专利名称：一种碳纳米管拉曼探针的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种功能化碳纳米管拉曼探针的制备方法，具体是将具有拉曼增强效应及良好生物相容性的金颗粒包覆在碳纳米管表面，再在其表面修饰上介孔氧化硅球，属于纳米复合材料制备的技术领域。
背景技术：
表面增强拉曼散射技术为生命科学及单分子水平上研究生命活动的规律、疾病的发生与发展、药物与机体的相互作用等方面提供一个很好的分析和检测的手段。依据是否利用拉曼标记分子，可分为非标记直接检测和拉曼标记的间接检测。非标记方法得到的是待测物质本身的拉曼光谱，主要用于蛋白质结构，而拉曼标记方法是通过标记分子的拉曼光谱间接地检测出蛋白质与其配体间的相互作用。尽管目前已有许多高灵敏度的拉曼探针的报道，但具有良好稳定性和生物兼容性的探针却不多见。人们常常用具有拉曼散射活性的染料分子修饰于纳米金或银颗粒表面做探针，但这类探针散射截面积小，拉曼特征峰低， 以至于检测结果不能定量，灵敏度仅达到nM级，甚至达不到荧光标记法的灵敏度(Z. Chen,
S.M Tabakman, A. P. Goodwin, et al. Nature Biotechnology, 2008, 26 :1285-1292)。碳纳米管由于具有独特的一维纳米结构、优良的导电性能，强而单一的拉曼散射信号、以及比其他有机分子更强的化学稳定性，是良好的拉曼探针。然而碳纳米管表面没有活性键和基团， 又不溶于水和有机溶剂，所以必需对其进行化学修饰。金纳米粒子具有小尺寸效应、良好的稳定性、光学效应以及特殊的生物亲和效应，在催化、非线性光学、生物传感以及DNA测序等领域有广泛的应用前景，故将金纳米粒子组装于碳纳米管的外壁或将其填充入碳纳米管管内进行了广泛的研究 (N. Chopra, M. Majumder, B. J. Hinds. Adv. Func. Mater. , 2005,15 (5) :858-864 ；A. V. Ellis, K.Vijayamohanan, R. Goswami, et al. Nano. Lett. ,2003, 3(3) :279-282 ;Linqin Jiang, Lian Gao. Carbon，2003，41 (15)，2923-2929)。介孔氧化硅由于具有极高比表面积、规则有序的孔道结构、集中的孔径分布，特别是在水溶液中具有极好的分散性能、优良的生物相容性以及较高的吸附容量，将介孔氧化硅修饰在碳纳米管表面可以解决碳纳米管在各方面应用中所遇的问题(张磊，乔世璋，阎子峰等，中国科学，2008，53 (17) :2014 2018)。虽然有很多关于纳米金修饰碳纳米管、及氧化硅修饰碳纳米管的报道，但目前尚没有关于介孔氧化硅、纳米金同时修饰碳纳米管的复合材料制备的报道。本发明选用新的修饰剂将纳米金组装到碳纳米管表面以增强拉曼信号，再在其表面进一步修饰上介孔硅球以增大探针对检测物的吸附量。
发明内容
本发明提供了一种碳纳米管拉曼探针的制备方法。主要特征是以月桂酸硫脲咪唑啉季铵盐(SUDEI)为修饰剂先在碳纳米管表面包覆一层纳米金颗粒，再用粒径在40 120nm、孔径为2. 5 6nm的介孔氧化硅球对其进行进一步的修饰，形成珠串状结构。所得的功能化碳纳米管探针亲水性强，稳定性好，具有生物相容性。本发明制备方法的技术方案如下(I)MWNT的处理及截短将I. Og的多壁碳纳米管和IOOmL浓HNO3W入四口烧瓶中，超声分散20min后，在 140°C硅油中回流8h。随后自然冷却至室温。产物用去离子水洗涤至中性,烘干备用。取O. Olg酸处理后的多壁碳纳米管，在4. OOg(NH4)2S2O8与96%mH2S04 50ml的混合溶液中超声分散8h。用去离子水稀释后，砂芯漏斗抽滤并洗涤2 3遍，烘干备用。(2) SUDEI 修饰 MWNTs将50mg SUDEI溶于25mL超纯水中，随后加入50mg酸化处理的MWNTs，超声分散 20min后，用搅拌器搅拌4h，洗涤并抽滤，真空干燥或60°C下烘干12h，备用。 ⑶Au修饰的MWNTs的制备取浓度为lmg/mL的氯金酸5mL加入41. 5mL的超纯水，在冰水浴条件下搅拌加入 IOmM冰硼氢化钠溶液3. 5mL, IOmin后加入IOmg SUDEI/MWNTs，超声分散20min，再继续搅拌 4h，离心分离后加4ml超纯水静置保存。(4)介孔SiO2包覆Au修饰MWNTs的制备首先，将O. 05g CTAB与15mL超纯水加入三口烧瓶中，在60°C条件下搅拌至溶解完全。其次，分别依次加入4mL SUDEI/MWNTiAu, 12. 6g正辛烷，O. Olg L-赖氨酸，及O. 2gTE0S。 在60°C下反应3h后静置12h。醇洗3遍离心即可。本发明提供的功能化碳纳米管拉曼探针的特点是(I)探针亲水性好，在水溶液中容易分散(2)所得的探针具有增强拉曼信号的作用(3)本发明的制备方法同样适用于单壁碳纳米管
图I本发明提供的制备功能化碳纳米管拉曼探针的工艺流程图2所得的Au修饰多壁碳纳米管的透射电镜照片
图3介孔Si02包覆Au修饰MWNTs的投射电镜照片图4介孔Si02包覆Au修饰MWNTs的扫描电镜照片图5功能化碳纳米管拉曼探针的拉曼光谱图
具体实施例方式实施例I(I)将I. Og的多壁碳纳米管和IOOmL浓HNO3W入四口烧瓶中，超声分散20min后， 在140°C硅油中回流8h。随后自然冷却至室温。产物用去离子水洗涤至中性,烘干备用。(2)将50mg SUDEI溶于25mL超纯水中，加入50mg酸化处理的MWNTs，先用搅拌器搅拌4h，再超声20min，抽滤并干燥，产品备用。(3)取浓度为lmg/mL的氯金酸5ml加入41. 5mL的超纯水，在冰水浴搅拌中加入 IOmM冰硼氢化钠溶液3. 5mL, IOmin后加入IOmg SUDEI/MWNTs，超声20min，室温下搅拌4h， 离心后加4ml超纯水静置保存。实验结果如图2所示。由图可见，碳纳米管的外表面包裹上了一层纳米金颗粒，金的粒径比较均匀，尺寸大约在IOnm左右。(4)将O. 05g CTAB加入15mL超纯水在60°C搅拌至溶解完全。其次，分别依次加 Λ 4ml SUDEI/MWNT(gAu，12·6g正辛烷，0·01g L-赖氨酸，及 O. 2g TEOS0 在 60°C下反应 3h 后静置12h。醇洗三遍后离心分离即可。典型结果见图3和4。由扫描电镜及透射电镜的结果清晰可见，IOOnm左右的氧化硅球镶嵌于Au修饰的碳纳米管表面，形成珠串状的结构， 透射电镜的结果证实了氧化硅内部具有孔道结构。实施例2本实施例是在实施例I中的基础上改变修饰剂SUDEI的浓度。(I)将I. Og的多壁碳纳米管和IOOmL浓HNO3W入四口烧瓶中，超声分散20min后， 在140°C硅油中回流8h。随后自然冷却至室温。产物用去离子水洗涤至中性,烘干备用。(2)将25mg SUDEI溶于25mL超纯水中，加入50mg酸化处理的MWNTs，先用搅拌器搅拌4h，超声20min，抽滤并干燥，产品备用。(3)取浓度为lmg/mL的氯金酸5mL加入41. 5mL的超纯水，在冰水浴搅拌中加入 IOmM冰硼氢化钠溶液3. 5mL, IOmin后加入IOmg SUDEI/MWNTs，超声20min，室温下搅拌4h， 离心后加4ml超纯水静置保存。(4)将O. 05g CTAB加入15mL超纯水在60°C搅拌至溶解完全。其次，分别依次加 Λ 4ml SUDEI/MWNT(gAu，12·6g正辛烷，0·01g L-赖氨酸，及 O. 2g TEOS0 在 60°C下反应 3h 后静置12h。醇洗三遍后离心分离即可。实施例3本实施例是在实施例I中的基础上改变CTAB的量。按实施例I的工艺过程制备纳米Au修饰的碳纳米管，离心洗涤后加4mL超纯水静置保存。随后，将O. Ig CTAB加入15mL超纯水在60°C搅拌至溶解完全。其次，分别依次加入 4mL SUDEI/MWNT(gAu，12·6g正辛烷，0·01g L-赖氨酸，及 O. 2g TEOS0 在 60°C下反应 3h 后静置12h。。醇洗三遍后离心分离即可。实施例4本实施例是在实施例I中的基础上改变正辛烷与水的比例。按实施例I的工艺过程制备纳米Au修饰的碳纳米管，离心洗涤后加4mL超纯水静置保存。随后，将0.05g CTAB加入15mL超纯水在60°C搅拌至溶解完全。其次，分别依次加入 4mL SUDEI/MWNT(Mu，0·71g正辛烷，0·01g L-赖氨酸，及 O. 2g TEOS0 在 60°C下反应 3h 后静置12h。醇洗三遍后离心分离即可。实施例5本实施例是以对巯基苯胺(4-ATP)为分析物，考察实施例I中的碳纳米管探针对它的吸附性质并测试其拉曼光谱(633nm的红光激发，功率17mW)。将实施例I中的样品5毫克加至IJ 2mL对巯基苯胺中(O. 025M)，震荡15min 6h， 然后离心分离，所得沉淀真空干燥后用于拉曼测试，每个样品在不同位置进行测量，典型的测试结果如图5所示。由图可见，碳纳米管经Au及介孔氧化硅修饰后，依然具有碳纳米管明显的特征拉曼峰，1580CHT1为MWNT的石墨峰，1350cm_1对应于MWNT的缺陷峰。除此之外， 样品中某些位置的光谱在1078CHT1及1610CHT1处出现了峰，他们分别对应于对巯基苯胺的 C-S键、C-C键的振动，这也证明了所制备的碳纳米管拉曼探针具有较好的吸附性能。
权利要求
1.一种碳纳米管拉曼探针的制备方法，其特征在于先在多壁碳纳米管(MWNTs)表面修饰纳米金，再用粒径为50 IOOnm的介孔氧化硅球对其进行进一步的修饰，形成珠串状的结构。
2.按权利要求I所述的一种碳纳米管拉曼探针的制备方法，其特征在于碳纳米管经酸处理后，用月桂酸硫脲咪唑啉季铵盐(SUDEI)进行表面修饰，然后在碳纳米管表面原位包覆上一层纳米金颗粒。
3.按权利要求2所述的一种纳米金颗粒修饰碳纳米管的制备方法，其特征在于利用月桂酸硫脲咪唑啉季铵盐表面的羰基硫键与金的配位作用使纳米金附着在碳纳米管表面。 SUDEI修饰碳纳米管的具体工艺过程是一定量的碳纳米管加入10% 60%的SUDEI水溶液中，超声分散15min 30min后,室温下搅拌2 4h,所得分散液用沙芯漏斗过滤(用O.22 μ微孔滤膜)80°C干燥后用玛瑙研钵研磨，得到SUDEI修饰的MWNTs。SUDEI表面有大量的羰基硫键，它极易与金配位。
4.按权利要求2所述的一种纳米金颗粒修饰碳纳米管的制备方法，其具体工艺是取浓度为lmg/mL的氯金酸5mL加入41. 5mL的超纯水,在冰水浴条件下搅拌加入IOmM冰硼氢化钠溶液3. 5mL。IOmin后加入IOmg SUDEI/MWNTs，先超声分散20min，再在室温条件下搅拌4h，然后离心分离，去除上清液，加4mL超纯水静置保存。
5.按权利要求I所述的一种碳纳米管拉曼探针的制备方法，其特征在于将纳米金修饰的碳纳米管加入到制备介孔氧化硅球的反应体系中，介孔氧化硅在其表面原位成核，最后长成40 120nm介孔球,形成珠串状结构,介孔娃的孔径在2. 5 6nm可调控。
6.按权利要求5所述的一种碳纳米管拉曼探针的制备方法，其特征在于所述的介孔氧化硅球为自制。碳纳米管拉曼探针的具体工艺为将十六烷基三甲基溴化铵(CTAB) 加入到15mL超纯水中搅拌至溶解完全，配制成O. 3 % O. 6 %的水溶液。然后，依次加入 4mLSUDEI/MWNT@Au，0. 7 12. 6g 正辛烷，O. Olg L-赖氨酸，及 O. 2g TEOS0 H20/TE0S/ L-Iysine质量比维持在30 I 0.02。在60°C下反应3h后静置12h。经醇洗、干燥后即可得到功能化碳纳米管拉曼探针。
全文摘要
本发明提供了一种功能化碳纳米管拉曼探针的制备方法。主要特征是以月桂酸硫脲咪唑啉季铵盐(SUDEI)为修饰剂先在碳纳米管表面包覆一层纳米金颗粒，再用粒径在40～120nm、孔径为2.5～6nm的介孔氧化硅球对其进行进一步的修饰，形成珠串状结构。所得的功能化碳纳米管探针亲水性强，稳定性好，具有生物相容性。
文档编号G01N21/65GK102608096SQ20121001134
公开日2012年7月25日 申请日期2012年1月6日 优先权日2012年1月6日
发明者于薛刚, 单妍, 汪洋, 陈克正 申请人:青岛科技大学