部分还原氧化石墨烯荧光共振能量转移纳米探针及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及部分还原氧化石墨烯荧光共振能量转移纳米探针及其制备方法，属于纳米技术领域。
【背景技术】
[0002]石墨烯(graphene)是紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的杂化单层碳原子晶体，厚度仅0.335 nm，是目前世上最薄却也是最坚硬的纳米材料。石墨经过氧化剥离而得的衍生物-氧化石墨稀(graphene oxide, GO)，其表面有大量的轻基、羧基、羰基等含氧基团，这些官能团的存在使得氧化石墨烯具有极好的亲水性，能在水溶液体系中形成稳定的胶束溶液，同时具有良好的化学可修饰性，常被用作生物传感研究中识别元件的载体。
[0003]荧光共振能量转移是能量由供体荧光团经无辐射途径转移给受体荧光团，并引起供体荧光猝灭和受体荧光增强的光学现象。近年来，人们致力于开发基于氧化石墨烯荧光淬灭效应的荧光共振能量转移传感器，并将其用于生物及化学检测。研究表明，氧化石墨烯与单链DNA(ssDNA)具有较强的吸附作用而对双链DNA(dsDNA)的吸附能力较弱。荧光分子修饰的ssDNA可吸附在氧化石墨烯表面，通过荧光共振能量转移引起荧光淬灭。若荧光分子修饰的ssDNA与其互补链杂交形成双链后则不能被氧化石墨烯吸附，从而保持荧光特性。与其它有机猝灭剂相比，氧化石墨烯不仅有较高的猝灭效率、信噪比，而且拥有纳米材料所特有的优点，可保护其表面修饰的生物分子稳定性，阻止酶切，在DNA、RNA、蛋白质、重金属离子及小分子物质的检测方面具有广阔的应用前景。
[0004]本发明提供了一种部分还原氧化石墨烯荧光共振能量转移纳米探针及其制备的新方法。部分还原氧化石墨烯通过氧化石墨烯在碱性溶液中的室温控制还原得到，在保持水溶液体系稳定性的基础上，有效增加了 sp2杂化晶域，对荧光分子修饰ssDNA的荧光猝灭效率和猝灭速度均大幅度提高，是一种理想的荧光共振能量转移纳米探针。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种部分还原氧化石墨烯荧光共振能量转移纳米探针及制备方法。
[0006]为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案:一种部分还原氧化石墨烯荧光共振能量转移纳米探针，其特征是片层厚度为1.1 ηπι，2θ (001)为10.86°?11.10°，2Θ
(002)为22.10。-22.66。，C/0比值为0.49-0.53，碳碳键比例为34.22%?52.46%，能猝灭荧光分子修饰单链DNA的荧光。
[0007]所述荧光猝灭效应随着碳碳键比例的增加而增强。
[0008]在15yL浓度为100 yg/mL的部分还原氧化石墨烯荧光共振能量转移纳米探针，加入40 口口农度为500 nmol/L的6-羧基荧光素修饰ssDNA和445 yL 10 mmol/L、pH 8.0的含50mmol/L NaCl和1 mmol/L EDTA的Tris-HCl缓冲液，室温反应30秒，荧光猝灭率为44.5?99.3%ο
[0009]本发明所述的一种部分还原氧化石墨烯荧光共振能量转移纳米探针的制备方法，其特征是将氧化石墨烯水溶液与NaOH水溶液等体积混合，室温反应后，离心水洗，沉淀恒温干燥，得到部分还原氧化石墨烯固体，将部分还原氧化石墨烯固体加水超声剥离得稳定的部分还原氧化石墨烯水溶液。
[0010]上述所使用的氧化石墨烯制备方法为:将鳞片石墨加入到浓硫酸和磷酸的混合溶液中，充分搅拌后，置于在0 °C冰浴中，将高锰酸钾少量多次，缓慢加入到以上混合溶液中，保持0 °C冰浴，磁力搅拌后，将所得墨绿混悬液转移到温水浴中获得墨绿混悬液，然后将所得墨绿混悬液转移至温水浴中，反应获得紫黑色混悬液，将冰水缓慢加入到得到的紫黑色混悬液中，剧烈搅拌获得溶液，继而往溶液中逐滴滴加过氧化氢溶液，溶液颜色突变为亮黄色，搅拌后所得溶液经孔径20-30微米的G1砂芯漏斗过滤，继而离心分离，弃去上清液;沉淀物中加入双蒸水充分振荡洗涤，离心分离，弃去上清液，沉淀颜色呈土黄色;再加入盐酸充分振荡洗涤，经孔径20-30微米的G1砂芯漏斗过滤去除不溶颗粒，滤液离心分离，弃去上清液，沉淀颜色继续加深;接着用无水乙醇将沉淀物洗至pH值为中性，离心分离，弃去上清液，沉淀呈棕黄色；最后用乙醚冲洗沉淀，经孔径1.5-2.5微米的G5砂芯漏斗过滤，滤饼在室温下过夜晾干，得到棕色的氧化石墨烯。
[0011 ] 所述NaOH水溶液的浓度为20 mmol/L?10 mmol/L。
[0012]所述反应时间为0.5?2小时。
[0013]所述恒温干燥温度为50?60 °C，干燥时间为6?12小时。
[0014]上述所使用的氧化石墨烯制备方法为:称取325目鳞片石墨2.7g，加入到316 mL浓度为18.4 mol/L的浓硫酸和36 mL浓度为14.7 mol/L的磷酸的混合溶液中，充分搅拌后，置于在0 °C冰浴中，将16.2 g高锰酸钾少量多次，缓慢加入到以上混合溶液中，保持0 1冰浴，磁力搅拌3小时后，将所得墨绿混悬液转移至35 1温水浴中，控温1小时，然后将所得墨绿混悬液转移至50 1温水浴中，控温12小时，360 mL冰水缓慢加入到得到的紫黑色混悬液混合物中，剧烈搅拌1小时，继而往溶液中逐滴滴加12 mL 30wt%过氧化氢溶液，溶液颜色突变为亮黄色，搅拌30分钟，所得溶液经孔径20-30微米的G1砂芯漏斗过滤，继而4000转每分钟离心30分钟，弃去上清液;加入180 mL双蒸水充分振荡洗涤，4000转每分钟离心30分钟，弃去上清液，沉淀颜色呈土黄色;再加入180 mL 30wt%盐酸充分振荡洗涤，经孔径20-30微米的G1砂芯漏斗过滤去除不溶颗粒，滤液4000转每分钟离心30分钟，弃去上清液，沉淀颜色继续加深;接着多次用无水乙醇将沉淀物洗至pH值为中性，4000转每分钟离心30分钟，弃去上清液，沉淀呈棕黄色;最后用乙醚冲洗沉淀，经孔径1.5-2.5微米的G5砂芯漏斗过滤，滤饼在室温下过夜晾干，得到棕色的氧化石墨烯。
[0015]本发明的具体技术方案为:
(一)氧化石墨烯的制备
称取325目鳞片石墨，加入到体积比为9:1的浓硫酸和磷酸混合溶液中。充分搅拌后，置于在0 °C冰浴中。将高锰酸钾少量多次，缓慢加入到以上混合溶液中。保持0 °C冰浴，磁力搅拌3小时后，将所得墨绿混悬液转移至35 1温水浴中，控温1小时，然后再将混悬液转移至50 1温水浴中，控温12小时。将一定量的冰水混合物缓慢加入到得到的紫黑色混悬液中，剧烈搅拌1小时。继而往溶液中逐滴滴加30%过氧化氢溶液，至溶液颜色突变为亮黄色。所得溶液经G1砂芯漏斗(孔径20-30微米)过滤，继而4000转/分钟离心30分钟，分别经过水洗一次，酸洗一次，醇洗至中性，最后用乙醚冲洗后经G5砂芯漏斗(孔径1.5-2.5微米)过滤。滤饼在室温下过夜晾干，得到氧化石墨。
[0016](二)部分还原氧化石墨烯荧光共振能量转移纳米探针的制备
将4 mg/mL上述方法制备的氧化石墨稀水溶液分别与20 mmol/L,2 mmol/L和10 mmol/L的NaOH水溶液等体积混合，室温条件下搅拌反应2小时，12000转/分钟离心30分钟，并用水洗涤至中性。最后置于恒温干燥箱50 °C干燥12小时，即可得到不同还原程度的部分还原氧化石墨稀固体(以pRG0i，pRG02和pRG03表示三种不同还原程度的部分还原氧化石墨稀固体)。
[0017]本发明的优点:
(1)本发明在温和的化学反应条件下合成部分还原氧化石墨烯。制备方法绿色环保，操作简便快捷，重现性好。
[0018](2)本发明所制备的部分还原的氧化石墨烯具有较大的sp2杂化区域，较少的表面缺陷及良好的分散性和稳定性。
[0019](3)本发明所制备的部分还原的氧化石墨烯可作为高效荧光共振能量转移纳米探针。
【附图说明】
[0020]图1为G0、pRG01、pRG02和pRG03水溶液的外观图。
[0021 ]图2为G0和pRG03的原子力显微镜图，图中:a为GO，b为pRG03，(3为60的片层厚度曲线，d为pRG03的片层厚度曲线。
[0022]图3为GCKpRGOhpRGO〗和pRG03的X射线衍射图。
[0023]图4为GCKpRGO^pRGO:?和pRG03的拉曼光谱图。
[0024]图5为GO、pRGO1、pRG02和pRG03的X光射线电子能谱的比较图，图中:A为GO，B为pRGOi, C为pRG02, D为pRG03。
[0025]图6为GO'pRGO^pRGO^pRGOs分别与6-羧基荧光素修饰的ssDNA室温反应30秒后的荧光光谱(激发波长494 nm)0
[0026]图7为荧光猝灭率与碳碳键比例的关系图。
【具体实施方式】
[0027]实例1:
称取325目鳞片石墨2.7 g，加入到316 mL浓度为18.4 mol/L的浓硫酸和36 mL浓度为14.7 mol/L的磷酸的混合溶液中。充分搅拌后，置于在0 °C冰浴中。将16.2 g高锰酸钾少量多次，缓慢加入到以上混合溶液中。保持0 °C冰浴，磁力搅拌3小时后，将所得墨绿混悬液转移至35 1温水浴中，控温1小时，然后将所得墨绿混悬液转移至50 1温水浴中，控温12小时。360 mL冰水缓慢加入到得到的紫黑色混悬液中，剧烈搅拌1小时。继而往溶液中逐滴滴加12 mL 30 wt %过氧化氢溶液，溶液颜色突变为亮黄色，搅拌30分钟。所得溶液经G1砂芯漏斗(孔径20-30微米)过滤，继而4000转每分钟离心30分钟，弃去上清液;加入180 mL双蒸水充分振荡洗涤，4000转每分钟离心30分钟，弃去上清液，沉淀颜色呈土黄色；再加入180 mL 30 wt %盐酸充分振荡洗涤，经G1砂芯漏斗(孔径20-30微米)过滤去除不溶