CN103234951A - 一种贵金属纳米粒子包覆光子晶体编码微球制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种贵金属纳米粒子包覆光子晶体编码微球制备方法。本发明通过在光子晶体编码微球的表面进行化学键修饰后，利用原位合成的方法将贵金属纳米粒子包覆在光子晶体编码微球表面，即在光子晶体编码微球表面引入贵金属纳米粒子来实现增强表面拉曼光谱效果，利用光子晶体编码微球的特征反射峰，同时检测多种待测样品，实现超高灵敏度的无标记多元生物免疫检测。本发明克服了荧光光谱所存在的易受光照、温度、存储时间等限制导致稳定性不高，生物相容性等问题，及溶剂对环境影响等缺陷。本发明灵敏度度，检测简单且快速，成本低廉，性质十分稳定，检测效率提高。
Description
技术领域
本发明涉及生物医学研究、环境监测和临床检测的技术领域，特别涉及一种贵金属纳米粒子包覆光子晶体编码微球制备方法。
背景技术
随着人类基因组(测序)计划的逐步实施以及分子生物学等相关学科的迅猛发展，越来越多的动植物、微生物基因组序列得以测定，基因序列数据正在以前所未有的速度迅速增长。同时，在临床免疫学检测中，往往都是要检测一份标本中多项指标，特别是新的病原微生物被不断发现，与疾病相关的新的免疫学指标也在不断被发现，临床检测项目也必然会不断增加。为此，建立新型杂交和测序方法从而实现对大量的遗传信息、临床样本进行高效、快速的检测、分析就显得格外重要了。
目前，流动编码载体由于其制备简单，编码量大，反应快速等特点受到广泛关注。其中基于光谱技术的光子晶体编码由于其编码、检测技术成熟，检测方便直观而得以普遍应用。此外，相对于其他固相形式的载体，微球具有较显著的优势：首先，微球的比表面积比较大，能够增加有效反应的表面积与体积之间的比，因此可以使表面的化学反应在更小的体积范围内进行；其次，采用微球来作为固相形式的载体可以利用相关的辅助手段如搅拌、超声、液体冲刷等，来实现不同形式的反应体系，从而可以加快体系的反应速度；最后，随着微球表面功能化基团的改变，可以扩展微球的用途。
但是，目前利用光子晶体编码微球的多元检测主要依赖荧光光谱。荧光光谱的吸收峰，一般来自于分子的化学结构，即由分子本身的化学结构所决定的，故极易受到光照，温度，存储时间等因素的限制，因此稳定性不高，通常光谱峰范围相对较宽难以区分，而且存在生物相容性等问题，此外，荧光光谱的检测一般需要在特定的溶剂中进行，溶剂可能会对物质的荧光产生重要的环境影响，会使荧光减弱，甚至完全消失，故一般采用荧光光谱作为检测的依据还存在一定的限制。
发明内容
本发明的目的在于提供克服上述缺陷，研制一种贵金属纳米粒子包覆光子晶体编码微球制备方法。
本发明的技术方案是：
一种贵金属纳米粒子包覆光子晶体编码微球制备方法，其主要技术特征在于通过在光子晶体编码微球的表面进行化学键修饰后，利用原位合成的方法将贵金属纳米粒子包覆在光子晶体编码微球表面，即在光子晶体编码微球表面引入贵金属纳米粒子来实现增强表面拉曼光谱效果，利用光子晶体编码微球的特征反射峰，同时检测多种待测样品，实现超高灵敏度的无标记多元生物免疫检测。
本发明更进一步的技术方案是：
(1)选取不同编码的光子晶体编码微球，对其表面进行处理，随着微球表面功能化基团的改变，得到带氨基基团修饰的光子晶体编码微球；
(2)利用原位合成的方法，向盛有光子晶体编码微球的容器内加入去离子水和含贵金属离子的前驱体溶液，缓慢升温后加入事先制配置好的还原剂，即得到贵金属纳米粒子包覆的光子晶体编码微球；
(3)将制备得到的贵金属纳米粒子包覆的光子晶体编码微球洗涤后置于高温条件下煅烧，用来去除实验过程中引入的杂质，并进一步增强光子晶体编码微球的机械强度。
在本技术方案当中，所描述的光子晶体微球的编码是光子晶体反射光谱中的特征反射峰的波长数值。所述的光子晶体微球的结构为胶体粒子长程有序地自组装而成的蛋白石结构的光子晶体；蛋白石结构的光子晶体微球具有反射特定波长的光的能力，其反射光谱具有其特征反射峰，波长范围涵盖紫外，可见与红外区。
本发明通过化学方法在光子晶体微球表面引入贵金属纳米粒子，从而可以得到具备三维结构的纳米复合材料，将其作为一种新型的且具有增强表面拉曼散射的基底，兼有贵金属纳米粒子的光学、电学、催化和免疫等方面的特殊性能，又有光子晶体微球作为基底的流动编码载体特性，可以同时检测多种待测样品，实现超高灵敏度的多元生物免疫检测。
本发明具有以下优点：
1)贵金属纳米粒子包覆光子晶体编码微球，可以通过选取不同编码的光子晶体微球对待测样品进行有效编码，满足同时检测多个指标的需要，此外，在光子晶体编码微球表面引入贵金属纳米粒子来实现增强表面拉曼光谱效果，利用表面增强拉曼光谱可以有效增强检测的灵敏度，实现超高灵敏度的多元生物免疫检测；
2)这种贵金属纳米粒子包覆光子晶体编码微球，既可以有效利用光子晶体微球的特征反射峰来获悉待测样品的种类，又可以利用表面增强拉曼光谱的强度来检测出待测样品的含量。该检测过程简单，而且快速。
3)这种贵金属纳米粒子包覆光子晶体编码微球制备方法简单，通过在光子晶体编码微球的表面进行化学键修饰后，利用原位合成的方法将贵金属纳米粒子包覆在光子晶体编码微球表面，该合成方法容易控制，制作成本低廉，简单高效；
4)这种光子晶体编码微球所用编码稳定性好，且经过贵金属纳米粒子包覆以后的光子晶体编码微球的编码性能保持一致。将该贵金属纳米粒子包覆的光子晶体编码微球置于常温下，其自身的化学性质稳定，不易受温度、光照、湿度等外界条件的影响，性质十分稳定。在应用的过程中始终保持稳定的编码；
5)检测步骤简单高效，由于光子晶体编码微球的外层被贵金属纳米粒子包覆，而一般的生物样品又含有氨基，因此不需要再修饰功能基团即可与将探针分子固定在微球的表面，减少了化学偶联的步骤，提高了检测效率。
本发明的其他具体优点和效果将在下面继续说明。
具体实施方式
本发明的技术思路是：
通过化学方法在光子晶体编码微球表面引入贵金属纳米粒子，从而可以得到具备三维结构的纳米复合材料。实验结果表明，由这种方法制得的光子晶体编码微球粒径范围可以控制在50μm到3mm之间，贵金属纳米粒子的粒径范围可以控制在3nm到70nm之间。其制备方法简单高效，并且在光子晶体编码微球表面包覆贵金属纳米粒子的方法相对简单而且大小、形貌、分散性均可适当调节。
下面对本发明的实验过程进行详细的说明，旨在使本发明的设计流程、设计目的及其创新点和优点更加明了。
一种贵金属纳米粒子包覆光子晶体编码微球的制备方法，是选取不同编码的光子晶体微球，对其表面进行化学键修饰后，通过采用原位合成的方法将贵金属纳米粒子包覆在光子晶体微球的表面，利用表面拉曼增强光谱检测多种待测样品，实现超高灵敏度的多元生物免疫检测。
制备方法包括以下步骤：
选取不同编码的光子晶体微球，对其表面进行处理，得到带氨基基团修饰的光子晶体编码微球。其中光子晶体编码微球可以为有机的乙烯类聚合物光子晶体微球，即聚苯乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯或聚丙烯酸乙酯，或为无机光子晶体微球即二氧化硅或二氧化钛。
利用原位合成的方法，向盛有光子晶体编码微球的容器内加入去离子水和含贵金属离子的前驱体溶液，缓慢升温后加入事先制配置好的还原剂，即得到贵金属纳米粒子包覆的光子晶体编码微球。贵金属纳米粒子可以为金纳米粒子、银纳米粒子或铂纳米粒子。
将制备得到的贵金属纳米粒子包覆的光子晶体编码微球洗涤后置于高温条件下煅烧，用来去除实验过程中引入的杂质，并进一步增强光子晶体编码微球的机械强度。
在本技术方案当中，所描述的光子晶体微球的编码是光子晶体反射光谱中的特征反射峰的波长数值。所述的光子晶体微球的结构为胶体粒子长程有序地自组装而成的蛋白石结构的光子晶体；蛋白石结构的光子晶体微球能够反射特定波长的光，其反射光谱具有其特征反射峰，波长范围涵盖紫外，可见与红外区。所述的表面包覆有贵金属纳米粒子的光子晶体编码微球，是通过在光子晶体编码微球表面引入贵金属粒子来实现增强表面拉曼光谱效果。
下面是具体实施例。
实施例1：
金纳米粒子包覆的二氧化硅光子晶体编码微球的制备
1、分别选取不同编码的二氧化硅光子晶体编码微球，将其浸入70％(V/V0)浓硫酸和30％的双氧水溶液中过夜，使得制备的二氧化硅光子晶体编码微球表面带有羟基基团。将修饰好羟基的二氧化硅光子晶体编码微球浸泡在浓度为0.015mol/L3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)的异丙醇溶液中，在80℃的恒温水浴中震荡2个小时，充分反应后用超纯水冲洗三次，将多余的APTES除去，使二氧化硅光子晶体编码微球表面带有氨基基团。
2、将修饰好氨基的二氧化硅光子晶体编码微球浸泡在1％的氯金酸(HAuCl4)溶液中，并缓慢升温直至沸腾，再加入事先制配置好的1％柠檬酸钠水溶液，剧烈搅拌直至最终溶液变成酒红色，冷却至室温后用超纯水冲洗三次，最终得到金纳米粒子包覆的二氧化硅光子晶体编码微球。
3、将经过上述条件制备得到的光子晶体编码微球置于高温条件下煅烧，用来去除实验过程中引入的杂质，并进一步增强光子晶体编码微球的机械强度。该合成方法简便，微球性质稳定。以光子晶体编码微球的特征反射峰作为编码，利用表面拉曼增强光谱检测多种待测样品，实现超高灵敏度的多元生物免疫检测。
实施例2：
银纳米粒子修饰的聚苯乙烯光子晶体编码微球的制备
1、分别选取不同编码的聚苯乙烯光子晶体编码微球，由于制备的聚苯乙烯光子晶体微球表面带有羧基，故将其直接置于浓度为0.015mol/L3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)的异丙醇溶液中，在80℃的恒温水浴中震荡2个小时，充分反应后用超纯水冲洗三次，将多余的APTES除去，使聚苯乙烯光子晶体编码微球表面带有氨基基团。
2、将修饰好氨基的聚苯乙烯光子晶体编码微球浸泡在0.2mg\mL的硝酸银(AgNO3)溶液中，并缓慢升温直至沸腾，再加入事先制配置好的1％柠檬酸钠水溶液，剧烈搅拌直至反应完全，冷却至室温后用超纯水冲洗三次，最终得到银纳米粒子包覆的聚苯乙烯光子晶体编码微球。
3、将经过上述条件制备得到的光子晶体编码微球置于高温条件下煅烧，用来去除实验过程中引入的杂质，并进一步增强光子晶体编码微球的机械强度。该合成方法简便，微球性质稳定。以光子晶体编码微球的特征反射峰作为编码，利用表面拉曼增强光谱检测多种待测样品，实现超高灵敏度的多元生物免疫检测。
Claims (5)
1.一种贵金属纳米粒子包覆光子晶体编码微球制备方法，其特征在于通过在光子晶体编码微球的表面进行化学键修饰后，利用原位合成的方法将贵金属纳米粒子包覆在光子晶体编码微球表面，即在光子晶体编码微球表面引入贵金属纳米粒子来实现增强表面拉曼光谱效果，利用光子晶体编码微球的特征反射峰，同时检测多种待测样品，实现超高灵敏度的无标记多元生物免疫检测。
2.根据权利要求1所述的一种贵金属纳米粒子包覆光子晶体编码微球制备方法，其特征在于制备方法包括以下步骤：
(1)选取不同编码的光子晶体编码微球，对其表面进行处理，随着微球表面功能化基团的改变，得到带氨基基团修饰的光子晶体编码微球；
(2)利用原位合成的方法，向盛有光子晶体编码微球的容器内加入去离子水和含贵金属离子的前驱体溶液，缓慢升温后加入事先制配置好的还原剂，即得到贵金属纳米粒子包覆的光子晶体编码微球；
(3)将制备得到的贵金属纳米粒子包覆的光子晶体编码微球洗涤后置于高温条件下煅烧，用来去除实验过程中引入的杂质，并进一步增强光子晶体编码微球的机械强度。
3.根据权利要求1或2所述的一种贵金属纳米粒子包覆光子晶体编码微球制备方法，其特征在于光子晶体编码微球为有机的乙烯类聚合物光子晶体微球，即聚苯乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯或聚丙烯酸乙酯，或为无机光子晶体微球即二氧化硅或二氧化钛。
4.根据权利要求1或2所述的一种贵金属纳米粒子包覆光子晶体编码微球制备方法，其特征在于光子晶体微球的编码是光子晶体反射光谱中的特征反射峰的波长数值，波长范围涵盖紫外，可见与红外区。
5.根据权利要求1所述的一种贵金属纳米粒子包覆光子晶体编码微球制备方法，其特征在于贵金属纳米粒子可以为金纳米粒子、银纳米粒子或铂纳米粒子。
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