可控粒徑高吸光強(qiáng)度多枝狀膠體金納米粒子的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及納米材料開發(fā)與應(yīng)用領(lǐng)域中貴金屬納米粒子的開發(fā)，具體是涉及一種通過膠體金種子介導(dǎo)生長合成不同粒徑大小，高吸光強(qiáng)度的多枝狀膠體金納米粒子的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]膠體金(colloid gold)也稱納米金(nanogold)，是指分散相粒子直徑在l_150nm之間的金溶膠，屬多相不均勻體系。膠體金顆粒由一個基礎(chǔ)金核(Au原子)和包圍在外的雙離子層構(gòu)成，如圖1所示，緊連在金核表面的是內(nèi)層負(fù)離子，外層離子層則分散在膠體溶液中，以維持膠體金游離于溶膠間的懸液狀態(tài)。膠體金溶液顏色取決于納米金的顆粒大小、顆粒形狀以及溶液中金顆粒單分散性等。在球狀或橢球狀金顆粒中，最小的膠體金(2?5nm)是橙黃色的，中等大小的膠體金(10?20nm)是酒紅色的，較大顆粒的膠體金(30?80nm)貝1J是紫紅色的。一些顆粒形狀不規(guī)則的膠體金粒子則呈現(xiàn)出紫色、藍(lán)色以及藍(lán)紫色等。膠體金具備一系列獨(dú)特的光電學(xué)特性，如(1)靜電相互排斥所帶來極強(qiáng)的的化學(xué)和機(jī)械穩(wěn)定性；
[2]顯著的光電學(xué)物理特性；(3)易于表面功能化；(4)表面等離子共振效應(yīng)；(5)特殊的催化活性；(6)無毒性、生物兼容性；(7)抗氧化、可結(jié)晶；(8)易合成且形態(tài)可控；(9)良好的粒子分散性等。其中，強(qiáng)穩(wěn)定性及顯著的光電學(xué)特性是膠體金最重要的性質(zhì)。另外，膠體金的性質(zhì)在很大程度上易受到外界條件的影響，比如顆粒大小、形狀、溶液pH值以及表面形態(tài)等發(fā)生變化時均會導(dǎo)致其性質(zhì)的改變。近年以來，膠體金的特性得到廣大科研工作者們深入的研究，同時也嘗試著開拓新的方法來提高納米金的特性。
[0003]膠體金在免疫化學(xué)中的應(yīng)用又被稱為免疫金(immunogold)。膠體金標(biāo)記(Immunogold labeling)實(shí)質(zhì)上是抗體蛋白質(zhì)等高分子被吸附到膠體金顆粒表面的包被過程，吸附機(jī)理可能是:(1)金顆粒表面帶負(fù)電荷，蛋白質(zhì)表面帶正電荷，兩者靠靜電引力相互吸引，達(dá)到范德華力范圍內(nèi)即形成牢固的結(jié)合；(2)蛋白通過某些氨基酸殘基包括色氨酸與金粒子表面的疏水吸附作用；(3)蛋白中的半胱氨酸的巰基與金粒子之間通過配位鍵共價結(jié)合。免疫金標(biāo)記技術(shù)(Immunogold labeling technique)主要利用了金顆粒具有高電子密度的特性，在金標(biāo)蛋白結(jié)合處，顯微鏡下可見黑褐色顆粒，當(dāng)這些標(biāo)記物在相應(yīng)的配體處大量聚集時，會出現(xiàn)肉眼明顯可見紅色或粉紅色斑點(diǎn)，因而可用于定性或半定量的快速免疫檢測，這一反應(yīng)也可以通過銀顆粒的沉積被放大，稱之為免疫金銀染色。目前電鏡水平的免疫金染色(IGS)，光鏡水平的免疫金銀染色(IGSS)，以及肉眼水平的斑點(diǎn)免疫金染色技術(shù)日益成為科學(xué)研究和臨床診斷的有力工具。此外，膠體金在流式細(xì)胞儀，免疫印跡技術(shù)，免疫層析快速診斷技術(shù)中也有很廣泛的應(yīng)用，可以預(yù)見，隨著納米技術(shù)的不斷發(fā)展，膠體金必將越來越受到相關(guān)研究領(lǐng)域的重視。
[0004]眾所周知，膠體金獨(dú)特的的光電學(xué)特性不僅取決于其顆粒尺寸的大小，而且也與其顆粒形狀以及溶液中金粒子濃度密切相關(guān)。伴隨著金納米粒子形狀的變化，其自身的各種理化特性如表面等離子共振吸收峰(surface plasmon resonance absorpt1n band，SPR)及摩爾消光系數(shù)(extinct1n coefficient)也相應(yīng)發(fā)生很大的變化。研究表明，與常規(guī)球狀納米金(顆粒直徑約為20-40nm)相比，多枝狀納米金具備一系列獨(dú)特的優(yōu)勢，如多枝狀納米金的表面等離子共振吸收峰(Amax)會出現(xiàn)明顯紅移、同時具有更高的摩爾消光系數(shù)、更強(qiáng)的表面增強(qiáng)拉曼散射(surface enhance Raman scattering，SERS)活性以及更為顯著的表面等離子共振效應(yīng)，致使這種現(xiàn)象出現(xiàn)的主要原因是因?yàn)樵诙嘀罴{米金顆粒表面的刺突上分布著更強(qiáng)的局域電磁場。季艷偉等科研人員利用種子生長法制備粒徑為75nm的多枝狀膠體金納米顆粒，用其作為標(biāo)記探針構(gòu)建多枝狀膠體金免疫層析試紙條實(shí)現(xiàn)對大米等農(nóng)作物中黃曲霉毒素(AFB1)的定量檢測。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與常規(guī)球狀納米金免疫層析試紙條相比，在檢測靈敏度方面，多枝狀膠體金免疫層析試紙取得超過10倍的提高?，F(xiàn)有種子介導(dǎo)生長法制備了多枝狀膠體金納米顆粒。首先利用檸檬酸三鈉還原法合成膠體金種子溶液，然后以膠體金種子為核，通過核表面各向異性生長即金原子選擇性的在膠體金種子表面沉積，形成多枝狀膠體金納米顆粒。此法的不足之處在于其合成的多枝狀膠體金溶液中金顆粒濃度較低，溶液自身的吸光強(qiáng)度很弱，導(dǎo)致的結(jié)果是在使用的過程中首先要對膠體金溶液進(jìn)行濃縮處理以提高其吸光強(qiáng)度，溶液前處理過程不僅增大了工作量，而且大大的浪費(fèi)了人力、物力和財力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種比現(xiàn)有方法更為簡單、反應(yīng)更為迅速、可控性更好、重復(fù)性更高的通過膠體金種子介導(dǎo)生長合成不同粒徑大小，高吸光強(qiáng)度的多枝狀膠體金納米粒子的方法。
[0006]具體來說本發(fā)明的技術(shù)方案包含下列步驟:
[0007]可控粒徑高吸光強(qiáng)度多枝狀膠體金納米粒子，其合成方法包括如下步驟:(1)圓球狀膠體金種子溶液的合成:采用經(jīng)典的檸檬酸三鈉還原法，準(zhǔn)確移取lmL 1%HAuC14溶液至盛有99mL超純水的錐形瓶中，磁力攪拌器上緩慢攪拌加熱至沸騰，此時加快轉(zhuǎn)速并且迅速一次性加入2.7mL l%Na3C6H507溶液，繼續(xù)沸騰15min，待溶液顏色變?yōu)榫萍t色并且不再發(fā)生變化，停止加熱，勻速攪拌冷卻至室溫，即得到粒徑為18± 2nm的圓球狀膠體金種子溶液即圓球狀膠體金種子溶液；
[0008](2)粒徑大小為33±3nm高吸光強(qiáng)度多枝狀膠體金納米顆粒的制備:準(zhǔn)確移取上述圓球狀膠體金種子溶液9mL至生長液中，該生長液由超純水100mL、1 %HAuCl4溶液1.2mL、1 %Na3C6H507溶液2.64mL組成;磁力攪拌器上緩慢攪拌，混勻后加熱至50°C，此時加快轉(zhuǎn)速，同時迅速一次性加入30mmol/L對苯二酚溶液24mL，溶液溫度維持50°C，繼續(xù)反應(yīng)lOmin，停止加熱，冷卻至室溫即得到粒徑大小為33±3nm高吸光強(qiáng)度多枝狀膠體金納米顆粒溶液，4°C保存?zhèn)溆谩?br>[0009]粒徑大小為68±2nm高吸光強(qiáng)度多枝狀膠體金納米顆粒的制備:首先用移液槍準(zhǔn)確移取上述圓球狀膠體金種子溶液6mL至生長液中，該生長液由超純水100mL、1 %HAuCl4溶液1.2mL、1 %Na3C6H507溶液2.64mL組成;磁力攪拌器上緩慢攪拌，混勻后加熱至50°C，此時加快轉(zhuǎn)速，同時迅速一次性加入30mmo 1/L對苯二酚溶液24mL，溶液溫度維持50°C，繼續(xù)反應(yīng)lOmin，停止加熱，冷卻至室溫即得到粒徑大小為68±2nm高吸光強(qiáng)度的多枝狀膠體金溶液。
[0010]粒徑大小為88±4nm高吸光強(qiáng)度多枝狀膠體金納米顆粒的制備:首先用移液槍準(zhǔn)確移取上述圓球狀膠體金種子溶液6mL至生長液中，該生長液由超純水lOOmL、1 %HAuCl4溶液1.2mL、1 %Na3C6H507溶液2.64mL組成;磁力攪拌器上緩慢攪拌，混勻后加熱至50°C，此時加快轉(zhuǎn)速，同時迅速一次性加入30mmo 1/L對苯二酚溶液24mL，溶液溫度維持50°C，繼續(xù)反應(yīng)lOmin，停止加熱，冷卻至室溫即得到粒徑大小為88±4nm，高吸光強(qiáng)度多枝狀膠體金納米顆粒溶液。
[0011 ]此處所指室溫一般指0-35°C。
[0012]本發(fā)明還涉及上述高吸光強(qiáng)度的多枝狀膠體金納米粒子在免疫層析試紙條分析檢測中的應(yīng)用，將上述多枝狀膠體金納米粒子與抗體通過靜電吸附、疏水作用或范德華力進(jìn)行偶聯(lián)制備金標(biāo)抗體納米探針，然后通過免疫學(xué)中抗原與抗體的特異性反應(yīng)實(shí)現(xiàn)對待檢物質(zhì)的檢測。
[0013]發(fā)明人分別用檸檬酸三鈉還原法和種子介導(dǎo)生長法合成了球狀膠體金，短刺突多枝狀膠體金和長刺突多枝狀膠體金納米粒子，其粒子粒徑均為30-40nm，將其用作標(biāo)記探針分別構(gòu)建了球狀納米金免疫層析試紙條、短刺突多枝狀膠體金免疫層析試紙條和長刺突多枝狀膠體金免疫層析試紙條，選擇赭曲霉毒素(0ΤΑ)為目標(biāo)分子，利用競爭免疫學(xué)模式實(shí)現(xiàn)對0ΤΑ的快速定量檢測。實(shí)驗(yàn)結(jié)果同樣表明，較球狀納米金免疫層析試紙條而言，無論是在檢測靈敏度方面，還是在單張?jiān)嚰垪l所需抗體等材料消耗方面，多枝狀膠體金免疫層析試紙條都展現(xiàn)出十分顯著的優(yōu)越性。一方面，多枝狀膠體金免疫層析試紙條提高了超過4倍的靈敏度；另一方面，多枝狀膠體金免疫層析試紙條的單張?jiān)嚰垪l抗體消耗量僅為球狀膠體金免疫層析試紙條的20%左右，極大的節(jié)省了材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還顯示，在免疫層