一种金纳米棒薄膜的制备方法及其传感应用与流程

文档序号:11107724阅读:2201来源:国知局
一种金纳米棒薄膜的制备方法及其传感应用与制造工艺

本发明属于材料化学和分析化学领域,具体涉及一种金纳米棒薄膜的制备方法及其传感应用。



背景技术:

金纳米棒是一种尺度从几纳米到上百纳米的棒状金纳米颗粒。金纳米颗粒具有非常丰富的物理化学性质。金纳米棒的表面等离子体共振波长可以随棒的长径比变化而发生位移,从可见到近红外区域连续可调,同时具有极高的表面电场强度增强效应,极大的光学吸收、散射截面,以及从50%到100%连续可调的光热转换效率。由于它独特的光学、光电、光热、光化学、以及分子生物学性质,金纳米棒在材料科学界正受到强烈的关注,并引发众多材料学家、生物化学家、医学家、物理学家、微电子工程师等科研工作者对之进行广泛和深入的研究。

在分析化学领域,金纳米棒在DNA分子检测、可视化传感、癌症治疗和医学成像中得到广泛应用。比如,在DNA分子检测方面,人们发现长径比大于13的金纳米棒有两个特征荧光发射带:较强的743 nln和较弱的793 nm。因为长径比大的金纳米棒比长径比小的金纳米棒有更高的荧光效率,将大长径比的金纳米棒用DNA分子标记,通过测量这种标记金纳米棒溶液的荧光强度变化来观察金纳米棒上DNA探针分子与 目标DNA分子的杂交情况,从而实现对DNA杂交的检测。在癌症治疗方面, Li 等人在体外利用两种不同长径比的金纳米棒探针同时对两个待测癌细胞进行了检测和光热治疗。Durr等人利用双光子发光成像技术,用金纳米棒作造影剂来探测癌细胞。在可视化传感方面,Guo等人利用金纳米棒的独特光学性质构建了一系列能产生多色变化的可视化传感器。

需要指出的是,上述金纳米棒的应用大部分是在溶液中进行的。利用固定在固相基质中的金纳米棒来进行分析传感的报导相对较少。其中最大的一个问题之一就是如何获得高密度同时又能保持金纳米棒优异物理化学性质的固相材料。



技术实现要素:

本发明的目的在于针对现有技术不足,提供一种金纳米棒薄膜的制备方法及其传感应用,该金纳米棒薄膜制备包括以下步骤:

(1)合成均一性好的金纳米棒水溶液;

(2)琼脂糖水溶液的配制:称取琼脂糖放入二次蒸馏水中,加热至90℃使之全部溶解,得到琼脂糖水溶液;

(3)金纳米棒-琼脂糖水凝胶的制备:将步骤(2)中配制的琼脂糖水溶液冷却至50±10℃,在搅拌下加入步骤(1)制备的金纳米棒水溶液,充分混匀后停止搅拌,随后立即倒入一个平底容器中,控制溶液厚度在1.0±0.5厘米,放置冷却至室温后形成金纳米棒-琼脂糖水凝胶;

(4)金纳米棒薄膜的形成:将步骤(3)制备的金纳米棒-琼脂糖水凝胶放入真空干燥箱中,真空度控制在0.1±0.05 Mpa,温度控制在25±10℃,干燥48小时,得到厚度小于100微米的金纳米棒薄膜。

所述的金纳米棒水溶液包括长径比为1~10的金纳米棒。

所述的金纳米棒水溶液的浓度为0.5-2 mM(以初始溶液中的氯金酸浓度计);所述的琼脂糖水溶液的浓度为0.02g/ml。

步骤(3)中金纳米棒水溶液与琼脂糖水溶液的体积比介于1:10至1:1之间。

上述所制得的金纳米棒薄膜的可视化传感应用包括以下步骤:

(A)制备过氧化氢酶修饰的抗体;

(B)目标物的捕获:采用抗体-抗原-二抗(过氧化氢酶修饰的抗体)的经典免疫分析方法捕获目标分子;

(C)酶促反应:加入含有过氧化氢的酶反应底物,在37℃下反应15分钟;

(D)显色反应:在步骤(C)中酶反应后的溶液在加入显色剂和经过切片得到的直径为3毫米的金纳米棒薄膜,室温反应15分钟;观察反应后金纳米棒薄膜的颜色,与标准比色卡进行对比,从而确定溶液中目标分子的浓度。

由于金纳米棒是在溶液状态下与琼脂糖混合,因此当形成琼脂糖水凝胶时,金纳米棒能够均匀分散在琼脂糖水凝胶中。在干燥过程中,由于样品始终处于凝胶状态,从而限制了金纳米棒的聚集,因此最终得到的金纳米棒薄膜具有非常好的均一性,并且由于水凝胶干燥过程中的收缩作用,金棒的密度可以达到金纳米棒溶液中密度的近百倍。同时,由于薄膜中琼脂糖线性高分子的存在,金棒之间具有很好的单分散性。

本发明的有益效果在于:

(1)制备的金纳米棒薄膜均一性好。由于金纳米棒是在水溶液中与琼脂糖水溶液充分混合,而在干燥过程中由于水凝胶的形成,限制了金纳米棒的团聚,因此本方法制备的金纳米棒薄膜中金纳米棒之间有琼脂糖分子作为间隔,能够很好地保持金纳米棒单体的物理光学性质;

(2)金纳米棒薄膜中金纳米棒的密度可调。可以通过调节原始金纳米棒溶液的浓度和金纳米棒与琼脂糖用量的配比来控制薄膜中金纳米棒的密度;

(3)金纳米棒薄膜的厚度可调。可以通过制备水凝胶的厚度来调控最后形成的金纳米棒薄膜的厚度;

(4)采用金纳米棒薄膜替代传统比色方法中用到的金纳米棒溶液作为显色底物,可以极大地提高显色的稳定性,同时也为金纳米棒的储存和运输带来便利。

附图说明

图1是应用本发明所述方法制备得到的金纳米棒的吸收光谱(A)和TEM (B)图;

图2是应用本发明所述方法制备得到的金纳米棒薄膜照片及其与空白水凝胶、打印纸的对比图;

图3是应用本发明所述方法制备得到的纳米金棒薄膜检测癌胚抗原的标准比色图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明做进一步说明,但本发明不仅仅限于这些实施例。

实施例1:金纳米棒薄膜的制备

以下以制备纵向吸收峰位于750 nm的金纳米棒薄膜为例,来阐述本发明的具体实施方法:

1.金纳米棒的制备:纵向吸收峰位于750 nm 的金纳米棒溶液的制备具体分为以下两个步骤:

1) 金核的合成:将CTAB溶液(5ml, 0.2M)加入15ml 的玻璃瓶中,放在30℃的水浴锅中,磁力搅拌。往玻璃瓶中加入4.75ml的水和0.25ml 0.01M的 HAuCl4 溶液。调节磁力搅拌机转速为1200r/min,将新制冷冻的0.6ml NaBH4加入到上述溶液中,溶液呈棕黄色。持续搅拌两分钟后,停止搅拌,将磁力搅棒子从溶液中取出,将此反应液静置于30℃水浴中30min备用。(制备得到的金核溶液必须在2h使用)

2)纳米金棒生长: 将CTAB溶液(125ml, 0.2M)加入250ml的圆底烧瓶中,再加入96.75ml的水。往上述溶液中加入1.5 ml 0.01 M AgNO3溶液,混合均匀,静置5min,随后加入10.0 ml 10mM的HAuCl4溶液。剧烈上下振摇反应液后,并加入16 ml 0.01M 的抗坏血酸,混合均匀后,加入500 μL的金核。剧烈震荡20 s后,室温静置8 h,得到纵向吸收峰为750nm的金纳米棒,其吸收光谱与透射电镜图如附图1所示。

2.琼脂糖溶液的配制:称量1.0g琼脂糖至50mL水中,加热至90℃使之全部溶解。

3.金纳米棒-琼脂糖水凝胶的制备:将步骤2中配制的琼脂糖溶液冷却至50℃,在搅拌下加入50 mL步骤1制备的金纳米棒溶液,充分混匀后停止搅拌,趁热将溶液倒入一个直径为15cm的细胞培养皿中,控制溶液厚度为0.8厘米,放置冷却至室温后形成金纳米棒-琼脂糖水凝胶;

4.金纳米棒薄膜的形成:将步骤3制备的金纳米棒-琼脂糖水凝胶放入真空干燥箱中,真空度控制在0.05 Mpa,温度控制在20℃,干燥48小 时,得到厚度约为70微米的金纳米棒薄膜(如图2所示)。

实施例2:金纳米棒薄膜在可视化免疫分析中的应用

以下应用实例以应用本发明所述方法制备的金纳米棒薄膜来对血清中癌胚抗原进行可视化检测,实验步骤如下:

1.过氧化氢酶修饰的抗体制备:将5mg多克隆抗癌胚抗原抗体与10mg过氧化氢酶在总体积为1ml的0.1 mol/L磷酸钾缓冲液(pH6.8)中混合;在4℃下对0.1 mol/L磷酸钾缓冲液(pH6.8)透析过夜;向透析混合液中加入50μl用0.1 mol/L磷酸钾缓冲液(pH6.8)稀释的戊二醛溶液(1% m/v),在室温下轻轻搅拌三小时;加入2 mol/L甘氨酸液使最终浓度达到0.1 mol/L,混合液室温放置2小时,以封闭残存的醛基; 混合液在4℃对PBS透析过夜;在4℃下10000 ×g离心30分;将上清移入另一管中,按体积1:1加入甘油,使溶液中甘油的终浓度为50%;制备好的过氧化氢酶修饰的抗体置于-20℃条件下保存备用;

2.目标物的捕获:以商品化ELISA试剂盒为基础(abcam, ab183365),从室温平衡20min后的铝箔袋中取出所需板条,设置标准品孔和样本孔,标准品孔各加不同浓度的标准品50μL;待测样本孔先加待测样本10μL,再加样本稀释液40μL;随后标准品孔和样本孔中每孔加入过氧化氢酶(CAT)标记的检测抗体100μL,用封板膜封住反应孔,37℃水浴温育60min。弃去液体,吸水纸上拍干,每孔加满洗涤液,静置1min,甩去洗涤液,吸水纸上拍干,如此重复洗板5次;

3.酶促反应:每孔加入酶反应底物100μL(8.5 mM H2O2, 0.1 M pH 7.8的磷酸盐缓冲液),37℃避光孵育15min,每孔加入50μL 2M HCl终止液终止酶反应;

4.显色反应:将金纳米棒薄膜切片成直径为3毫米的圆片,往每个孔中加入一片,另外每孔中加入15 μL 20 mM FeSO4,室温反应15分钟。观察反应后金纳米棒薄膜的颜色,与标准比色卡进行对比(附图3),从而确定溶液中目标分子的浓度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例,凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰,皆应属本发明的涵盖范围。

当前第1页1 2 3 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1