专利名称：一种双模式光学编码探针的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及纳米材料领域，具体来说，涉及一种双模式光学编码探针，该双模式光学编码探针具备荧光和表面增强拉曼散射联合编码的功能。
背景技术：
随着制备技术与表征手段的不断改善，基于纳米材料的光学探针以其独特的光学性质及小尺寸的特点，逐渐成为国内外研究者们关注的热点。这些功能各异的光学探针在生物传感、生物成像与生物检测中具有重大的应用前景。荧光探测技术快速且简单，是一种常用的生物检测手段。传统的有机染料分子(荧光团)存在固有的缺点，如发射谱范围宽、荧光易被漂白等。近年来出现的半导体量子点材 料具有光谱窄、光稳定性高、发光特性可调等优点，成为一种新型的生物荧光标记物。表面增强拉曼散射(英文为“Surface Enhanced Raman Scattering”,文中简称“SERS”)技术谱线窄、不易光漂白且对生物组织无损。表面增强拉曼散射具有的巨大的拉曼增强作用使基于表面增强拉曼散射的检测能达到很高的灵敏度，甚至能实现单分子水平的检测。编码的光学探针可用于实现多种生物分子同时检测。通常光学编码基于荧光信号或者SERS信号。以量子点荧光编码为例，理论上在可见光区(380-780nm)能生成约10种码(10种颜色)。但是由于光谱重叠及共振能量转移效应的影响，实际只能制备出3种左右光谱可分辨的码。而常用的拉曼标记分子结构相似，使得它们的SERS光谱也有很大程度的重叠，可利用的光谱范围有限。这些不利因素使得单独基于荧光信号或者SERS信号的编码方式生成的光谱可分辨码个数远逊于理论预计。
发明内容技术问题本实用新型所要解决的技术问题是提供一种双模式光学编码探针，该双模式光学编码探针集荧光与SERS两种光学信号于一体，使该双模式光学编码探针具备荧光与SERS联合编码的能力，加强了光学编码能力。技术方案为解决上述技术问题，本实用新型的双模式光学编码探针，该探针采用三层核壳结构，第一层核为金纳米棒，第二层壳为二氧化娃，第三层壳为締化镉量子点，第二层壳包裹在第一层核的外侧，第三层壳贴覆在第二层壳的外侧，第一层核的外表面贴覆有拉曼分子，且拉曼分子被第二层壳包裹。有益效果与现有技术相比，本实用新型具有如下优点I.集突光与SERS两种光学信号于一体,使该双模式光学编码探针具备突光与SERS联合编码的能力，加强了光学编码能力。现有技术中，光学编码探针通常仅具有一种编码的能力，基于荧光信号或者SERS信号。本技术方案提供的光学编码探针采用三层核壳结构，第一层核为金纳米棒，第二层壳为二氧化娃，第三层壳为締化镉量子点，且第一层核的外表面贴覆有拉曼分子，拉曼分子被第二层壳包裹。该光学编码探针在激发光照射下，同时利用荧光光谱范围与SERS光谱范围，能产生荧光和SERS信号，具备荧光和SERS联合编码能力，实际能生成的码个数将大大增加，具备优异的光学编码能力。该结构的双模式光学编码探针具有N个直径大小不同的碲化镉量子点，M个不同种类的拉曼分子2，那么该光学编码探针可编码的个数H=，扩大了可编码的个数。2.该结构的光学编码探针信号强、稳定性好。与传统的球形金颗粒作SERS基底相t匕，本技术方案采用金纳米棒作SERS基底，能获得更强的SERS信号。与传统的有机荧光染料作为荧光材料相比，本技术方案采用碲化镉量子点作为荧光材料，具有更窄的发射光谱和更高的光稳定性。利用二氧化硅壳层将拉曼分子和碲化镉量子点隔开，避免两者间产生能量转移，使拉曼分子和碲化镉量子点能很好的保持自身的光谱特性。这些结构保证了光学编码探针的信号强、工作稳定性好。
图I是本实用新型的双模式光学编码探针的结构示意图。图2是以碲化镉量子点为荧光材料的双模式光学编码探针溶液的荧光光谱，激发波长为400 nm。图3是以5，5- 二硫代双(2-硝基苯甲酸)(英文全称为5，5-dithiobis(2-nitro-benzoic acid),缩写为DTNB)分子为拉曼分子的双模式光学编码探针粒子的SERS光谱，激发波长为633 nm。图4是以4疏基苯甲酸(英文全称为4-mercaptobenzoic acid,缩写为4MBA)分子为拉曼分子的双模式光学编码探针粒子的SERS光谱，激发波长为633nm。图5是以4MBA与DTNB混合物为拉曼分子的双模式光学编码探针粒子的SERS光谱，激发波长为633nm。图中有第一层核1，拉曼分子2,第二层壳3,第三层壳4。
具体实施方式
以下结合附图，对本实用新型的技术方案进行详细的说明。如图I所示，本实用新型的一种双模式光学编码探针，该探针采用三层核壳结构，第一层核I为金纳米棒，第二层壳3为二氧化娃,第三层壳4为締化镉量子点,第二层壳3包裹在第一层核I的外侧，第三层壳4贴覆在第二层壳3的外侧,第一层核I的外表面贴覆有拉曼分子2，且拉曼分子2被第二层壳3包裹。该结构的双模式光学编码探针为基于三层核壳结构的纳米粒子，最内层核为标记了拉曼分子2的金纳米棒，其外侧包裹二氧化硅壳层，最外层为碲化镉量子点。该双模式光学编码探针在激发光照射下，能同时产生荧光和SERS信号，具备荧光和SERS联合编码能力。进一步，所述的拉曼分子2贴覆整个第一层核I的外表面。当拉曼分子2贴覆整个第一层核I的外表面时，拉曼分子2能提供更强的SERS信号。进一步，所述的碲化镉量子点贴覆整个第二层壳3的外表面。当碲化镉量子点贴覆整个第二层壳3的外表面时，碲化镉量子点能提供更强的荧光信号。 为了使双模式光学编码探针具有更强的编码能力，碲化镉量子点的直径大小有两种或两种以上。拉曼分子2包括两种或两种以上。拉曼分子2含有苯环分子和硫原子。拉曼分子2的拉曼散射截面越大时，就能产生越强的拉曼散射信号。通常含苯环的拉曼分子2具有较大的拉曼散射截面。拉曼分子2是易于通过自身的硫原子与金纳米棒上的金形成金-硫键吸附到金纳米棒上，所以拉曼分子2优选含有硫原子。拉曼分子2优选4巯基苯甲酸分子、5，5- 二硫代双(2-硝基苯甲酸)分子、4氨基苯硫酚分子、4甲氧基苯硫酚分子或者2萘硫酚分子中的一种或者任意组合。如果该结构的双模式光学编码探针具有N个直径大小不同的碲化镉量子点，M个不同种类的拉曼分子2，那么双模式光学编码探针可编码的个数H= 2爾-I。例如，采用两种拉曼分子和一种碲化镉量子点共3种编码材料制备双模式光学编码探针。两种拉曼分子采用为5，5- 二硫代双(2-硝基苯甲酸)(DTNB)和4巯基苯甲酸(4MBA)，量子点为水相碲化镉量子点。用3位二进制码(XXX)表示本实用新型中光学编码探针上的信号。从左往右，第一位表不量子点；第二位表不4MBA ;第三位表不DTNB I ”表不有，“0”表不无。则实际可获得的码有(100) (101) (110) (111) (010) (001) (011)共 7 种码((000)码无意义)，而单独采用3种发光波长量子点或者3种拉曼分子，由于光谱重叠的影响，通常实际只能获得3种或4种码，获得7种码十分困难。 上述双模式光学编码探针的制备方法，包括以下步骤步骤I.制备原始金纳米棒溶液首先将十六烷基三甲基溴化铵溶液和四氯金酸溶液混合，再加入硼氢化钠溶液，搅拌均匀，制得金种子溶液；然后在十六烷基三甲基溴化铵溶液中依次加入硝酸银溶液、四氯金酸溶液、去离子水、抗坏血酸溶液，至混合溶液变为无色，制成生长溶液；最后在生长溶液中加入金种子溶液，制得原始金纳米棒溶液；步骤2.制备拉曼分子标记的金纳米棒用离心机将步骤I制备的原始金纳米棒溶液进行离心后，在原始金纳米棒溶液中形成沉淀，提取该沉淀加入去离子水中，使沉淀溶解在去离子水中，形成金纳米棒溶液，然后将溶解有拉曼分子的乙醇溶液加入金纳米棒溶液中，搅拌后制得拉曼分子标记的金纳米棒；步骤3.制备金纳米棒和二氧化硅金属介质复合纳米球溶液首先通过聚合物电解质对步骤2制得的拉曼分子标记的金纳米棒表面进行亲硅处理，然后将拉曼分子标记的金纳米棒转移至酒精溶液中，随后在该酒精溶液中加入氨水和正硅酸乙酯，此时在拉曼分子标记的金纳米棒表面生长一层二氧化硅，从而形成金纳米棒和二氧化硅金属介质复合纳米球溶液；步骤4.制备双模式光学编码探针首先将步骤3制得的金纳米棒和二氧化硅金属介质复合纳米球溶液中的金属介质复合纳米球进行氨基修饰，然后将氨基修饰的金纳米棒和二氧化硅金属介质复合纳米球溶液与碲化镉量子点溶液混合搅拌，碲化镉量子点吸附至金纳米棒和二氧化硅金属介质复合纳米球的表面，制得双模式光学编码探针。实施例I以金纳米棒为SERS增强基底，以5，5_二硫代双(2_硝基苯甲酸)(DTNB)分子为SERS标记物，以碲化镉量子点为荧光材料，制备双模式光学编码探针粒子，制备方法包括如下步骤步骤I.制备原始金纳米棒溶液首先制备金种子，在室温下(即在23 30°C的温度范围内，下文提及室温，与此相同)，将2. 5mL 0. 2M十六烷基三甲基溴化铵(缩写CTAB)溶液与I. 5mL I. OmM四氯金酸溶液混合，剧烈搅拌并加入0. 6mL 0. OlM冰镇的硼氢化钠溶液，2分钟后停止搅拌即得棕黄色的种子溶液。然后配制生长溶液，室温下在50mL 0. 2M CTAB溶液中依次加入如下试剂2 4mL 4mM硝酸银溶液，5mL 15mM四氯金酸溶液，45mL去离子水，缓慢搅拌均匀。随后加入I. 5mL 3mL 0. 08M抗坏血酸至溶液变为无色。最后加入ImL种子溶液，静置l(T20min即得原始金纳米棒溶液。所得金纳米棒尺寸约15nmX45nm。步骤2.制备拉曼分子标记的金纳米棒水溶液取5mL原始金纳米棒溶液以10000rpm, 30分钟离心一次去除过量的反应物。将离心沉淀分散至5mL去离子水中，加入1(T50UL IOmM DTNB乙醇溶液，剧烈搅拌3h以上。步骤3.制备金纳米棒和二氧化硅金属介质复合纳米球溶液将步骤2制备的拉
曼分子标记的金纳米棒水溶液以8000 rpm, 30分钟离心一次,沉淀分散至l 2mL lOmg/mL聚丙烯胺盐酸盐(缩写为“PAH”，分子量15000)水溶液中，缓慢搅拌Ih后以8000 rpm, 30分钟离心一次，沉淀分散至5mL去离子水中。加入f2mL 25mg/mL聚乙烯卩比咯烧酮(缩写为“PVP”，分子量8000)水溶液，缓慢过夜搅拌后以8000 rpm, 30min离心一次，沉淀分散至5mL无水乙醇中。加入30(T500iiL 25%的氨水，15 30 U L正硅酸四乙酯(缩写为“TE0S”)溶液搅拌6h以上，即得金纳米棒和二氧化硅金属介质复合纳米球溶液。离心清洗并收集反应液中的纳米球。最终将该纳米球分散在5mL去离子水中，纳米球的直径约lOOnm。4)制备双模式光学编码探针首先在金纳米棒和二氧化硅金属介质复合纳米球表面修饰氨基使粒子表现为正电性，ImL金纳米棒和二氧化硅金属介质复合纳米球溶液中加A 20^100 UL 10%聚乙烯亚胺(缩写为“PEI”，分子量10000)水溶液并缓慢搅拌lh。以6500 rpm, 10分钟离心清洗3次，最后将氨基化过的金纳米棒和二氧化硅金属介质复合纳米球分散至ImL去离子水中。水相碲化镉量子点配体为巯基乙酸或者巯基丙酸，在水溶液中表现为负电性，将0. 5 ImL碲化镉量子点水溶液与上述ImL氨基修饰的金纳米棒和二氧化硅金属介质复合纳米球溶液混合并缓慢搅拌3h以上，离心清洗去除过量的碲化镉量子点即得同时具有荧光及SERS信号的双模式光学编码探针。该双模式光学编码探针的荧光通过荧光光谱仪探测，激发波长为400 nm。探测SERS光谱时，将该光学编码探针滴于玻璃片上，并固定在共焦拉曼光谱仪上测光谱，激光源为633 nm的氩离子激光器，样品上的照射功率为2. 3 mW，积分时间为60 S。该光学编码探针既有荧光(图2)又有信噪比很高的SERS信号(图3)。通过更换不同发光波长的量子点或者不同的SERS标记分子，即可赋予该探针不同的光学性质，实现荧光与SERS联合编码的功能。该实施例中所得码为(101)。若金属/介质复合纳米粒子表面未吸附碲化镉量子点，则得到(001)码。若金纳米棒表面未连接DTNB，同时金属介质复合纳米粒子表面吸附碲化镉量子点，则得(100)码。实施例2以金纳米棒为SERS增强基底，以4巯基苯甲酸(4MBA)分子为SERS标记物，以碲化镉量子点为荧光材料，制备双模式光学编码探针粒子，该方法包括如下步骤步骤I :制备原始金纳米棒溶液。按照实施例I中的用量与步骤制备原始金纳米棒溶液。步骤2:金纳米棒表面连接4MBA分子。取5mL原始金纳米棒溶液以10000 rpm，30分钟离心一次以去除过量的反应物。将离心沉淀分散至5mL去离子水中，加入10^50 u LIOmM 4MBA乙醇溶液，剧烈搅拌3h以上。[0039]步骤3:连接了 4MBA分子的金纳米棒表面包裹二氧化娃,制备金属介质复合纳米球溶液。将步骤2制备的溶液以8000 rpm，30分钟离心一次，沉淀分散至f2mL 10mg/mLPAH水溶液中，缓慢搅拌Ih后以8000 rpm, 30分钟离心一次，沉淀分散至5mL去离子水中。加入I 2mL 25mg/mL PVP水溶液，缓慢过夜搅拌后以8000 rpm，30min离心一次，沉淀分散至5mL无水乙醇中。加入30(T500iiL 25%的氨水，15 30 u L TEOS溶液搅拌6h以上即得金属介质复合纳米球，离心清洗并收集反应液中的纳米球。最终将该纳米球分散在5mL去离子水中，纳米球直径约lOOnm。4)金属介质复合纳米粒子表面静电吸附締化镉量子点。ImL金属介质复合纳米球水溶液中加入20 100 u L 10% PEI水溶液并缓慢搅拌lh。以6500 rpm, 10分钟离心清洗3次，最后将氨基化过的金属介质复合纳米球分散至ImL去离子水中。将0.5 lmL碲化镉量子点水溶液与上述ImL氨基修饰的金属介质复合纳米球溶液混合并缓慢搅拌3h以上，离心清洗去除过量的碲化镉量子点即得同时具有荧光及SERS信号的双模式光学编码探针。该探针的荧光信号见图2，SERS信号见图4。该双模式光学编码探针的荧光通过荧光光谱仪探测，激发波长为400 nm。探测SERS光谱时，将该光学编码探针滴于玻璃片上， 并固定在共焦拉曼光谱仪上测光谱，激光源为633 nm的氩离子激光器，样品上的照射功率为2. 3 mW,积分时间为60 S。该实施例中所得码为(110)。若金属介质复合纳米球表面未吸附碲化镉量子点，则得到(010)码。若金纳米棒表面未连接4MBA，同时金属介质复合纳米粒子表面吸附碲化镉量子点，则得(100)码。实施例3以金纳米棒为SERS增强基底，以4MBA与DTNB混合物为SERS标记物，以碲化镉量子点为荧光材料，制备双模式光学编码探针粒子，该方法包括如下步骤步骤I :制备原始金纳米棒溶液。按照实施例I中的用量与步骤制备原始金纳米棒溶液。步骤2 :金纳米棒表面连接4MBA和DTNB两种分子。取5mL原始金纳米棒溶液以10000 rpm, 30分钟离心一次去除过量的反应物。将离心沉淀分散至5mL去离子水中，加入10 50 ii L含5mM 4MBA与5mM DTNB的乙醇溶液，剧烈搅拌3h以上。步骤3 :连接了拉曼分子的金纳米棒表面包裹二氧化娃制备金属介质复合纳米粒子。将步骤2制备的溶液以8000 rpm，30分钟离心一次，沉淀分散至I 2mL 10mg/mL PAH水溶液中，缓慢搅拌Ih后以8000 rpm, 30分钟离心一次，沉淀分散至5mL去离子水中。加入I 2mL 25mg/mL PVP水溶液，缓慢过夜搅拌后以8000 rpm，30min离心一次，沉淀分散至5mL无水乙醇中。加入30(T500iiL 25%的氨水，15 30 u L TEOS溶液搅拌6h以上即得金属介质复合纳米球，离心清洗并收集反应液中的纳米球。最终将该纳米球分散在5mL去离子水中，纳米球直径约lOOnm。步骤4 :金属介质复合纳米粒子表面静电吸附締化镉量子点。ImL金属介质复合纳米粒子水溶液中加入20 100 u L 10% PEI水溶液并缓慢搅拌lh。以6500 rpm, 10分钟离心清洗3次，最后将氨基化过的金属介质复合纳米粒子分散至ImL去离子水中。将0. 5^1mL碲化镉量子点水溶液与上述ImL氨基化修饰的金属介质复合纳米球溶液混合并缓慢搅拌3h以上，离心清洗去除过量的碲化镉量子点即得同时具有荧光及SERS信号的双模式光学编码探针。[0048]该探针荧光信号见图2，SERS信号见图5。该双模式光学编码探针的荧光通过荧光光谱仪探测，激发波长为400 nm。探测SERS光谱时，将该光学编码探针滴于玻璃片上，并固定在共焦拉曼光谱仪上测光谱，激光源为633 nm的氩离子激光器，样品上的照射功率为2. 3 mW,积分时间为60 S。该实施例中所得码为(111)。若金属介质复合纳米球表面未吸附碲化镉量子点，则得到(011)码。从图2至图5的谱线中可以看出信号绝对强度数值很大、谱线很平滑、信噪比很高，该结构的探针具有信号强的特征。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种双模式光学编码探针，其特征在于，该探针采用三层核壳结构，第一层核(I)为金纳米棒，第二层壳(3)为二氧化硅，第三层壳(4)为碲化镉量子点，第二层壳(3)包裹在第一层核(I)的外侧，第三层壳(4)贴覆在第二层壳(3)的外侧,第一层核(I)的外表面贴覆有拉曼分子(2 )，且拉曼分子(2 )被第二层壳(3 )包裹。
2.按照权利要求I所述的双模式光学编码探针，其特征在于，所述的拉曼分子(2)贴覆整个第一层核(I)的外表面。
3.按照权利要求I所述的双模式光学编码探针，其特征在于，所述的碲化镉量子点贴覆整个第二层壳(3)的外表面。
4.按照权利要求I所述的双模式光学编码探针，其特征在于，所述的碲化镉量子点的直径大小有两种或两种以上。
专利摘要本实用新型公开了一种双模式光学编码探针，该探针采用三层核壳结构，第一层核为金纳米棒，第二层壳为二氧化硅，第三层壳为碲化镉量子点，第二层壳包裹在第一层核的外侧，第三层壳贴覆在第二层壳的外侧，第一层核的外表面贴覆有拉曼分子，且拉曼分子被第二层壳包裹。该双模式光学编码探针具备荧光与SERS联合编码的能力，加强了光学编码能力。
文档编号C09K11/02GK202499839SQ20122001159
公开日2012年10月24日 申请日期2012年1月12日 优先权日2012年1月12日
发明者宗慎飞, 崔一平, 王著元, 钟嫄 申请人:东南大学