一种链状高聚物修饰纳米颗粒的制备方法及其用途

：
1.本发明属于纳米材料技术领域，涉及一种链状高聚物修饰纳米颗粒的制备方法及用途。


背景技术：

2.在食品安全、环境监测领域的痕量污染物检测技术中，传统色谱学、免疫学检测技术由于检测速度慢、操作流程复杂等不足，很难在当前实际监测环境下实现高效、现场化的监测。针对这一问题，研究人员逐渐把研究内容转向光谱学检测技术。在光谱学检测技术中，以拉曼光谱和近红外光谱技术的研究热度最高，这主要归结为二者产出的光谱信号中均包含了样品丰富的化学结构信息，能够为定性、定量提供足够的数据来源。但在食品安全检测中，由于检测环境多变且食品基质中存在较多水分，导致近红外技术的检测性能受到很大影响。而拉曼光谱技术产生的信号是拉曼散射与入射光之间偏移量的强度，因此该技术几乎不受环境光、入射光波长等影响，成为食品安全现场化检测中极具潜力的技术之一。
3.虽然拉曼光谱技术相较于其它快速检测技术有着环境适应性强、检测速度快的优势，但该技术自出现就存在着信号强度低的问题。由于拉曼光谱技术收集的是拉曼散射，而散射光的强度通常只有入射光强度的1/106，因此该技术很难实现低检测限的高灵敏检测甚至常规痕量污染物的定量都难以实现。针对这一问题，研究人员将纳米技术融入拉曼技术中，借助纳米颗粒表面的局域等离子激元共振对待测物的散射信号进行放大，实现高灵敏检测。而利用纳米颗粒放大信号的拉曼检测技术被命名为表面增强拉曼光谱(sers)技术。但从sers技术的放大机理可知，想要实现散射信号的稳固增强，必须保证待测分子能够吸附在纳米颗粒表面。由于待测分子中所存在官能团的差异以及纳米表面电性的影响，导致多数待测分子无法与纳米颗粒结合，所以多数研究团队采用核酸适配体、抗原抗体等生物样本作为识别和捕获待测分子的手段，实现信号放大。


技术实现要素：

4.生物样本参与的sers技术特异性好、灵敏度高，同时兼具了sers技术的高效性，但生物样本成本高、难制备且环境抗逆性差，因此，提出一种新型的分子识别因子用于sers技术能够有效提高sers技术对痕量污染物的信号放大能力以及检测效率和经济性。为此，本发明提出了一种链状高聚物修饰纳米颗粒的制备方法并将其应用于sers检测中，通过调控相关参数，实现痕量污染物与纳米颗粒间的稳固结合以及散射信号的稳定放大。
5.为实现上述目的，本发明的具体步骤如下：
6.(1)制备链状高聚物：将聚合物单体、引发剂、链转移剂共同溶解于二甲基亚砜(dmso)中获得混合物，将混合物进行冻结，冻结后对混合物进行抽真空、通氮气处理，排出混合物中游离的氧气，之后将混合物在氮气环境下重新融化为液体并加热至一定温度持续搅拌，使聚合物单体间进行聚合反应；反应结束后得到高聚物原液，并对高聚物原液进行透析，透析后再经冷冻干燥处理得到最终产物，即为链状高聚物；
7.(2)将步骤(1)制备的链状高聚物加入活化剂重新溶解对其进行巯基活化，活化后得到活化液，并将活化液与纳米颗粒(nps)在一定温度条件下混合搅拌，搅拌后通过离心得到的产物，即为链状高聚物修饰纳米颗粒。
8.优选的，步骤(1)中所述聚合物单体为n-丙烯酰基甘氨酰胺、甲基丙烯酸甲酯、甲基苯乙烯中的一种或多种；所述引发剂为偶氮苯-4,4-二羧酸(v501)；所述链转移剂为4-氰基-4-丙基硫烷基硫代羰基硫烷基戊酸(cpp)。
9.优选的，步骤(1)中所述聚合物单体、引发剂、链转移剂和二甲基亚砜的用量比为1g：0.05～0.08g：0.35～0.65g：40～60ml。
10.优选的，步骤(1)中所述通氮气处理的时间为3～5min；所述加热至一定温度为40～95℃，聚合反应的时间为6～24小时。
11.优选的，步骤(1)中所述透析是在室温下透析10～24h；透析膜规格为mwco:100-500da。
12.优选的，步骤(1)所得链状高聚物的碳链长度在2～12之间。
13.优选的，步骤(2)中所述活化剂为三(2-羰基乙基)磷盐酸盐或(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷中的一种或两种；所述纳米颗粒为金纳米颗粒、银纳米颗粒或金银核壳纳米颗粒的任意一种；
14.优选的，步骤(2)中所述链状高聚物、活化剂和纳米颗粒的用量关系1g：0.3ml：0.16g。
15.优选的，步骤(2)中所述一定温度条件下混合搅拌的温度条件为25～45℃，搅拌时间为1～2h。
16.优选的，步骤(2)中所述活化的时间为1～2h；所述纳米颗粒的粒径为20～120nm。
17.本发明制备的链状高聚物修饰纳米颗粒用于食品或环境中有机污染物的sers检测。
18.本发明所制备的链状高聚物修饰纳米颗粒相较于常规纳米颗粒能够更好的捕获有机污染物分子同时具有较好的抗逆性。而纳米颗粒在入射光作用下，其表面会由于等离子激元共振产生局域电磁场，从而将捕获待测分子的拉曼散射信号进行放大，从而在表面增强拉曼光谱技术(sers)中可作为sers基底实现这些待测分子的检测。鉴于本发明所涉及的纳米颗粒能够实现待测物的捕获及sers信号放大，因此该基底可以用于食品或环境中有机污染物如黄曲霉毒素、氯霉素、藻毒素等危害物的sers检测，相较于现有检测技术有着检测速度快、稳定性高的优势。
19.本发明有如下有益效果：
20.(1)本发明所制备的链状高聚物制备流程简单，克服了传统步骤繁琐的不足，且具有较好的生物安全性和环境友好性。
21.(2)本发明所制备的链状高聚物修饰纳米颗粒在sers检测中相较于普通贵金属纳米颗粒而言，由于高聚物具有目标小分子的识别和捕获功能，能够保证目标分子稳固处于纳米颗粒表面的局域电磁场中，保证目标分子的散射信号可以得到稳定的放大，最终提供更好的sers检测性能。
22.(3)本发明所制备的链状高聚物修饰纳米颗粒的环境抗逆性较强，在酸碱环境下都能实现目标分子的稳定捕获及信号放大。
附图说明：
23.图1为实施例1中pnaga及pnaga-au@ag nps的红外光谱图。
24.图2为实施例1中pnaga及pnaga-au@ag nps的紫外-可见光谱图；其中au nps为金纳米颗粒，au@ag nps为金银核壳纳米颗粒。
25.图3为实施例1制备的pnaga-au@ag nps在小麦afb1的sers检测中应用。
具体实施方式：
26.下面结合具体实施例对本发明做进一步说明：
27.实施例1：
28.(1)将1g的n-丙烯酰基甘氨酰胺、0.06g引发剂v501、0.45g链转移剂cpp共同溶解于50ml dmso中获得混合物并将混合物快速冻结，冻结后对混合物进行抽真空、通氮气处理3min排出混合物中游离的氧气；之后将混合物在氮气环境下重新融化为液体并加热至70℃，在70℃下对混合物液体进行搅拌，让高聚物单体之间发生聚合反应，反应时间为10小时，获得高聚物原液(lp原液)；对lp原液进行透析(透析条件：室温下透析膜规格为mwco:200da，透析时间12h；)，除去残留的单体和小分子试剂，冷冻干燥后得到最终产物，即链状高聚物(记为pnaga)，碳链长度为4；
29.(2)将步骤(1)所得链状高聚物1g重新溶解于0.3ml的三(2-羰基乙基)磷盐酸盐中，对其结构末端的含硫基团进行巯基活化，活化1h后得到活化液，并将其与0.16g的金银核壳纳米颗粒(60
±
5nm)在25℃条件下混合搅拌1h，保证lp能够稳固的结合在nps表面，搅拌后通过离心，去除残余lp后可得最终lp-nps纳米颗粒，即链状高聚物修饰纳米颗粒(记为pnaga-au@ag nps)。
30.实施例2：
31.(1)将1g的n-丙烯酰基甘氨酰胺、0.08g引发剂v501、0.65g链转移剂cpp共同溶解于50ml dmso中获得混合物并快速冻结，冻结后对混合物进行抽真空、通氮气处理3min排出混合物中游离的氧气；之后将混合物在氮气环境下重新融化为液体并加热至80℃，在80℃，温度下对混合物液体进行搅拌，让高聚物单体之间发生聚合反应，反应时间为20小时，获得lp原液；对lp原液进行透析(透析条件：室温下透析膜规格为mwco:200da，透析时间12h)，除去残留的单体和小分子试剂，冷冻干燥后得到最终产物，即链状高聚物(记为pnaga)，碳链长度为12；
32.(2)将步骤(1)所得链状高聚物1g重新溶解于0.3ml的三(2-羰基乙基)磷盐酸盐中，对其结构末端的含硫基团进行巯基活化，活化1h后得到活化液，并将其与0.16g的金纳米颗粒(40
±
5nm)在30℃条件下混合搅拌1h，保证lp能够稳固的结合在nps表面，搅拌后通过离心，去除残余lp后可得最终lp-nps纳米颗粒，即链状高聚物修饰纳米颗粒(记为pnaga-au nps)。
33.实施例3：
34.(1)将1g的n-丙烯酰基甘氨酰胺、0.05g引发剂v501、0.35g链转移剂cpp共同溶解于40ml dmso中获得混合物并快速冻结，冻结后对混合物进行抽真空、通氮气处理5min排出混合物中游离的氧气；之后将混合物在氮气环境下重新融化为液体并加热至50℃，在50℃，温度下对混合物液体进行搅拌，让高聚物单体之间发生聚合反应，反应时间为10小时，获得
lp原液；对lp原液进行透析(透析条件：室温下透析膜规格为mwco:200da，透析时间12h)，除去残留的单体和小分子试剂，冷冻干燥后得到最终产物，即链状高聚物(记为pnaga)，碳链长度为3；
35.(2)将步骤(1)所得链状高聚物1g重新溶解于0.3ml的三(2-羰基乙基)磷盐酸盐中，对其结构末端的含硫基团进行巯基活化，活化1h后得到活化液，并将其与0.16g的银纳米颗粒(40
±
5nm)在45℃条件下混合搅拌1h，保证lp能够稳固的结合在nps表面，搅拌后通过离心，去除残余lp后可得最终lp-nps纳米颗粒，即链状高聚物修饰纳米颗粒(记为pnaga-ag nps)。
36.如图1所示，为实施例1中pnaga及pnaga-au@ag nps的红外光谱图；图2为实施例1中pnaga及pnaga-au@ag nps的紫外-可见光谱图；
37.将实施例1获得的pnaga-au@ag nps应用于小麦afb1的sers检测中，检测结果(图3)显示本发明所涉及的pnaga-au@ag nps相较于单纯纳米颗粒参与的sers检测而言，能够有效增强afb1的特征散射信号强度，对检测灵敏度的提升有积极作用。
38.此外，在检测性能评价中，pnaga-au@ag nps的sers检测方法重复性和重现性都体现出了较高水平，与常规sers技术和试剂盒快检技术相比，检测的稳定性更高，环境抗逆性更好。
39.检测步骤：
40.(1)首先取小麦样品100g，研磨过20目筛混匀；然后称量2g粉末置于50ml离心管中，随后加入10ml乙腈，漩涡2min后进行超声处理5min；之后6000rpm离心3min取上清液，过0.22μm滤膜后作为待测液。
41.(2)取部分待测液向其中加入afb1标品制备成afb1阳性待测样品，将本发明所涉及lp-nps与待测样品混合孵育3min，之后取10μl孵育后混合物进行拉曼信号收集(光谱仪入射光785nm，功率500mw，积分时间2000ms)。
42.表1 pnaga-au@ag nps在小麦afb1的sers检测中的应用及性能评价
[0043][0044]
*相对标准偏差
[0045]
综上，本发明所涉及的lp-nps纳米颗粒制备流程简单，且具有较好的生物安全性和环境友好性，并且在sers检测中相较于普通贵金属纳米颗粒而言，由于高聚物具有目标小分子的识别和捕获功能，能够保证目标分子稳固处于纳米颗粒表面的局域电磁场中，保证目标分子的散射信号可以得到稳定的放大，可以提供更好的sers检测性能。
[0046]
说明：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的阐述说明，但是本领域的普通技术人员应当理解，仍可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。