專利名稱：一種拉曼編碼微球及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米材料科學(xué)和激光拉曼檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種拉曼編碼微球及其制備方法。
背景技術(shù)：
表面增強(qiáng)拉曼散射(SERS)是一種具有高靈敏度的指紋光譜技術(shù)，可以從分子水平上識(shí)別和檢測(cè)吸附在納米結(jié)構(gòu)表面的物種，其增強(qiáng)能力可以達(dá)到1014-1015。SERS技術(shù)不受水環(huán)境的干擾，也不會(huì)發(fā)生光漂白及自猝滅等現(xiàn)象，不同形貌和尺寸的的SERS活性襯底已被廣泛應(yīng)用于生物種的檢測(cè)與成像研究。最簡(jiǎn)單的方式就是利用待測(cè)分子本身振動(dòng)信號(hào)的增強(qiáng)來進(jìn)行免標(biāo)記的檢測(cè)，但在某些情況下，也需要在檢測(cè)系統(tǒng)中引入一個(gè)SERS活性標(biāo)記或報(bào)告基團(tuán)，從而產(chǎn)生出更強(qiáng)的、易于檢測(cè)的拉曼信號(hào)。目前，這種SERS納米標(biāo)簽的制備主要有三種方式(1)將拉曼活性物質(zhì)直接吸附在貴金屬納米結(jié)構(gòu)表面(Science, 2002, 297 :1536 1540.) ； (2)用氧化硅或聚合物進(jìn)一步包被金屬納米標(biāo)記物(Anal. Chem. 2003,75 :6171 6176.) ； (3)利用“熱點(diǎn)”效應(yīng)，制備納米聚集體的SERS標(biāo)簽(Nano Lett. 2007,7 :351 356.)。由于納米聚集體高的電磁場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)，更易實(shí)現(xiàn)對(duì)痕量物種的超靈敏檢測(cè)。然而，這種納米聚集體的SERS標(biāo)簽并沒有發(fā)展成為生物或化學(xué)定量分析的一個(gè)重要工具，其中的一個(gè)主要原因是聚集體的形狀、尺寸和聚集狀態(tài)不均一，這將導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果出現(xiàn)不確定性。所以納米聚集體結(jié)構(gòu)的可控合成以及穩(wěn)定性一直是制約其在SERS標(biāo)記中應(yīng)用的關(guān)鍵問題。層層自組裝技術(shù)是基于聚電解質(zhì)陰陽離子所帶正負(fù)電荷間相互作用的一種自組裝超分子技術(shù)。該技術(shù)的主要特點(diǎn)是通過簡(jiǎn)單的交替沉積過程可在納米尺度上精確控制組裝分子的結(jié)構(gòu)與功能。這一特性可以用于設(shè)計(jì)含金屬納米結(jié)構(gòu)的SERS活性襯底。目前，這種層層自組裝納米結(jié)構(gòu)在SERS標(biāo)簽設(shè)計(jì)方面還未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種操作簡(jiǎn)單、拉曼信號(hào)強(qiáng)、重現(xiàn)性好、尺寸均一的拉曼編碼微球及其制備方法。本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案本發(fā)明拉曼編碼微球的特點(diǎn)在于所述拉曼編碼微球是通過層層自組裝的方法在內(nèi)核納米粒子的表面包覆多層金屬納米粒子并以拉曼活性物質(zhì)標(biāo)記得到的。本發(fā)明拉曼編碼微球的特點(diǎn)也在于所述內(nèi)核納米粒子為二氧化硅納米粒子、聚合物納米粒子或磁性納米粒子，粒徑為100-800nm。本發(fā)明拉曼編碼微球的特點(diǎn)也在于所述金屬納米粒子為金納米粒子、銀納米粒子或銅納米粒子等具有顯著等離子體共振性質(zhì)的金屬納米粒子，粒徑為5-15nm。本發(fā)明拉曼編碼微球的特點(diǎn)也在于所述拉曼活性物質(zhì)為含有芳環(huán)、雜環(huán)、氨基、 羧酸基、磷原子或硫原子等具有拉曼活性的物質(zhì)。
本發(fā)明拉曼編碼微球的制備方法的特點(diǎn)在于包括以下步驟a、將0. 2g內(nèi)核納米粒子加入到50mL 2mg/mL的聚電解質(zhì)溶液中，室溫下攪拌30 分鐘，離心、洗滌后得到聚電解質(zhì)修飾的納米粒子，將所述聚電解質(zhì)修飾的納米粒子分散到 50mL金屬納米粒子溶膠中，室溫下攪拌30分鐘得到單層金屬納米粒子包覆的核殼納米粒子，將所述單層金屬納米粒子包覆的核殼納米粒子重復(fù)依次加入聚電解質(zhì)溶液和金屬納米粒子溶膠中，得到多層金屬納米粒子包覆的核殼納米微球；所述聚電解質(zhì)溶液中添加NaCl，NaCl的濃度為0. 5M。b、將ImL 5mM的拉曼活性物質(zhì)加入到步驟a得到的多層金屬納米粒子包覆的核殼納米微球中，室溫下攪拌6-12小時(shí)，離心、洗滌后得到拉曼活性物質(zhì)標(biāo)記的核殼納米微球；C、將步驟b得到的拉曼活性物質(zhì)標(biāo)記的核殼納米微球加入到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2. 5%的戊二醛溶液中，反應(yīng)1小時(shí)后用超純水洗滌，得到封裝的拉曼活性物質(zhì)標(biāo)記的核殼納米微球，分散于超純水中，備用。本發(fā)明拉曼編碼微球的制備方法的特點(diǎn)也在于所述聚電解質(zhì)為聚乙烯亞胺、聚烯丙基氯化銨、聚二甲基二烯丙基氯化銨、明膠或殼聚糖等含有大量氨基官能團(tuán)的水溶性聚合物。本發(fā)明通過層層自組裝技術(shù)來控制合成聚集狀態(tài)均一、具有高密度SERS“熱點(diǎn)”結(jié)構(gòu)的納米標(biāo)簽。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在1、本發(fā)明的拉曼編碼微球的制備方法及原材料簡(jiǎn)單，且標(biāo)記物拉曼信號(hào)的強(qiáng)度可以通過金屬納米粒子的組裝層數(shù)進(jìn)行調(diào)控。2、本發(fā)明的SERS標(biāo)簽與現(xiàn)有的拉曼標(biāo)記技術(shù)相比，拉曼信號(hào)強(qiáng)、粒子聚集狀態(tài)均
一、拉曼信號(hào)重復(fù)性好。3、本發(fā)明使得SERS技術(shù)應(yīng)用范圍拓寬，可選擇大量不同的拉曼特征振動(dòng)分子作為標(biāo)記物，為真正使SERS這種高靈敏度的檢測(cè)技術(shù)普遍應(yīng)用于生物或化學(xué)定量分析奠定 ■石出。
四

圖1為本發(fā)明制備拉曼編碼微球的流程示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的二氧化硅納米粒子(a)和拉曼編碼微球(b)的透射電子顯微鏡圖(TEM)。從圖2b中可以清楚的看到二氧化硅粒子表面包覆上了一層銀納米聚集體的殼層結(jié)構(gòu)。圖3為本發(fā)明實(shí)施例1對(duì)巰基苯胺標(biāo)記納米粒子的SERS光譜。SERS光譜檢測(cè)的激發(fā)光源波長(zhǎng)是532nm。圖中曲線a代表組裝層數(shù)為1層時(shí)的拉曼光譜，曲線b代表組裝層數(shù)為3層時(shí)的拉曼光譜，曲線c代表組裝層數(shù)為5層時(shí)的拉曼光譜。這一結(jié)果表明拉曼編碼粒子信號(hào)的強(qiáng)度可以通過金屬納米粒子的組裝層數(shù)進(jìn)行調(diào)控。圖4為本發(fā)明實(shí)施例2制備的不同拉曼活性物質(zhì)標(biāo)記納米粒子的SERS光譜。SERS 光譜檢測(cè)的激發(fā)光源波長(zhǎng)是532nm。圖中曲線a、b、C、d、e和f分別代表組裝層數(shù)為5層時(shí) 4-硝基苯硫酚、2-萘硫酚、2-甲氧基苯硫酚、3-甲氧基苯硫酚、對(duì)羧基苯硫酚和對(duì)甲苯硫酚標(biāo)記納米粒子的拉曼光譜。五具體實(shí)施例方式為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，非限定實(shí)施例如下。實(shí)施例1 a、內(nèi)核納米粒子的制備-二氧化硅納米粒子將3. 6mL正硅酸四乙酯和88. ImL乙醇溶液混合，加入到250mL圓底燒瓶中，用磁力攪拌器以500rpm的轉(zhuǎn)速攪拌3分鐘，充分混合均勻，再將11. 9mL氨水迅速的加入到上述反應(yīng)液中，在室溫下反應(yīng)15-18小時(shí)，即得二氧化硅納米粒子。b、金屬納米粒子溶膠的制備-銀納米粒子溶膠取95mL超純水，依次加入ImL 30mM檸檬酸鈉溶液和2mL 5mM硝酸銀溶液，然后迅速注入ImL 50mM硼氫化鈉溶液，室溫下攪拌30秒后，加入ImL 5mg/mL聚乙烯吡咯烷酮，溶液逐漸變?yōu)樯铧S色，即得粒徑為5-15nm的銀納米粒子溶膠。C、核殼納米微球的制備取25mL (0. 2g)步驟a制備的二氧化硅納米粒子，離心并分散于50mL 2mg/mL的聚乙烯亞胺溶液中，聚乙烯亞胺溶液中添加有NaCl，NaCl的濃度為0. 5M，室溫下攪拌30分鐘， 然后離心、洗滌，分散到步驟b制備的銀溶膠中，室溫下攪拌30分鐘得到單層銀納米粒子包覆的二氧化硅納米微球，將得到的單層銀納米粒子包覆的二氧化硅納米微球重復(fù)依次加入聚乙烯亞胺溶液和銀納米粒子溶膠中，交替沉積聚乙烯亞胺和銀溶膠，即得到不同組裝層數(shù)的核殼二氧化硅納米微球。d、拉曼活性物質(zhì)標(biāo)記的核殼納米微球的制備將ImL 5mM的對(duì)巰基苯胺溶液加入到5mg上述核殼納米微球中，室溫下攪拌6小時(shí)，然后離心、洗滌，即制得對(duì)巰基苯胺標(biāo)記的核殼納米微球。e、拉曼活性物質(zhì)的封裝將對(duì)巰基苯胺標(biāo)記的核殼納米微球分散到質(zhì)量濃度2. 5%的戊二醛溶液中，室溫下反應(yīng)1小時(shí)后用超純水洗滌，去除未反應(yīng)的戊二醛，即制得封裝的對(duì)巰基苯胺標(biāo)記的核殼納米微球。本實(shí)施例分別制備組裝層數(shù)為1層、3層和5層的對(duì)巰基苯胺標(biāo)記的核殼二氧化硅納米微球。實(shí)施例2 a、內(nèi)核納米粒子的制備-二氧化硅納米粒子本實(shí)施例中二氧化硅納米粒子的制備方法同實(shí)施例1。b、金屬納米粒子溶膠的制備一銀納米粒子溶膠本實(shí)施例中銀納米粒子溶膠的制備方法同實(shí)施例1。C、核殼納米微球的制備取25mL(0. 2g)步驟a制備的二氧化硅納米粒子，離心并分散于50mL 2mg/mL的聚乙烯亞胺溶液中，聚乙烯亞胺溶液中添加有NaCl，NaCl的濃度為0. 5M，室溫下攪拌30分鐘，然后離心、洗滌，分散到步驟b制備的銀納米粒子溶膠中，室溫下攪拌30分鐘得到單層銀納米粒子包覆的二氧化硅納米微球，將得到的單層銀納米粒子包覆的二氧化硅納米微球重復(fù)依次加入聚乙烯亞胺溶液和銀納米粒子溶膠中，交替沉積聚乙烯亞胺和銀溶膠，重復(fù)4次后即得到組裝層數(shù)為5層的核殼二氧化硅納米微球。d、拉曼活性物質(zhì)標(biāo)記的核殼納米微球的制備將ImL 5mM的4_硝基苯硫酚、2_萘硫酚、2_甲氧基苯硫酚、3_甲氧基苯硫酚、對(duì)羧基苯硫酚和對(duì)甲苯硫酚分別加入到5mg上述核殼二氧化硅納米微球中，室溫下攪拌6小時(shí)， 然后離心、洗滌，即制得不同拉曼活性物質(zhì)標(biāo)記的核殼納米微球。e、拉曼活性物質(zhì)的封裝將步驟d制備的不同拉曼活性物質(zhì)標(biāo)記的核殼納米微球分別分散到質(zhì)量濃度 2. 5%的戊二醛溶液中，室溫下反應(yīng)1小時(shí)后用超純水洗滌，去除未反應(yīng)的戊二醛，即制得封裝的不同拉曼活性物質(zhì)標(biāo)記的組裝層數(shù)為5層的核殼納米微球。實(shí)施例3 a、內(nèi)核納米粒子的制備一聚苯乙烯納米粒子取IOmL純化的苯乙烯，ImL丙烯酸和50mg過硫酸銨加入到90mL去離子水中，在攪拌條件下通氮?dú)?. 5小時(shí)，以便于除去體系中的O2，然后升溫至70。C,反應(yīng)15小時(shí)。待體系溫度降到室溫后，所得產(chǎn)物分別用乙醇、水洗滌三次，得到羧基功能化的聚苯乙烯小球， 分散于水中待用。b、金屬納米粒子溶膠的制備一金納米粒子溶膠將0. 425g氯金酸和250mL超純水加入到500mL圓底燒瓶中，用磁力攪拌器劇烈的攪拌，然后逐滴加入25mL 12. 5mM的硼氫化鈉溶液，室溫下攪拌30秒后，加入2mL 5mg/mL 聚乙烯吡咯烷酮，溶液逐漸變?yōu)榫萍t色，即得直徑約為IOnm的金納米粒子溶膠。C、核殼納米微球的制備取30mL(0. 2g)步驟a制備的聚苯乙烯小球，離心并分散于50mL 2mg/mL的聚乙烯亞胺溶液中，聚乙烯亞胺溶液中含0. 5M的NaCl，室溫下攪拌30分鐘，然后離心、洗滌，分散到步驟b制備的金納米粒子溶膠中，室溫下攪拌30分鐘，得到單層金納米粒子包覆的聚苯乙烯納米微球，然后將單層金納米粒子包覆的聚苯乙烯納米微球分散到50mL 2mg/mL的聚烯丙基氯化銨溶液中，聚烯丙基氯化銨溶液中含0. 5M的NaCl，室溫下攪拌30分鐘，然后離心、洗滌，再分散到步驟b制備的金納米粒子溶膠中，室溫下攪拌30分鐘，得到組裝層數(shù)為2 層的和科納米微球；重復(fù)加入聚烯丙基氯化銨溶液和金納米粒子溶膠中，交替沉積聚烯丙基氯化銨和金溶膠，即得到不同組裝層數(shù)的核殼納米微球。d、拉曼活性物質(zhì)標(biāo)記的核殼納米微球的制備將ImL 5mM的4_硝基苯硫酚、2_萘硫酚、2-甲氧基苯硫酚、3-甲氧基苯硫酚、對(duì)羧基苯硫酚和對(duì)甲苯硫酚分別加入到5mg上述核殼納米微球中，室溫下攪拌6小時(shí)，然后離心、洗滌，即制得不同拉曼活性物質(zhì)標(biāo)記的核殼納米微球。e、拉曼活性物質(zhì)的封裝將步驟d制備的不同拉曼活性物質(zhì)標(biāo)記的核殼納米微球分別分散到質(zhì)量濃度 2. 5%的戊二醛溶液中，室溫下反應(yīng)1小時(shí)后用超純水洗滌，去除未反應(yīng)的戊二醛，即制得封裝的不同拉曼活性物質(zhì)標(biāo)記的核殼納米微球。實(shí)施例4:a、內(nèi)核納米粒子的制備-Fii3O4納米粒子稱取1. 35g FeCl3 · 6H20,依次加入40mL乙二醇、0. 5g聚乙二醇和3. 6g無水醋酸鈉，室溫下攪拌12小時(shí)得到均勻的溶液，然后將其轉(zhuǎn)移到50mL反應(yīng)釜中，在200°C條件下反應(yīng)M小時(shí)即得直徑約為300nm的Fii3O4納米粒子。b、金屬納米粒子溶膠的制備一銀納米粒子溶膠本實(shí)施例中銀納米粒子溶膠的制備方法同實(shí)施例1。C、核殼納米微球的制備取20mL(0. 2g)步驟a制備的!^e3O4納米粒子，離心并分散于50mL 2mg/mL的聚乙烯亞胺溶液中，聚乙烯亞胺溶液中添加有NaCl，NaCl的濃度為0. 5M，室溫下攪拌30分鐘， 然后離心、洗滌，分散到步驟b制備的銀納米粒子溶膠中，室溫下攪拌30分鐘得到單層銀納米粒子包覆的狗304納米微球，將得到的單層銀納米粒子包覆的!^e3O4納米微球重復(fù)依次加入聚乙烯亞胺溶液和銀納米粒子溶膠中，交替沉積聚乙烯亞胺和銀溶膠，即得到不同組裝層數(shù)的核殼狗304納米微球。d、拉曼活性物質(zhì)標(biāo)記的核殼納米微球的制備將ImL 5mM的4_硝基苯硫酚、2_萘硫酚、2_甲氧基苯硫酚、3_甲氧基苯硫酚、對(duì)羧基苯硫酚和對(duì)甲苯硫酚分別加入到5mg上述核殼!^e3O4納米微球中，室溫下攪拌6小時(shí)，然后離心、洗滌，即制得不同拉曼活性物質(zhì)標(biāo)記的核殼納米微球。e、拉曼活性物質(zhì)的封裝將步驟d制備的不同拉曼活性物質(zhì)標(biāo)記的核殼納米微球分別分散到質(zhì)量濃度 2. 5%的戊二醛溶液中，室溫下反應(yīng)1小時(shí)后用超純水洗滌，去除未反應(yīng)的戊二醛，即制得封裝的不同拉曼活性物質(zhì)標(biāo)記的核殼納米微球。
權(quán)利要求
1.一種拉曼編碼微球，其特征在于所述拉曼編碼微球是通過層層自組裝的方法在內(nèi)核納米粒子的表面包覆多層金屬納米粒子并以拉曼活性物質(zhì)標(biāo)記得到的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉曼編碼微球，其特征在于所述內(nèi)核納米粒子為二氧化硅納米粒子、聚合物納米粒子或磁性納米粒子，粒徑為100-800nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉曼編碼微球，其特征在于所述金屬納米粒子為金納米粒子、銀納米粒子或銅納米粒子，粒徑為5-15nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉曼編碼微球，其特征在于所述拉曼活性物質(zhì)為含有芳環(huán)、 雜環(huán)、氨基、羧酸基、磷原子或硫原子的物質(zhì)。
5.一種如權(quán)利要求1、2、3或4所述的拉曼編碼微球的制備方法，其特征在于包括以下步驟a、將0.2g內(nèi)核納米粒子加入到50mL 2mg/mL的聚電解質(zhì)溶液中，室溫下攪拌30分鐘， 離心、洗滌后得到聚電解質(zhì)修飾的納米粒子，將所述聚電解質(zhì)修飾的納米粒子分散到50mL 金屬納米粒子溶膠中，室溫下攪拌30分鐘得到單層金屬納米粒子包覆的核殼納米粒子，將所述單層金屬納米粒子包覆的核殼納米粒子重復(fù)依次加入聚電解質(zhì)溶液和金屬納米粒子溶膠中，得到多層金屬納米粒子包覆的核殼納米微球；所述聚電解質(zhì)溶液中添加NaCl，NaCl的濃度為0. 5M。b、將ImL5mM的拉曼活性物質(zhì)加入到步驟a得到的多層金屬納米粒子包覆的核殼納米微球中，室溫下攪拌6-12小時(shí)，離心、洗滌后得到拉曼活性物質(zhì)標(biāo)記的核殼納米微球；c、將步驟b得到的拉曼活性物質(zhì)標(biāo)記的核殼納米微球加入到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%的戊二醛溶液中，反應(yīng)1小時(shí)后用超純水洗滌，得到封裝的拉曼活性物質(zhì)標(biāo)記的核殼納米微球。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于所述聚電解質(zhì)為聚乙烯亞胺、聚烯丙基氯化銨、聚二甲基二烯丙基氯化銨、明膠或殼聚糖。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種拉曼編碼微球及其制備方法，其中拉曼編碼微球是通過層層自組裝的方法在內(nèi)核納米粒子的表面包覆多層金屬納米粒子并以拉曼活性物質(zhì)標(biāo)記得到的。本發(fā)明拉曼編碼微球的制備方法及原材料簡(jiǎn)單，且標(biāo)記物拉曼信號(hào)的強(qiáng)度可以通過金屬納米粒子的組裝層數(shù)進(jìn)行調(diào)控，與現(xiàn)有的拉曼標(biāo)記技術(shù)相比，本發(fā)明拉曼編碼微球的拉曼信號(hào)強(qiáng)、粒子聚集狀態(tài)均一、拉曼信號(hào)重復(fù)性好。
文檔編號(hào)G01N21/65GK102423670SQ20111022679
公開日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2011年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月9日
發(fā)明者關(guān)貴儉, 劉仁勇, 劉變化, 張忠平, 蔣長(zhǎng)龍 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院