一种海胆状纳米金粒子的制备方法及标记蛋白质的方法与流程

本发明属于生物材料领域，具体涉及一种海胆状纳米金粒子的制备方法及该纳米金粒子标记蛋白的方法。

背景技术：

纳米粒子由于具有独特的光、电、磁、催化等性质，在催化、电子学、光学、生物医学等领域有广泛的应用前景，因而受到了广泛关注。不平滑且有多刺状的结构的纳米粒子是三维纳米材料的一个重要组成部分，按其不同分类具有多种名称，例如星形、多脚形、凹凸金粒子等。由于其具有粗糙的表面及高的比表面积，能够增强在近红外区的等离子体共振以及使电磁场增强效应集中于其尖端，使得在同一个纳米粒子表面具有很多个热点。因此，不平滑的表面的纳米粒子被有效的应用于表面增强拉曼散射(sers)、电化学应用、核磁成像、化学发光传感、细胞成像和光热光谱分析疗法。

现有关于不平滑纳米粒子的合成方法主要为种子法、原位生长法和仿生合成法。有些方法因需要事前合成种子，使得合成步骤较为繁琐、耗时，有些则需要使用有毒的表面活性剂或大分子聚合物，不仅不易获得而且生物相容性差，有悖于绿色化学的理念。

海胆状的金纳米粒子由于其特殊的表面能产生丰富的热点，作为理想的sers基底被广泛应用，但是现有的海胆状金纳米粒子合成后稳定较差，容易发生团聚絮凝；在生物医用的应用不能像胶体金一样直接偶联标记蛋白、核酸等生物分子。

此外，海胆状金纳米粒子和普通的胶体金有很大区别，尤其是表面电荷性质，在标记蛋白等生物分子存在一定障碍，在生物缓冲液中海胆状金纳米粒子容易团聚，标记后一旦离心没有办法复溶在缓冲液中形成团聚体死金，限制了进一步的应用。

因此，一种制备方法简单，标记结果准确，不会发生团聚絮凝的海胆状纳米金粒子及其制备方法及该纳米金粒子标记蛋白的方法被提出。

技术实现要素：

本发明公开了一种海胆状纳米金粒子的制备方法，其特征在于主要包含步骤：在n-(2-羟乙基)哌嗪-n'-2-乙烷磺酸溶液中加入氯金酸溶液并充分搅拌混匀，缓慢搅拌直到由无色透明变为深蓝色时，停止搅拌静止10～25分钟使反应充分完成，之后加入柠檬酸或碳酸钾调节ph值，调节ph值为5.5～8.5。

上述n-(2-羟乙基)哌嗪-n'-2-乙烷磺酸溶液加入1～5重量份，浓度为0.06-0.1mol/l，ph为7.2-7.5；所加入的氯金酸溶液为0.5～1.5重量份，浓度为0.01～0.03mol/l。

实际使用时：加入柠檬酸或碳酸钾调节后的ph值为被标记蛋白等电点值+1的原则进行确定ph值，例如：被标记的金黄色葡萄球菌蛋白a的等电点为5.5，根据被标记蛋白的等电点按照等电点+1，制备的海胆状纳米金粒需要调节的ph值为6.5。

一种使用海胆状纳米金粒子蛋白标记方法，其特征在于主要包含步骤：在n-(2-羟乙基)哌嗪-n'-2-乙烷磺酸溶液中加入氯金酸溶液并充分搅拌混匀，缓慢搅拌直到由无色透明变为深蓝色时，停止搅拌静止10～25分钟使反应充分完成，之后加入柠檬酸或碳酸钾调节ph值，调节ph值至被标记蛋白等电点+1，被标记的金黄色葡萄球菌蛋白a的等电点为5.5，根据被标记蛋白的等电点按照等电点+1，制备的海胆状纳米金粒需要调节的ph值为6.5，加入柠檬酸或碳酸钾时超声8～15分钟，搅拌速度为200～300rpm，边搅拌边加入被标记蛋白，加入完成后，将搅拌速度降至80～120rpm，反应2～6小时，之后加入水解酪蛋白钠片段和聚苯乙烯磺酸钠，继续超声搅拌反应20～40分钟，离心收集得到蛋白质功能性的海胆状纳米金粒子。

加入水解酪蛋白钠片段终浓度为0.5％-1.5％，即100ml上述溶液中加入0.5g的水解酪蛋白纳片段溶解在后的浓度为0.5％；聚苯乙烯磺酸钠的终浓度为0.1％-0.5％，即100ml上述溶液中加入0.2g的聚苯乙烯磺酸钠溶解在后的浓度为0.2％，所述聚苯乙烯磺酸钠的分子为20000-40000，水解酪蛋白钠片段与聚苯乙烯磺酸钠的浓度比例控制在3：7-5：5，即水解酪蛋白钠片段质量百分比30～50％，其余为聚苯乙烯磺酸钠。

目前使用的普通酪蛋白在水中溶解度很低，不容易溶解，配置困难，因此，使用的水解酪蛋白片段是酪蛋白经过处理的钠盐，在配置溶液的时候以溶解。

实际使用时：按照以下步骤操作：

(1)在一定浓度和ph值的n-(2-羟乙基)哌嗪-n'-2-乙烷磺酸溶液中，一次性快速加入200微升浓度为0.025mol/l的氯金酸溶液并充分搅拌混匀，缓慢搅拌直到由无色透明变为深蓝色表明海胆状纳米金粒子已经形成，停止搅拌静止15分钟使反应充分完成；

(2)根据被标记蛋白的等电点按照等电点+1，在制备的海胆状纳米金粒中加入适量柠檬酸或氢氧化钾，超声200rpm搅拌均匀后加入被一定浓度标记蛋白反应2～6小时，

(3)加入水解酪蛋白钠片段和聚苯乙烯磺酸钠混合溶液，继续超声搅拌反应1小时，最终离心收集得到蛋白质标记偶联功能性的海胆状纳米金粒子。

对上述方案还可做进一步优化限定和改进如下：

步骤(1)中所述的n-(2-羟乙基)哌嗪-n'-2-乙烷磺酸溶液的浓度控制在0.06～0.1mol/l；ph控制在在7.2～7.5；加入氯金酸的终浓度应控制0.005％～1％。

步骤(1)中加入氯金酸应边搅拌边加入，使加入的氯金酸加入后充分混匀进行反应。

步骤(2)中所述调节的海胆状纳米金粒子所有的试剂必须为柠檬酸和氢氧化钾，柠檬酸的最佳浓度为0.5mol/l柠檬酸；氢氧化钾等最佳浓度为：0.01mol/l，

步骤(2)按照步骤(1)制备的海胆状金纳米粒子ph应为7.0，调节的ph是根据被偶联标记蛋白的等电点+1，如当被偶联标记蛋白等电点为5.5，相应海胆状金纳米粒子应该调节ph值为6.5，就应该加入0.5mol/l柠檬酸调节，如当被偶联标记蛋白等电点为7.5，相应海胆状金纳米粒子应该调节ph值为8.5，就应该加入0.01mol/l氢氧化钾调节。

步骤(3)中用加入水解酪蛋白钠片段和聚苯乙烯磺酸钠混合溶液，该混合溶液水解酪蛋白钠片段终浓度为(0.5％-1.5％)；聚苯乙烯磺酸钠的终浓度为0.1％～0.5％；聚苯乙烯磺酸钠的分子为20000-40000，两种成分是混合配伍使用的，任何一种成分均会导致蛋白标记的失败或影响后续的使用。

具体如下：将10ml的0.08molph7.5的n-(2-羟乙基)哌嗪-n'-2-乙烷磺酸溶液加入洁净的100ml的三口烧瓶中，20orpm进行搅拌，一次性快速加入10ml浓度为0.025mol/l的氯金酸溶液并继续搅拌混匀，将转速降至100rpm缓慢搅拌直到由无色透明变为深蓝色表明海胆状纳米金粒子已经形成，停止搅拌静止15分钟使反应充分完成；对制备的海胆状纳米金粒子粒径测定：分散性好、粒径分布均匀，粒径约在254纳米左右。

取5ml的海胆状金纳米粒子标记金黄色葡萄球菌蛋白a，所标记的金黄色葡萄球菌蛋白a的等电点为5.5，根据被标记蛋白的等电点按照等电点+1，制备的海胆状纳米金粒需要调节的ph值为6.5，此时制备的海胆状金纳米粒子ph值约为7.3，用0.5mol/l柠檬酸调节至6.5，然后加入超声200rpm搅拌均匀后加入金黄色葡萄球菌蛋白a，反应6小时加入终浓度为水解酪蛋白钠片段0.7％和终浓度为聚苯乙烯磺酸钠0.3％的混合溶液，继续搅拌反应1小时，最终离心收集得到产物，金黄色葡萄球菌蛋白a标记偶联功能性的海胆状纳米金粒子可以作为免疫探针检测血清中的抗体，图为结核病人血清抗体的阴、阳性的检测结果。

与现有技术相比，本发明取籽效果好，结构简单等优点。

因此，本申请使用一种快速、无需金种的绿色合成方法来制备海胆状金纳米粒子，并且通过中性偏碱的条件一次性加入弱还原剂合成海胆状金纳米粒子，通过弱还原剂的量调节海胆状金纳米粒子的粒径、形貌等参数。更重要的是，海胆状金纳米粒子和普通的胶体金有很大区别，尤其是表面电荷性质，在标记蛋白等生物分子存在一定障碍，在生物缓冲液中海胆状金纳米粒子容易团聚，标记后一旦离心没有办法复溶在缓冲液中形成团聚体死金，限制了进一步的应用。本专利设计了一种专门针对海胆状金纳米粒子的制备方法及使用该纳米金粒子的标记方法，实现了对海胆状金纳米粒子的蛋白偶联标记，标记的复合物蛋白活性不会发生改变，而且离心后沉淀松散容易复溶，可以在免疫层析试纸条和免疫渗滤使用。

附图说明

图1是制备的海胆状金纳米粒子的粒径测量结果图。

图2是金黄色葡萄球菌蛋白a标记偶联功能性的海胆状纳米金粒子为探针，检测结核病人血清抗体的阴、阳性结果(左：阴性；右：阳性)。

具体实施方式

实施例1：一种海胆状纳米金粒子的制备方法，其特征在于主要包含步骤：在n-(2-羟乙基)哌嗪-n'-2-乙烷磺酸溶液中加入氯金酸溶液并充分搅拌混匀，缓慢搅拌直到由无色透明变为深蓝色时，停止搅拌静止10分钟使反应充分完成，之后加入柠檬酸或碳酸钾调节ph值，调节ph值为6.5。

上述n-(2-羟乙基)哌嗪-n'-2-乙烷磺酸溶液加入2重量份，浓度为0.1mol/l，ph为7.4；所加入的氯金酸溶液为1.0重量份，浓度为0.03mol/l。

实际使用时：加入柠檬酸或碳酸钾调节后的ph值为被标记蛋白等电点值+1的原则进行确定ph值，例如：被标记的金黄色葡萄球菌蛋白a的等电点为5.5，根据被标记蛋白的等电点按照等电点+1，制备的海胆状纳米金粒需要调节的ph值为6.5。

实施例2：一种海胆状纳米金粒子的制备方法，其特征在于主要包含步骤：在n-(2-羟乙基)哌嗪-n'-2-乙烷磺酸溶液中加入氯金酸溶液并充分搅拌混匀，缓慢搅拌直到由无色透明变为深蓝色时，停止搅拌静止25分钟使反应充分完成，之后加入柠檬酸或碳酸钾调节ph值，调节ph值为8.5。

上述n-(2-羟乙基)哌嗪-n'-2-乙烷磺酸溶液加入1重量份，浓度为0.06mol/l，ph为7.2；所加入的氯金酸溶液为0.5重量份，浓度为0.02mol/l。

实际使用时：加入柠檬酸或碳酸钾调节后的ph值为被标记蛋白等电点值+1的原则进行确定ph值，例如：被标记的蛋白等电点为7.5，根据被标记蛋白的等电点按照等电点+1，制备的海胆状纳米金粒需要调节的ph值为8.5。

实施例3：一种海胆状纳米金粒子的制备方法，其特征在于主要包含步骤：在n-(2-羟乙基)哌嗪-n'-2-乙烷磺酸溶液中加入氯金酸溶液并充分搅拌混匀，缓慢搅拌直到由无色透明变为深蓝色时，停止搅拌静止15分钟使反应充分完成，之后加入柠檬酸或碳酸钾调节ph值，调节ph值为5.5。

上述n-(2-羟乙基)哌嗪-n'-2-乙烷磺酸溶液加入5重量份，浓度为0.08mol/l，ph为7.5；所加入的氯金酸溶液为0.7重量份，浓度为0.01mol/l。

实际使用时：加入柠檬酸或碳酸钾调节后的ph值为被标记蛋白等电点值+1的原则进行确定ph值，例如：被标记的蛋白等电点为6.5，根据被标记蛋白的等电点按照等电点+1，制备的海胆状纳米金粒需要调节的ph值为7.5。

实施例4：一种海胆状纳米金粒子的制备方法，其特征在于主要包含步骤：在n-(2-羟乙基)哌嗪-n'-2-乙烷磺酸溶液中加入氯金酸溶液并充分搅拌混匀，缓慢搅拌直到由无色透明变为深蓝色时，停止搅拌静止20分钟使反应充分完成，之后加入柠檬酸或碳酸钾调节ph值，调节ph值为7.5。

上述n-(2-羟乙基)哌嗪-n'-2-乙烷磺酸溶液加入3重量份，浓度为0.09mol/l，ph为7.3；所加入的氯金酸溶液为1.5重量份，浓度为0.01mol/l。

实施例5：一种海胆状纳米金粒子的制备方法，其特征在于主要包含步骤：在n-(2-羟乙基)哌嗪-n'-2-乙烷磺酸溶液中加入氯金酸溶液并充分搅拌混匀，缓慢搅拌直到由无色透明变为深蓝色时，停止搅拌静止22分钟使反应充分完成，之后加入柠檬酸或碳酸钾调节ph值，调节ph值为7.0。

上述n-(2-羟乙基)哌嗪-n'-2-乙烷磺酸溶液加入4重量份，浓度为0.07mol/l，ph为7.5；所加入的氯金酸溶液为1.3重量份，浓度为0.01mol/l。

实施例6：一种使用海胆状纳米金粒子蛋白标记方法，其特征在于主要包含步骤：在n-(2-羟乙基)哌嗪-n'-2-乙烷磺酸溶液中加入氯金酸溶液并充分搅拌混匀，缓慢搅拌直到由无色透明变为深蓝色时，停止搅拌静止11分钟使反应充分完成，之后加入柠檬酸或碳酸钾调节ph值，调节ph值至被标记蛋白等电点+1，被标记的金黄色葡萄球菌蛋白a的等电点为5.5，根据被标记蛋白的等电点按照等电点+1，制备的海胆状纳米金粒需要调节的ph值为6.5，加入柠檬酸或碳酸钾时超声8分钟，搅拌速度为250rpm，边搅拌边加入被标记蛋白，加入完成后，将搅拌速度降至110rpm，反应2小时，之后加入水解酪蛋白钠片段和聚苯乙烯磺酸钠，继续超声搅拌反应35分钟，离心收集得到蛋白质功能性的海胆状纳米金粒子。

加入水解酪蛋白钠片段终浓度为0.75％，即100ml上述溶液中加入0.5g的水解酪蛋白纳片段溶解在后的浓度为0.5％；聚苯乙烯磺酸钠的终浓度为0.5％，即100ml上述溶液中加入0.2g的聚苯乙烯磺酸钠溶解在后的浓度为0.2％，所述聚苯乙烯磺酸钠的分子为20000，水解酪蛋白钠片段与聚苯乙烯磺酸钠的浓度比例控制在3.5:6.5，即水解酪蛋白钠片段质量百分比35％，其余为聚苯乙烯磺酸钠。

目前使用的普通酪蛋白在水中溶解度很低，不容易溶解，配置困难，因此，使用的水解酪蛋白片段是酪蛋白经过处理的钠盐，在配置溶液的时候以溶解。

实施例7：一种使用海胆状纳米金粒子蛋白标记方法，其特征在于主要包含步骤：在n-(2-羟乙基)哌嗪-n'-2-乙烷磺酸溶液中加入氯金酸溶液并充分搅拌混匀，缓慢搅拌直到由无色透明变为深蓝色时，停止搅拌静止14分钟使反应充分完成，之后加入柠檬酸或碳酸钾调节ph值，调节ph值至被标记蛋白等电点+1，被标记的金黄色葡萄球菌蛋白a的等电点为5.5，根据被标记蛋白的等电点按照等电点+1，制备的海胆状纳米金粒需要调节的ph值为6.5，加入柠檬酸或碳酸钾时超声15分钟，搅拌速度为200rpm，边搅拌边加入被标记蛋白，加入完成后，将搅拌速度降至100rpm，反应6小时，之后加入水解酪蛋白钠片段和聚苯乙烯磺酸钠，继续超声搅拌反应20分钟，离心收集得到蛋白质功能性的海胆状纳米金粒子。

加入水解酪蛋白钠片段终浓度为0.5％，即100ml上述溶液中加入0.5g的水解酪蛋白纳片段溶解在后的浓度为0.5％；聚苯乙烯磺酸钠的终浓度为0.2％，即100ml上述溶液中加入0.2g的聚苯乙烯磺酸钠溶解在后的浓度为0.2％，所述聚苯乙烯磺酸钠的分子为35000，水解酪蛋白钠片段与聚苯乙烯磺酸钠的浓度比例控制在4:6，即水解酪蛋白钠片段质量百分比40％，其余为聚苯乙烯磺酸钠。

目前使用的普通酪蛋白在水中溶解度很低，不容易溶解，配置困难，因此，使用的水解酪蛋白片段是酪蛋白经过处理的钠盐，在配置溶液的时候以溶解。

实施例8：一种使用海胆状纳米金粒子蛋白标记方法，其特征在于主要包含步骤：在n-(2-羟乙基)哌嗪-n'-2-乙烷磺酸溶液中加入氯金酸溶液并充分搅拌混匀，缓慢搅拌直到由无色透明变为深蓝色时，停止搅拌静止21分钟使反应充分完成，之后加入柠檬酸或碳酸钾调节ph值，调节ph值至被标记蛋白等电点+1，被标记的金黄色葡萄球菌蛋白a的等电点为5.5，根据被标记蛋白的等电点按照等电点+1，制备的海胆状纳米金粒需要调节的ph值为6.5，加入柠檬酸或碳酸钾时超声11分钟，搅拌速度为300rpm，边搅拌边加入被标记蛋白，加入完成后，将搅拌速度降至80rpm，反应4小时，之后加入水解酪蛋白钠片段和聚苯乙烯磺酸钠，继续超声搅拌反应30分钟，离心收集得到蛋白质功能性的海胆状纳米金粒子。

加入水解酪蛋白钠片段终浓度为1.5％，即100ml上述溶液中加入0.5g的水解酪蛋白纳片段溶解在后的浓度为0.5％；聚苯乙烯磺酸钠的终浓度为0.1％，即100ml上述溶液中加入0.2g的聚苯乙烯磺酸钠溶解在后的浓度为0.2％，所述聚苯乙烯磺酸钠的分子为40000，水解酪蛋白钠片段与聚苯乙烯磺酸钠的浓度比例控制在5:5，即水解酪蛋白钠片段质量百分比50％，其余为聚苯乙烯磺酸钠。

目前使用的普通酪蛋白在水中溶解度很低，不容易溶解，配置困难，因此，使用的水解酪蛋白片段是酪蛋白经过处理的钠盐，在配置溶液的时候以溶解。

实施例9：一种使用海胆状纳米金粒子蛋白标记方法，其特征在于主要包含步骤：在n-(2-羟乙基)哌嗪-n'-2-乙烷磺酸溶液中加入氯金酸溶液并充分搅拌混匀，缓慢搅拌直到由无色透明变为深蓝色时，停止搅拌静止12分钟使反应充分完成，之后加入柠檬酸或碳酸钾调节ph值，调节ph值至被标记蛋白等电点+1，被标记的金黄色葡萄球菌蛋白a的等电点为5.5，根据被标记蛋白的等电点按照等电点+1，制备的海胆状纳米金粒需要调节的ph值为6.5，加入柠檬酸或碳酸钾时超声10分钟，搅拌速度为230rpm，边搅拌边加入被标记蛋白，加入完成后，将搅拌速度降至120rpm，反应5小时，之后加入水解酪蛋白钠片段和聚苯乙烯磺酸钠，继续超声搅拌反应25分钟，离心收集得到蛋白质功能性的海胆状纳米金粒子。

加入水解酪蛋白钠片段终浓度为1.25％，即100ml上述溶液中加入0.5g的水解酪蛋白纳片段溶解在后的浓度为0.5％；聚苯乙烯磺酸钠的终浓度为0.4％，即100ml上述溶液中加入0.2g的聚苯乙烯磺酸钠溶解在后的浓度为0.2％，所述聚苯乙烯磺酸钠的分子为30000，水解酪蛋白钠片段与聚苯乙烯磺酸钠的浓度比例控制在3:7，即水解酪蛋白钠片段质量百分比30％，其余为聚苯乙烯磺酸钠。

目前使用的普通酪蛋白在水中溶解度很低，不容易溶解，配置困难，因此，使用的水解酪蛋白片段是酪蛋白经过处理的钠盐，在配置溶液的时候以溶解。

实施例10：一种使用海胆状纳米金粒子蛋白标记方法，其特征在于主要包含步骤：在n-(2-羟乙基)哌嗪-n'-2-乙烷磺酸溶液中加入氯金酸溶液并充分搅拌混匀，缓慢搅拌直到由无色透明变为深蓝色时，停止搅拌静止23分钟使反应充分完成，之后加入柠檬酸或碳酸钾调节ph值，调节ph值至被标记蛋白等电点+1，被标记的金黄色葡萄球菌蛋白a的等电点为5.5，根据被标记蛋白的等电点按照等电点+1，制备的海胆状纳米金粒需要调节的ph值为6.5，加入柠檬酸或碳酸钾时超声9分钟，搅拌速度为270rpm，边搅拌边加入被标记蛋白，加入完成后，将搅拌速度降至90rpm，反应3小时，之后加入水解酪蛋白钠片段和聚苯乙烯磺酸钠，继续超声搅拌反应40分钟，离心收集得到蛋白质功能性的海胆状纳米金粒子。

加入水解酪蛋白钠片段终浓度为1.0％，即100ml上述溶液中加入0.5g的水解酪蛋白纳片段溶解在后的浓度为0.5％；聚苯乙烯磺酸钠的终浓度为0.3％，即100ml上述溶液中加入0.2g的聚苯乙烯磺酸钠溶解在后的浓度为0.2％，所述聚苯乙烯磺酸钠的分子为25000，水解酪蛋白钠片段与聚苯乙烯磺酸钠的浓度比例控制在4.5:5.5，即水解酪蛋白钠片段质量百分比45％，其余为聚苯乙烯磺酸钠。

目前使用的普通酪蛋白在水中溶解度很低，不容易溶解，配置困难，因此，使用的水解酪蛋白片段是酪蛋白经过处理的钠盐，在配置溶液的时候以溶解。