基苯甲腈的载量均较小，因此对应的拉曼分子的信号强度均较低。实施例2中拉曼探针的1,4-苯二硫醇的载量较大，因此1,4-苯二硫醇的特征峰强度较高；而拉曼探针的4-巯基苯甲腈的载量较小，因此4-巯基苯甲腈的特征峰强度较低。同样地，实施例3中1,4-苯二硫醇对应的拉曼分子的信号强度较低；而4-巯基苯甲腈的物质的量较大，因此对应的拉曼分子的信号强度较高。实施例4中，1,4-苯二硫醇和4-巯基苯甲腈对应的拉曼分子的信号强度均较高。因此，四种拉曼探针在信号强度上有所不同，从而可以实现增大拉曼探针的编码容量，更好地满足实际需要。
Claims (10)
1.一种拉曼探针，其特征在于，所述拉曼探针包括金纳米颗粒内核、用于产生SERS信号的两个或更多个拉曼分子层以及包封相应拉曼分子层的两个或更多个银壳层；
所述两个或更多个拉曼分子层以及两个或更多个银壳层设置在所述金纳米颗粒内核的外部，且拉曼分子层与银壳层交替布置，每个银壳层置于其前面一个拉曼分子层的外表面，第一个拉曼分子层置于所述金纳米颗粒内核的外表面，其余的拉曼分子层置于其前面一个银壳层的外表面并夹在相邻的两个银壳层之间；
所述第一个拉曼分子层的拉曼分子为4-巯基吡啶并用作内标，其余拉曼分子层的拉曼分子均选自2,3,5,6-四氟-4-巯基苯甲酸、1,4-苯二硫醇和4-巯基苯甲腈。
2.根据权利要求1所述的拉曼探针，其特征在于，所述拉曼分子层为两个，相应的银壳层也为两个。
3.根据权利要求1所述的拉曼探针，其特征在于，所述金纳米颗粒内核为棒状，其长度为40-60nm，厚度为5-15nm，纵横比为3-5。
4.根据权利要求1所述的拉曼探针，其特征在于，所述其余拉曼分子层的拉曼分子为2,3,5,6-四氟-4-巯基苯甲酸、1,4-苯二硫醇和4-巯基苯甲腈中的两种，且该两种拉曼分子在所述拉曼探针中的载量相同或不同。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的拉曼探针，其特征在于，所述拉曼探针的拉曼光谱在350-650cm-1的拉曼位移范围内，所述其余拉曼分子层的拉曼分子产生的特征峰强度与内标的特征峰强度的比值范围是0.1-0.4。
6.一种制备权利要求1所述拉曼探针的方法，其特征在于，包括：
步骤1、通过种子生长法制备金纳米颗粒并将其作为内核；
步骤2、在所述金纳米颗粒内核的外部设置用于产生SERS信号的两个或更多个拉曼分子层以及包封相应拉曼分子层的两个或更多个银壳层；
拉曼分子层与银壳层交替布置，每个银壳层置于其前面一个拉曼分子层的外表面，第一个拉曼分子层置于所述金纳米颗粒内核的外表面，其余的拉曼分子层置于其前面一个银壳层的外表面并夹在相邻的两个银壳层之间；
所述第一个拉曼分子层的拉曼分子为4-巯基吡啶并用作内标，其余拉曼分子层的拉曼分子均选自2,3,5,6-四氟-4-巯基苯甲酸、1,4-苯二硫醇和4-巯基苯甲腈。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，各个拉曼分子层按照以下方法形成：
在搅拌下，在7＜pH≤8.5的碱性条件下，将拉曼分子层的拉曼分子的水溶液与金纳米颗粒内核或者外部包封有银壳层的金纳米颗粒内核混合，从而使拉曼分子通过润湿而沉积在金纳米颗粒内核的外表面或者金纳米颗粒内核外部的银壳层的外表面，其中沉积在金纳米颗粒内核的外表面形成第一个拉曼分子层，而沉积在银壳层的外表面则形成其余的拉曼分子层；
各个银壳层按照以下方法形成：
在搅拌下，在7＜pH≤8.5的碱性条件下，通过抗坏血酸将硝酸银还原为银而使银沉积在各个拉曼分子层的外表面，形成各个银壳层。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在形成第一个拉曼分子层时，采用的4-巯基吡啶的水溶液的浓度为0.01-0.05mmol/L，且金纳米颗粒内核与4-巯基吡啶的水溶液混合的时间为0.5-4小时；
在形成其余的拉曼分子层时，采用的各个拉曼分子层的拉曼分子的水溶液的浓度为0.025-0.1mmol/L，且外部包封有银壳层的金纳米颗粒内核与各个拉曼分子层的拉曼分子的水溶液混合的时间为4-15小时。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，在步骤1中，将所述金纳米颗粒内核分散在表面活性剂的水溶液中，得到金纳米颗粒内核分散液；
在步骤2中，各个拉曼分子层和各个银壳层形成之后，分别加入表面活性剂的水溶液来除去结合不牢固的物质。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述表面活性剂选自十六烷基氯化铵、十六烷基溴化铵和聚乙烯吡咯烷酮中的一种。
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