CN116106284A - 一种基于氧化石墨烯的比色荧光双模式复合纳米片及其制备方法与应用 - Google Patents

一种基于氧化石墨烯的比色荧光双模式复合纳米片及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于氧化石墨烯的比色荧光双模式复合纳米片及其制备方法与应用。本发明基于氧化石墨烯的比色荧光双模式复合纳米片包括依次层叠的氧化石墨烯纳米片层、第一正夹电层、金纳米粒子和羧基化量子点的复合层、第二正夹电层和羧基化量子点层。本发明复合纳米片可以同时作为拥有比色信号和荧光信号的纳米探针，巨大的接触面积赋予免疫层析***对目标病原体优秀的结合能力，同时材料表面大量量子点形成的外壳可以大大增强材料的荧光强度，从而达到提高检测灵敏度的目的，材料表面的羧基提供了大量抗体修饰的位点，可通过修饰不同的抗体实现免疫层析的多重检测模式和多通道同时快速检测，在病原微生物现场检测方面具有巨大的应用潜力。

Description

一种基于氧化石墨烯的比色荧光双模式复合纳米片及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及新型纳米材料的制备及快速检测领域，具体涉及一种基于氧化石墨烯的比色荧光双模式复合纳米片及其制备方法与在快速检测中的应用。
背景技术
免疫层析是目前最成熟的一种现场快速检测工具。近年来，通过将量子点与其他其他微球（例如聚合物，胶乳，磁珠，二氧化硅）相结合制备出的亚微米尺寸的量子点微球作为一种解决量子点易于团聚的策略，已被广泛用于免疫层析***。但是，这些量子点微球基本上都是3D球状结构，当免疫层析***中出现细菌、真菌等大尺寸微生物时就会存在灵敏度低，稳定性差的缺陷，从而影响免疫层析的应用。而将荧光量子点与二维纳米材料基底结合，可以改善量子点微球体积较大，柔性较差等问题，非常适用于免疫层析中大尺寸微生物的检测。
氧化石墨烯（GO）是一种典型的二维碳膜结构，由于其丰富的表面官能团(即羧基、羟基、环氧基等)，在水中具有优异的分散性和良好的相容性，可以作为有效的载体与其他纳米材料相结合，形成性能改善的复合结构。以往的研究报道，氧化石墨烯材料由于具有光致发光猝灭能力、良好的电导率和巨大的表面积等突出的电子特性，非常适合构建生物传感器。据我们所知，一种基于二维氧化石墨烯的，具有比色和荧光双模式的，可用于生物传感器的纳米探针还没有被报道。
发明内容
为了克服现有的三维球状量子点复合纳米材料在免疫层析中灵敏度低的问题，本发明提供一种基于氧化石墨烯的比色荧光双模式复合纳米片及其制备方法与应用，该比色荧光双模式复合纳米片单分散性好，同时具有胶体金比色信号和量子点荧光信号的新型比色/荧光纳米片。这种新型氧化石墨烯比色/荧光双模式复合纳米片是基于聚乙烯亚胺（PEI）自组装的方法制备的，制备的材料比色性能好、荧光性能优越，可作为新型比色/荧光信号标签应用在免疫层析***中。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明提供一种基于氧化石墨烯的比色荧光双模式复合纳米片，它包括依次层叠的氧化石墨烯纳米片层、第一正夹电层、金纳米粒子和羧基化量子点的复合层、第二正夹电层和羧基化量子点层。
上述的基于氧化石墨烯的比色荧光双模式复合纳米片中，所述氧化石墨烯比色荧光双模式复合纳米片的片径为50～500nm，厚度为23～80nm；
所述氧化石墨烯纳米片的片径为50～500nm，厚度为0.8～1.2nm；
所述第一正夹电层和所述第二正夹电层的厚度均可为1～10nm；
所述金纳米粒子的粒径可为10～30nm；
所述金纳米粒子和羧基化量子点的复合层和所述羧基化量子点层中的羧基化量子点的粒径为10～12nm；
所述羧基化量子点为CdSe/ZnS-COOH颗粒。
相应地，所述金纳米粒子和羧基化量子点的复合层的厚度为10～30nm；
所述羧基化量子点层的厚度为8～12nm。
作为实例，所述氧化石墨烯比色荧光双模式复合纳米片的片径为300～500nm，厚度为27～31nm；
所述氧化石墨烯纳米片的片径为300～500nm，厚度为0.8～1.2nm；
所述第一正夹电层和所述第二正夹电层的厚度为1nm；
所述金纳米粒子的粒径为16nm；
所述金纳米粒子和羧基化量子点的复合层和所述羧基化量子点层中的羧基化量子点的粒径为10nm。
作为实例相应地，所述金纳米粒子和羧基化量子点的复合层的厚度为16nm；
所述羧基化量子点层的厚度为9～11nm。
上述的基于氧化石墨烯的比色荧光双模式复合纳米片中，所述基于氧化石墨烯的比色荧光双模式复合纳米片的激发光为紫外光，激发波长优选365nm；
所述基于氧化石墨烯的比色荧光双模式复合纳米片的荧光发射波长范围为400～800nm。
第二方面，本发明提供上述任一项所述的基于氧化石墨烯的比色荧光双模式复合纳米片的制备方法，包括：使负电性的氧化石墨烯纳米片、正电性的聚乙烯亚胺、负电性的金纳米粒子、负电性的羧基化量子点、正电性的聚乙烯亚胺、负电性的羧基化量子点在所述负电性的氧化石墨烯纳米片的表面依次进行静电层层自组装，得到所述基于氧化石墨烯的比色荧光双模式复合纳米片。
进一步地，所述静电层层自组装包括如下步骤：
（1）将所述氧化石墨烯纳米片的水溶液加入所述聚乙烯亚胺的水溶液中进行超声反应，经第一次自组装，得到GO-PEI纳米片；
（2）将所述GO-PEI纳米片的水溶液与所述金纳米粒子的水溶液混合进行超声反应，经第二次自组装，得到GO-Au复合纳米片；
（3）将所述GO-Au纳米片的水溶液与所述羧基化量子点的水溶液混合进行超声反应，经第三次自组装，得到GO-Au/QD复合纳米片；
（4）将所述GO-Au/QD复合纳米片的水溶液加入所述聚乙烯亚胺的水溶液中进行超声反应，经第四次自组装，得到GO-Au/QD-PEI复合纳米片；
（5）将所述GO-Au/QD-PEI复合纳米片的水溶液与所述羧基化量子点的水溶液混合进行超声反应，经第五次自组装，得到所述基于氧化石墨烯的比色荧光双模式复合纳米片。
更进一步地，步骤（1）中，所述氧化石墨烯纳米片通过如下步骤分选得到：将浓度为2mg/mL的江苏先丰纳米材料科技有限公司生产的货号为100683的单层氧化石墨烯分散液与去离子水按1:1比例混匀，通过10000～14000 r离心8～15 min，得到片径大小为50～500 nm（如300～500 nm）的氧化石墨烯纳米片；
所述氧化石墨烯纳米片的水溶液与所述聚乙烯亚胺的水溶液的体积比可为（0.05~4）：1，具体可为2：1；
所述氧化石墨烯纳米片的水溶液的浓度可为0.5～2mg/mL，具体可为取一定体积（如900 mL）的2mg/mL氧化石墨烯原液与去离子水1:1超声混匀，使用10000 rpm/10 min离心得到GO沉淀，将GO沉淀重悬于所述一定体积的去离子水中得到的氧化石墨烯纳米片的水溶液的浓度；
在本发明的具体实施例中，将每400 mL所述氧化石墨烯纳米片的水溶液分散在1.1 mL去离子水中，加入所述聚乙烯亚胺的水溶液；
所述聚乙烯亚胺的水溶液的浓度可为0.5mg/mL～5mg/mL，具体可为1 mg/mL；
所述聚乙烯亚胺的分子量可为5000～80000，具体可为25000；
所述第一次自组装中的超声时间可为20～60min，具体可为40min；
步骤（1）还包括在所述超声反应后在10000 rpm下离心10 min，收集沉淀的步骤。
步骤（2）中，所述GO-PEI纳米片的水溶液与所述金纳米粒子的水溶液的体积比可为1：（50～800），具体可为1：100；
所述GO-PEI纳米片的水溶液的浓度可为0.5～2mg/mL，具体可为将每1.5mL浓度为0.533mg/mL的GO纳米片溶液加入200mL 浓度为1 mg/mL分子量为25000的 PEI溶液中，超声40min，反应结束后在10000 rpm下离心10 min，用去离子水清洗后重悬于400mL去离子水中得到的GO-PEI纳米片的水溶液。
所述金纳米粒子的水溶液的浓度可为0.1～0.2mg/mL，具体可为0.2mg/mL；
所述第二次自组装中的超声时间可为20～40min，具体可为30min；
步骤（2）还包括在所述超声反应后在7200 rpm下离心6 min，收集沉淀的步骤。
步骤（3）中，所述GO-Au纳米片的水溶液与所述羧基化量子点的水溶液的体积比可为（500～2000）：1，具体可为666:1；
所述GO-Au纳米片的水溶液的浓度可为0.105～0.24mg/mL，具体可为在每400 mL所述GO-PEI纳米片的水溶液加入到40 mL 粒径为16nm浓度为0.2mg/mL的胶体金纳米颗粒溶液中，超声30 min，反应结束后在7200 rpm下离心6min，用去离子水清洗后重悬于40 mL去离子水中得到的GO-Au纳米片的水溶液；
所述羧基化量子点的水溶液的浓度可为9～11 nmol/mL，具体可为苏州星烁纳米科技有限公司生产的货号为CdSe/ZnS-631-MPA的CdSe/ZnS-COOH溶液；
所述第三次自组装中的超声时间可为20～60min，具体可为60min；
步骤（3）还包括在所述超声反应后在6700 rpm下离心6 min，收集沉淀的步骤。
步骤（4）中，所述GO-Au/QD复合纳米片的水溶液与所述聚乙烯亚胺的水溶液的体积比可为（8～40）：1，具体可为20：1；
所述GO-Au/QD复合纳米片的水溶液的浓度可为0.111～0.246mg/mL，具体可为在每40mL所述GO-Au纳米片的水溶液加入60mL浓度为9~11 nmol/mL 的CdSe/ZnS-COOH溶液，超声反应60 min，反应结束后在6700 rpm下离心6 min，去离子水清洗后重悬于40 mL去离子水中得到的GO-Au/QD复合纳米片的水溶液；
所述聚乙烯亚胺的水溶液的浓度可为0.5mg/mL～5mg/mL，具体可为1mg/mL；
所述聚乙烯亚胺的分子量可为5000～80000，具体可为25000；
所述第四次自组装中的超声时间可为20～60min，具体可为40 min；
步骤（4）还包括在所述超声反应后在6700 rpm下离心6 min，收集沉淀的步骤。
步骤（5）中，所述GO-Au/QD-PEI复合纳米片的水溶液与所述羧基化量子点的水溶液的体积比可为（200~2000）:1，具体可为333：1；
所述GO-Au/QD-PEI复合纳米片的水溶液的浓度可为0.111～0.246mg/mL，具体可为在每40 mL所述GO-Au/QD复合纳米片的水溶液中加入2 mL浓度为1 mg/mL分子量为25000的PEI溶液，超声反应40 min，反应结束后在6700 rpm下离心6min，去离子水清洗后重悬于40 mL去离子水中得到的GO-Au/QD-PEI复合纳米片的水溶液；
所述羧基化量子点的水溶液的浓度可为9～11nmol/mL，具体可为苏州星烁纳米科技有限公司生产的货号为CdSe/ZnS-631-MPA的CdSe/ZnS-COOH溶液；
所述第五次自组装中的超声时间可为20～60min，具体可为60min。
步骤（5）还包括在所述超声反应后在6200 rpm下离心6 min，收集沉淀的步骤。
第三方面，本发明提供上述任一项所述的基于氧化石墨烯的比色荧光双模式复合纳米片在下述P1）-P4）中的任一项中的应用：
P1）作为比色/荧光双信号纳米标签在检测新型冠状病毒中的应用；
P2）制备用于检测新型冠状病毒的免疫层析试纸条中的应用；
P3）作为比色/荧光双信号纳米标签在检测甲型H1N1流感病毒和/或肺炎链球菌中的应用；
P4）制备用于检测甲型H1N1流感病毒和/或肺炎链球菌的免疫层析试纸条中的应用。
第四方面，本发明提供一种用于检测病原微生物的免疫层析试纸条，包括底板和所述底板上依次搭接的样品垫、结合垫、层析膜（NC膜）和吸收垫，所述结合垫包被所述病原微生物的特异性抗体和上述任一项所述的基于氧化石墨烯的比色荧光双模式复合纳米片的偶联物。
上述的应用中，所述偶联物通过所述比色荧光双模式复合纳米片中外壳的羧基基团与病原微生物特异性抗体的氨基端形成肽键偶联。
具体地，所述用于检测病原微生物的免疫层析试纸条为下述（A1）或（A2）：
（A1）所述病原微生物为新型冠状病毒，所述免疫层析试纸条包括底板和所述底板上依次搭接的样品垫、结合垫、层析膜和吸收垫；
所述结合垫包被新型冠状病毒检测抗体与上述任一项所述的比色荧光双模式复合纳米片的偶联物，所述新型冠状病毒检测抗体能与待测目标物发生特异性结合；
所述检测膜上设有检测线和质控线，所述检测线包被能与待检测目标物特异性结合的新型冠状病毒捕获抗体，所述质控线包被能与所述新型冠状病毒检测抗体结合的多克隆抗体；
（A2）所述病原微生物为甲型H1N1流感病毒和肺炎链球菌，所述免疫层析试纸条包括底板和所述底板上依次搭接的样品垫、结合垫、层析膜和吸收垫；
所述结合垫包被甲型H1N1流感病毒检测抗体与上述任一项所述的比色荧光双模式复合纳米片的偶联物以及肺炎链球菌检测抗体与上述任一项所述的比色荧光双模式复合纳米片的偶联物，所述甲型H1N1流感病毒检测抗体和所述肺炎链球菌检测抗体能与待测目标物发生特异性结合；
所述检测膜上设有第一检测线、第二检测线和质控线，所述第一检测线包被能与待检测目标物特异性结合的甲型H1N1流感病毒捕获抗体，所述第二检测线包被能与待检测目标物特异性结合的肺炎链球菌捕获抗体，所述质控线包被能与所述H1N1流感病毒检测抗体和所述肺炎链球菌检测抗体结合的多克隆抗体。
作为实例，（A1）中，所述检测线包被能与所述新型冠状病毒特异性结合的单克隆抗体，如SARS-CoV-2单克隆抗体；所述质控线包被山羊抗小鼠IgG；
作为实例，（A2）中，所述第一检测线包被能与待检测目标物特异性结合的甲型H1N1流感病毒捕获抗体，如H1N1单克隆抗体，所述第二检测线包被能与待检测目标物特异性结合的肺炎链球菌捕获抗体，如肺炎链球菌单克隆抗体；所述质控线包被能与所述H1N1流感病毒检测抗体和所述肺炎链球菌检测抗体结合的多克隆抗体，如50%山羊抗小鼠IgG和50%山羊抗兔IgG的混合物。
利用上述免疫层析试纸条检测病原微生物的方法包括如下步骤：将80~100μL待测样本直接滴加到上述免疫层析试纸条的样品垫区域，20分钟后肉眼观察免疫层析试纸条检测线处的比色信号和/或读取免疫层析试纸条检测线处的荧光信号。
第五方面，本发明提供一种用于检测病原微生物的免疫层析试剂盒，包括检测卡，所述检测卡中的试纸条为上述任一项所述的试纸条。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
（1）本发明提出的GO-Au/QD-QD复合纳米材料性能优越，从结构上看，柔性的二维氧化石墨烯基底可以提供稳定的结合位点，胶体金夹层可以提供优越的比色信号，夹层的量子点和外壳的量子点可提供超强的荧光信号；此外该材料具有柔性、分散性好、稳定性强，是目前综合性能最先进的基于二维氧化石墨烯的具有比色/荧光双功能的纳米材料。
（2）本发明提出的GO-Au/QD-QD复合纳米材料是一种二维膜状复合纳米材料，拥有巨大的表面积，优越的柔性，从而加大了捕获病原体的能力，与病原体可以紧密结合，几乎不增加病原体的体积，从而进一步提高检测的灵敏度。
（3）本发明提出的GO-Au/QD-QD复合纳米结构不但大大提高了纳米片的荧光信号，还提高了复合结构在复杂环境中的分散性和稳定性。
（4）本发明提出的GO-Au/QD-QD复合纳米材料既可以作为免疫层析检测中的比色信号标签，又可以作为优越的荧光标签。
（5）本发明提出的GO-Au/QD-QD复合纳米材料具有广阔的应用前景，可以通过使用不同的识别分子（如抗体、适配体或多肽），将检测方向扩展到其他目标污染物的敏感和定量分析。
（6）本发明提出的GO-Au/QD-QD复合纳米材料作为双功能信号标签用于免疫层析检测，既可以提供***的比色信号，也可以提供超强的荧光信号，并且荧光信号可以提供更高的检测灵敏度，可以实现各种病原体的快速定量检测。
综上，本申请发明的一种新型氧化石墨烯比色/荧光双模式复合纳米材料可以同时作为拥有比色信号和荧光信号的纳米探针。巨大的接触面积赋予免疫层析***对目标病原体优秀的结合能力，同时材料表面大量量子点形成的外壳可以大大增强材料的荧光强度，从而达到提高检测灵敏度的目的，最后材料表面的羧基提供了大量抗体修饰的位点，可以通过修饰不同的抗体实现免疫层析的多重检测模式，对免疫层析的高灵敏多通道同时快速检测具有很大潜力。
附图说明
图1为本发明的氧化石墨烯比色/荧光双模式复合纳米材料的制备方法示意图。
图2为本发明实施例1氧化石墨烯比色/荧光双模式复合纳米材料制备过程中各组分的透射电子显微镜图，其中a图为GO-Au纳米片，b图为GO-Au/QD纳米片，c图为GO-Au/QD-QD纳米片，d图为GO-Au纳米片局部放大的图片，e图为GO-Au/QD纳米片局部放大的图片，f图为GO-Au/QD-QD纳米片局部放大的图片。
图3为本发明实施例1氧化石墨烯比色/荧光双模式复合纳米材料制备过程中各组分的Zeta电位变化图。
图4为本发明实施例1氧化石墨烯比色/荧光双模式复合纳米材料制备过程中的表征图，其中a-c图为各组分在日光及紫外光激发下的照片、紫外吸收光谱图及荧光光谱图，d图为各组分的粒径分布图，e图为GO-Au/QD-QD纳米片随pH值变化与荧光强度的关系，f图为GO-Au/QD-QD纳米片随盐离子浓度变化与荧光强度的关系。
图5为本发明实施例2的氧化石墨烯比色/荧光双模式复合纳米材料表面修饰抗体的制备过程。
图6为本发明实施例3的GO-Au/QD-QD纳米片作为高性能比色/荧光双模式信号标签与免疫层析***联用同时检测肺炎链球菌和甲型H1N1流感病毒的实验流程图。
图7为本发明实施例3基于GO-Au/QD-QD免疫层析***检测新型冠状病毒的测试分析结果图。图7a为检测不同浓度的新型冠状病毒N蛋白的试纸条比色结果和荧光结果（365nm波长紫外激发）。图7b为a相对应的柱状图。
图8为本发明实施例3基于GO-Au/QD-QD免疫层析***同时检测肺炎链球菌和甲型H1N1流感病毒的测试分析结果图。图8a为检测不同浓度的肺炎链球菌和甲型H1N1流感病毒的试纸条比色结果和荧光结果（365nm波长紫外激发）。图8b和c为a相对应的校准曲线。
图9为本发明实施例3检测肺炎链球菌和甲型H1N1流感病毒胶体金比色结果。
图10为本发明实施例3GO-Au/QD-QD免疫层析***同时检测肺炎链球菌和甲型H1N1流感病毒的特异性检测结果图。图10a为比色结果和荧光结果。图10b为a对应的柱状图。
图11为本发明实施例3GO-Au/QD-QD免疫层析***同时检测肺炎链球菌和甲型H1N1流感病毒的重复性检测结果图。图11a为同时检测105cells/mL肺炎链球菌和107copies/mL甲型H1N1流感病毒的试纸条的比色结果和荧光结果。图11b为 a对应的柱状图。图11c为同时检测103cells/mL肺炎链球菌和105copies/mL甲型H1N1流感病毒的试纸条的比色结果和荧光结果。图11d为 c对应的柱状图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。以下提供的实施例可作为本技术领域普通技术人员进行进一步改进的指南，并不以任何方式构成对本发明的限制。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
新型冠状病毒N蛋白购自义翘神州，货号为40588-V08B；
肺炎链球菌由实验室培养，取保存菌种在血平板上接种，在5%CO2培养箱和无氧环境中培养24小时；
甲型H1N1流感病毒由本实验室提供，于35℃鸡胚中培养2天，使用dd PCR定量，于-70℃保存备用；
新型冠状病毒抗体购自菲鹏生物，货号为COV19-PS-Mab1, COV19-PS-Mab2；
肺炎链球菌抗体购自中美歆新，货号为ACT-rmAb-STREP-001, ACT-rmAb-STREP-002；
甲型H1N1流感病毒抗体购自菲鹏生物，货号为FLUA-REAB-G1-006, FLUA-REAB-G1-007。
实施例1
按照图1所示流程图制备GO-Au/QD-QD复合纳米片，具体步骤如下：
（1） 准备GO纳米片：
将900 mL氧化石墨烯原液（原液浓度为2mg/mL，购自江苏先丰纳米材料科技有限公司，单层氧化石墨烯分散液，货号为100683）与去离子水1:1超声混匀，使用10000 rpm/10min离心得到GO沉淀，将GO沉淀重悬于900mL去离子水中备用。
（2） 制备GO-PEI纳米片：
取400 mL GO纳米片分散于1.1 mL去离子水中，加入200mL新鲜配置的PEI溶液中(1 mg/mL，分子量为25000)，超声反应40 min，反应结束后，10000 rpm/10 min离心，并用去离子水洗2遍后重悬于400mL去离子水中待用。
（3）制备GO-Au纳米片：
将制备的GO-PEI纳米片（400 mL）加入到40 mL 粒径为16nm胶体金纳米颗粒溶液（胶体金溶液浓度为0.2mg/mL）中，剧烈超声30 min，强正电的GO-PEI纳米片大量吸附负电荷的胶体金纳米颗粒，形成GO-Au纳米片。反应结束后，7200 rpm/6min离心，用去离子水清洗一遍后重悬于40 mL去离子水中待用。
（4）制备GO-Au/QD纳米片：
在制备的GO-Au溶液（40 mL）加入60mL CdSe/ZnS-COOH溶液（CdSe/ZnS-COOH溶液的浓度为10±1nmol/mL，购自星烁纳米，货号CdSe/ZnS-631-MPA），超声反应60 min。6700rpm/6 min离心，去离子水清洗1遍后重悬于40 mL去离子水中待用。
（5）制备GO-Au/QD-PEI纳米片：
在制备的GO-Au/QD纳米片溶液（40 mL）中加入2 mL 新鲜配置的PEI溶液(1 mg/mL，分子量为25000)，剧烈超声40 min，6700 rpm/6min离心，去离子水洗2遍后重悬于40 mL去离子水中待用。
（6）制备GO-Au/QD-QD纳米片：
在制备的GO-Au/QD-PEI纳米片溶液（40 mL）中加入120mL CdSe/ZnS-COOH溶液（CdSe/ZnS-COOH溶液的浓度为10±1nmol/mL，购自星烁纳米，货号CdSe/ZnS-631-MPA），剧烈超声反应60 min。6200 rpm/6 min离心，用去离子水洗一遍后重悬于20 mL无水乙醇中待用。
本实施例制备的基于氧化石墨烯比色/荧光双模式复合纳米片，包括依次层叠的氧化石墨烯纳米片层、PEI第一正夹电层、金纳米粒子和羧基化量子点CdSe/ZnS-COOH的复合层、PEI第二正夹电层和羧基化量子点CdSe/ZnS-COOH层；其中，比色荧光双模式复合纳米片的横向尺寸为300~500nm，厚度为27~31nm；GO纳米片的片径大小为300~500nm，厚度为0.8~1.2nm（见图4d），PEI第一正夹电层和PEI第二正夹电层的厚度为1nm，金纳米粒子和羧基化量子点的复合层的厚度为16nm左右，胶体金纳米颗粒的粒径为16nm，羧基化量子点的粒径为10 nm，羧基化量子点层的厚度为9~11nm，合成的氧化石墨烯比色/荧光双模式复合纳米材料具有良好的分散性，稳定性，优越的比色信号与超强的荧光性能。
图2为本实施例步骤（3）制得的GO-Au纳米片，步骤（4）制得的GO-Au/QD纳米片，步骤（6）制得的GO-Au/QD-QD纳米片。由上述TEM结果可见，GO-Au/QD-QD纳米片片径均一，胶体金纳米颗粒均匀吸附在氧化石墨烯表面，羧基化量子点随着层数的增加变多，产物同时具有良好的分散性，优越的比色性能及超强的荧光性能。
本实施例所制得的GO-Au/QD-QD纳米片的表征结果如图2所示。本发明提出的氧化石墨烯比色/荧光双模式复合纳米材料采用PEI介导的自组装法制备，原理是利用PEI的强正电吸附作用。由图3可知，通过的各组分Zeta电位的变化可以监控自组装过程与胶体金和量子点顺利吸附的进行。图4a-4c为合成过程中各组分的日光及紫外光激发下的照片、紫外吸收光谱图及荧光光谱图。图4e为GO-Au/QD-QD纳米片随pH变化与比色信号与荧光强度的关系。图4f为GO-Au/QD-QD纳米片随盐离子浓度变化与比色信号和荧光强度的关系，由图可知，合成的GO-Au/QD-QD纳米片比色性能和荧光性能稳定，耐受性好。
实施例2
本发明提出的GO-Au/QD-QD纳米片的表面为羧基化量子点，表面具有大量游离羧基可以用于抗体偶联，实现纳米材料表面功能化。本发明的GO-Au/QD-QD纳米片表面抗体修饰的步骤如图5所示，包括以下步骤：
将1 mL GO-Au/QD-QD纳米片离心后重悬在0.5 mL 2-(N-吗啉)乙磺酸溶液（0.01M，pH5.7）中，然后加入5 μL碳二亚胺溶液（0.1 M）和10 μL N-羟基琥珀酰亚胺溶液（0.1M），超声15 min活化GO-Au/QD-QD纳米片表面的羧基。活化后离心，将GO-Au/QD-QD纳米片重悬于200 μL PBST溶液中（0.01 M，pH7.4）；分别加入15 μg新型冠状病毒、肺炎链球菌和甲型H1N1流感病毒抗体，室温震荡反应2.5 h后加入100 μL BSA（10%），封闭反应1.5 h后，离心回收产物并用PBST清洗1遍，重悬于200 μL PBST中，加入100 μL金标稀释液，混匀后置于4℃冰箱待用。
试纸条的制备：将置于冰箱中的修饰有特异性抗体的GO-Au/QD-QD纳米片超声3~5s分散开，与金标稀释液1:1混合，均匀涂布于结合垫上，涂布完成后置于冻干机冻干，4小时后取出。将NC膜贴在塑料衬底卡上，相应的，针对新冠检测试纸条，将SARS-CoV-2单克隆抗体(1.5mg/mL)喷涂于NC膜的T线区域，将山羊抗小鼠IgG (0.8 mg/mL)喷涂在C线区域。针对甲型H1N1流感和肺炎链球菌同时检测的试纸条，将H1N1单克隆抗体(1mg/mL)和肺炎链球菌单克隆抗体(1mg/mL)分别喷涂于T1和T2线上，将50%山羊抗小鼠IgG (0.8 mg/mL)和50%山羊抗兔IgG (0.8 mg/mL)的混合物喷涂在C线区域。喷涂相应抗体后，37℃干燥3 h。然后将样品垫，结合垫和吸收垫依次组装在塑料底板上，结合垫和吸收垫应与NC膜重叠2mm，样品垫与结合垫也应重叠2mm，以保证样品溶液在层析条上的顺利流动。最后，将组装完全的卡片切割成宽度为3毫米的单独的层析条带，以供进一步使用。
实施例3
本发明提出的GO-Au/QD-QD复合纳米材料表面分别修饰新型冠状病毒、肺炎链球菌和甲型H1N1流感病毒抗体后可作为比色/荧光双功能信号标签用于免疫层析***的检测。本实施例采用新型冠状病毒、肺炎链球菌和甲型H1N1流感病毒抗体修饰的比色/荧光双功能信号标签作为免疫层析***标签，检测样本中不同浓度的新型冠状病毒、肺炎链球菌和甲型H1N1流感病毒。图6为本实施例所示的比色/荧光双功能信号标签与免疫层析***联用快速检测肺炎链球菌和甲型H1N1流感病毒的实验流程图。图7为基于GO-Au/QD-QD的免疫层析***检测新型冠状病毒的测试分析结果。图7a为检测不同浓度的新型冠状病毒的试纸条比色和荧光结果（365 nm波长紫外激发）。从图中可见，试纸条T线上的比色和荧光信号随着浓度的降低而逐渐减弱，比色模式下检测灵敏度为100 pg/mL，荧光模式下检测灵敏度为10 pg/mL。图7b为a相对应的荧光强度柱状图。图8为基于GO-Au/QD-QD的免疫层析***同时检测肺炎链球菌和甲型H1N1流感病毒的测试分析结果。图8a为检测不同浓度的肺炎链球菌和甲型H1N1流感病毒的试纸条比色和荧光结果（365 nm波长紫外激发）。从图中可见，试纸条T线上的比色和荧光信号也随着目标物浓度的降低而逐渐减弱，比色模式下检测肺炎链球菌和甲型H1N1流感病毒的灵敏度分别为5×102cells/mL，5×104copies/mL。荧光模式下检测肺炎链球菌和甲型H1N1流感病毒的灵敏度分别为17 cells/mL，891 copies/mL。图8b-8c为a相对应的浓度和荧光强度的非线性拟合曲线图。图9a-9b为检测肺炎链球菌和甲型H1N1流感病毒胶体金比色结果，检测灵敏度为5×103cells/mL，5×105copies/mL，由此可知GO-Au/QD-QD免疫层析***比色模式下的灵敏度比胶体金免疫层析高10倍，GO-Au/QD-QD免疫层析***荧光模式下的灵敏度比胶体金高500倍。图10为本发明实施案例3基于GO-Au/QD-QD免疫层析***特异性检测结果。在GO-Au/QD-QD免疫层析***中分别加入甲型H1N1流感病毒和肺炎链球菌的混合靶标，肺炎链球菌，甲型H1N1流感病毒，以及常见的呼吸道病毒：乙流病毒、呼吸道合胞病毒、新型冠状病毒、人腺病毒，和常见的呼吸道致病菌：金黄色葡萄球菌和流感嗜血杆菌作为干扰项。结果显示GO-Au/QD-QD免疫层析***具有良好的特异性。图11为本发明实施案例3基于GO-Au/QD-QD免疫层析***同时检测肺炎链球菌和甲型H1N1流感病毒的重复性检测结果。结果显示该免疫层析***具有良好的重复性。
以上对本发明进行了详述。对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明的宗旨和范围，可在等同参数、浓度和条件下，在较宽范围内实施本发明。虽然本发明给出了特殊的实施例，应该理解为，可以对本发明作进一步的改进。总之，按本发明的原理，本申请欲包括任何变更、用途或对本发明的改进，包括脱离了本申请中已公开范围，而用本领域已知的常规技术进行的改变。

Claims (10)

1.一种基于氧化石墨烯的比色荧光双模式复合纳米片，其特征在于：它包括依次层叠的氧化石墨烯纳米片层、第一正夹电层、金纳米粒子和羧基化量子点的复合层、第二正夹电层和羧基化量子点层。
2.根据权利要求1所述的基于氧化石墨烯的比色荧光双模式复合纳米片，其特征在于：所述基于氧化石墨烯的比色荧光双模式复合纳米片的片径为50～500nm，厚度为23～80nm；
所述氧化石墨烯纳米片层的片径为50～500nm，厚度为0.8～1.2nm；
所述第一正夹电层和所述第二正夹电层的厚度均为1～10nm；
所述金纳米粒子的粒径为10～30nm；
所述金纳米粒子和羧基化量子点的复合层和所述羧基化量子点层中的羧基化量子点的粒径为10～12nm；
所述羧基化量子点为CdSe/ZnS-COOH颗粒。
3.根据权利要求1或2所述的基于氧化石墨烯的比色荧光双模式复合纳米片，其特征在于：所述基于氧化石墨烯的比色荧光双模式复合纳米片的激发光为紫外光；
所述基于氧化石墨烯的比色荧光双模式复合纳米片的荧光发射波长范围为400～800nm。
4.权利要求1-3中任一项所述的基于氧化石墨烯的比色荧光双模式复合纳米片的制备方法，包括：
使负电性的氧化石墨烯纳米片、正电性的聚乙烯亚胺、负电性的金纳米粒子、负电性的羧基化量子点、正电性的聚乙烯亚胺、负电性的羧基化量子点在所述负电性的氧化石墨烯纳米片的表面依次进行静电层层自组装，得到所述基于氧化石墨烯的比色荧光双模式复合纳米片。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述静电层层自组装包括如下步骤：
（1）将所述氧化石墨烯纳米片的水溶液加入所述聚乙烯亚胺的水溶液中进行超声反应，经第一次自组装，得到GO-PEI纳米片；
（2）将所述GO-PEI纳米片的水溶液与所述金纳米粒子的水溶液混合进行超声反应，经第二次自组装，得到GO-Au复合纳米片；
（3）将所述GO-Au纳米片的水溶液与所述羧基化量子点的水溶液混合进行超声反应，经第三次自组装，得到GO-Au/QD复合纳米片；
（4）将所述GO-Au/QD复合纳米片的水溶液加入所述聚乙烯亚胺的水溶液中进行超声反应，经第四次自组装，得到GO-Au/QD-PEI复合纳米片；
（5）将所述GO-Au/QD-PEI复合纳米片的水溶液与所述羧基化量子点的水溶液混合进行超声反应，经第五次自组装，得到所述基于氧化石墨烯的比色荧光双模式复合纳米片。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述氧化石墨烯纳米片的水溶液与所述聚乙烯亚胺的水溶液的体积比为（0.05～4）：1；
所述氧化石墨烯纳米片的水溶液的浓度为0.5～2mg/mL；
所述聚乙烯亚胺的水溶液的浓度为0.5～5mg/mL；
所述聚乙烯亚胺的分子量为5000～80000；
所述第一次自组装中的超声时间为20～60min；
步骤（2）中，所述GO-PEI纳米片的水溶液与所述金纳米粒子的水溶液的体积比为1：（50～800）；
所述GO-PEI纳米片的水溶液的浓度为0.5～2mg/mL；
所述金纳米粒子的水溶液的浓度为0.1～0.2mg/mL；
所述第二次自组装中的超声时间为20～40min；
步骤（3）中，所述GO-Au纳米片的水溶液与所述羧基化量子点的水溶液的体积比为（500～2000）：1；
所述GO-Au纳米片的水溶液的浓度为0.105～0.24mg/mL；
所述羧基化量子点的水溶液的浓度为9～11nmol/mL；
所述第三次自组装中的超声时间为20～60min；
步骤（4）中，所述GO-Au/QD复合纳米片的水溶液与所述聚乙烯亚胺的水溶液的体积比为（8～40）：1；
所述GO-Au/QD复合纳米片的水溶液的浓度为0.111～0.246mg/mL；
所述聚乙烯亚胺的水溶液的浓度为0.5～5mg/mL；
所述聚乙烯亚胺的分子量为5000～80000；
所述第四次自组装中的超声时间为20～60min；
步骤（5）中，所述GO-Au/QD-PEI复合纳米片的水溶液与所述羧基化量子点的水溶液的体积比为（200～2000）：1；
所述GO-Au/QD-PEI复合纳米片的水溶液的浓度为0.111～0.246mg/mL；
所述羧基化量子点的水溶液的浓度为9～11nmol/mL；
所述第五次自组装中的超声时间为20～60min。
7.权利要求1-3中任一项所述的基于氧化石墨烯的比色荧光双模式复合纳米片在下述P1）-P4）中的任一项中的应用：
P1）作为比色/荧光双信号纳米标签在检测新型冠状病毒中的应用；
P2）制备用于检测新型冠状病毒的免疫层析试纸条中的应用；
P3）作为比色/荧光双信号纳米标签在检测甲型H1N1流感病毒和/或肺炎链球菌中的应用；
P4）制备用于检测甲型H1N1流感病毒和/或肺炎链球菌的免疫层析试纸条中的应用。
8.一种用于检测病原微生物的免疫层析试纸条，包括底板和所述底板上依次搭接的样品垫、结合垫、层析膜和吸收垫，其特征在于：所述结合垫包被所述病原微生物的特异性抗体和权利要求1-3中任一项所述的基于氧化石墨烯的比色荧光双模式复合纳米片的偶联物。
9.根据权利要求8所述的免疫层析试纸条，其特征在于：所述偶联物通过所述基于氧化石墨烯的比色荧光双模式复合纳米片中外壳的羧基基团与病原微生物特异性抗体的氨基端形成肽键偶联。
10.一种用于检测病原微生物的免疫层析试剂盒，包括检测卡，其特征在于：所述检测卡中的试纸条为权利要求8或9所述的试纸条。
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