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CN106680262A - 一种利用纳米粒子小聚体检测杆菌类标志物的方法 - Google Patents

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CN106680262A
CN106680262A CN201710003856.8A CN201710003856A CN106680262A CN 106680262 A CN106680262 A CN 106680262A CN 201710003856 A CN201710003856 A CN 201710003856A CN 106680262 A CN106680262 A CN 106680262A
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CN
China
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little
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mark
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CN201710003856.8A
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English (en)
Inventor
成汉文
陈浩天
朱丽莹
罗谨
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Shanghai Institute of Technology
Original Assignee
Shanghai Institute of Technology
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Publication date
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/65—Raman scattering
    • G01N21/658—Raman scattering enhancement Raman, e.g. surface plasmons
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y15/00—Nanotechnology for interacting, sensing or actuating, e.g. quantum dots as markers in protein assays or molecular motors
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    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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Abstract

本发明公开了一种利用纳米粒子小聚体检测杆菌类标志物的方法。本发明利用花菁染料分子作为桥梁将单个的纳米粒子进行“两‑两交联”构建成纳米粒子小聚体，再以纳米粒子小聚体作为表面增强拉曼光谱SERS中的增强基底，用于检测杆菌类芽孢中特有的成分(生物标志物)。本发明的纳米粒子小聚体具有很强的“热点”效应，可以检测杆菌类芽孢中特有的成分，实现微量分析物的灵敏检测。

Description

一种利用纳米粒子小聚体检测杆菌类标志物的方法
技术领域
本发明属于表面增强拉曼光谱技术领域，具体的说，涉及一种利用纳米粒子小聚体检测杆菌类标志物的方法。
背景技术
不同种类的纳米粒子合成于制备、表征及应用的报道已有很多，但是纳米粒子小聚体的可控合成及应用仍是很有意义的话题，因为纳米粒子小聚体在开发独特的光学、电学和生物分子识别等性能中有着很大的重要性。
利用染料分子作为纳米粒子表面上的拉曼信号分子的研究已有一些报道，但是利用染料分子作为桥梁分子构建纳米粒子小聚体的研究还少有报道。通过此类方法构建的纳米粒子小聚体可以作为表面增强拉曼光谱(简称“SERS”)中的增强基底，其具有很强的“热点”效应。利用此类增强基底可以进行菌类等生物检测，如可以形成芽孢的杆菌类菌种的检测。
前期已有报道是利用SERS效应很强的银纳米粒子进行SERS检测杆菌类芽孢中生物标志物的方法，但是在生物体系中，银粒子表面易被氧化而导致其稳定性下降，如果采用表面稳定性高且生物兼容性广的金粒子，相信这方面的检测应用前景更开阔。
发明内容
针对以上问题，本发明的目的是提供一种稳定的、SERS效应强的利用纳米粒子小聚体检测杆菌类生物标志物的方法。
为了实现上述目的，本发明发用的技术方案为：
本发明提供一种利用纳米粒子小聚体检测杆菌类标志物的方法，其是通过利用花菁染料分子作为组装分子，在纳米尺寸范围的金纳米粒子上组装花菁染料分子，作为桥梁将单个的纳米粒子进行“两-两交联”构建成纳米粒子小聚体，作为表面增强拉曼光谱SERS中的增强基底，用于检测杆菌类芽孢中的生物标志物，生物标志物为2，6‐吡啶二羧酸。
本发明中，所述的金纳米粒子的尺寸小于100纳米。
本发明中，所述花菁染料分子的分子式为C39H45IN2或C31H41IN2。
本发明中，所述的杆菌类为芽孢杆菌类。
本发明提供的利用纳米粒子小聚体检测杆菌类标志物的方法，具体步骤如下：
1)1.5～2mL的质量百分数0.5～1.5wt％的HAuCl4水溶液与40～60mL的水混合后边加热边搅拌直至沸腾，而后加入4～8mL的0.5～1.5wt％柠檬酸钠溶液，反应10～20分钟；反应结束时冷却至室温，得到表面携带柠檬酸根离子的不同尺寸金纳米粒子溶胶；
2)将含有0.02～0.2微摩尔的花菁染料溶液加入到步骤1)得到的金纳米粒子溶胶中，调节酸碱度在pH 3～5范围内，室温搅拌，获得纳米粒子小聚体溶液；
3)在步骤2)得到的纳米粒子小聚体溶液中加入含有2，6‐吡啶二羧酸的溶液，混合均匀，然后用玻璃毛细管吸取适量于置于拉曼光谱仪的样品台上进行检测。
本发明的杆菌类生物标志物灵敏检测的方法，具有以下优点：
(1)粒子聚合效率高。本发明采用花菁染料分子作为桥梁，其分子结构中的共轭基团与相邻分子结构中的同种基团形成“π-π共轭效应”，将每单个的纳米粒子与相邻粒子之间都可以进行“两-两交联”构建成纳米粒子凝聚体。
(2)稳定性好。本发明采用在生物体系中表面性能稳定的金纳米粒子凝聚体作为基底，其表面稳定性高，不易被氧化。
(3)兼容性广。本发明采用的金粒子表面上可组装的分子范围广泛，可通过多种方法将生物分子组装到金粒子表面。
(4)SERS效应强。纳米粒子构建成纳米粒子小聚体后，其SERS响应进一步增强，可以作为理想的表面增强拉曼光谱(简称“SERS”)中的增强基底，其具有很强的“热点”效应，可以实现微量分析物的灵敏检测。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明的技术方案做进一步的描述，但本发明并不限于下述实施例。
本发明各实施例中所用的各种原料，如无特殊说明，均为市售。
实施例1
一种利用纳米粒子小聚体检测杆菌类标志物的方法的操作及表征：
(1)40纳米金粒子的制备：
2.2mL的HAuCl4水溶液(1％)与50mL的水混合后边加热边搅拌直至沸腾，而后快速加入6.5mL柠檬酸钠溶液(1％)，该还原反应持续15分钟。反应结束时溶液呈酒红色，将其冷却至室温，得到的金纳米粒子～40纳米。
(2)纳米粒子小聚体的构建：
加入花菁染料溶液到纳米溶胶中使得二者浓度分别为0.042微摩尔和1.25纳摩尔，使得纳米粒子表面上的染料分子达到5～10％的覆盖。利用盐酸调节pH～3，在室温下充分搅拌5分钟。
(3)2，6‐吡啶二羧酸在40纳米金粒子小聚体表面的组装：
将浓度分别为0.01和10还有100ppm(注：1ppm即百万分之一)的吡啶2，6‐二羧酸溶液分别加入到金粒子小聚体溶液中，混合均匀，然后用玻璃毛细管吸取适量于置于拉曼光谱仪的样品台上进行SERS检测。纳米金粒子小聚体所具有的强SERS“热点”效应很强，可以对低至0.01ppm微量的被测物仍能实现灵敏检测。而较高浓度100ppm的信号并不比10ppm的信号高太多，究其原因可能是组装分子在纳米结构增强基底表面达到一个单分子层以下的覆盖度越有利于表面增强效应，而高浓度将会引起纳米小聚体表面的多分子层覆盖，因此证明该基底更适合于低浓度的灵敏检测。
实施例2
(1)65纳米金粒子的制备：
2.2mL的HAuCl4水溶液(1％)与50mL的水混合后边加热边搅拌直至沸腾，而后快速加入6.5mL柠檬酸钠溶液(1％)，该还原反应持续15分钟。反应结束时溶液呈酒红色，根据粒径的需要将0.5mL的Au种子与0.5mL的氯金酸水溶液(1％)在室温下混合后再加入2.1mL的NH2OH·HCl溶液(40mM)作为还原剂，最终获得～65纳米的金溶胶。
(2)纳米粒子小聚体的构建：
加入花菁染料溶液到纳米溶胶中使得二者浓度分别为0.104微摩尔和0.024纳摩尔，使得纳米粒子表面上的染料分子达到5～10％的覆盖。利用盐酸调节pH～3，在室温下充分搅拌5分钟。
(3)2，6‐吡啶二羧酸在65纳米金粒子小聚体表面的组装：
将浓度分别为0.0001和0.001还有0.01ppm(注：1ppm即百万分之一)的吡啶2，6‐二羧酸溶液分别加入到金粒子小聚体溶液中，混合均匀，然后用玻璃毛细管吸取适量于置于拉曼光谱仪的样品台上进行SERS检测。55～65纳米范围的金粒子小聚体所具有的强SERS“热点”效应比其他尺寸的更强，可以对低至0.0001ppm微量的被测物仍能实现灵敏检测，究其原因可能是这个粒径范围的金粒子的表面等离子体特征峰最接近激光波长，因而有利于强SERS效应的获得。因此，利用大尺寸的粒子构建的小聚体更适合较低浓度(低于一个单分子层组装)的生物分子检测。

Claims (5)

1.一种利用纳米粒子小聚体检测杆菌类标志物的方法，其特征在于：其是通过在纳米尺寸范围的金纳米粒子上组装花菁染料分子，花菁染料分子作为桥梁将单个的金纳米粒子进行“两-两交联”构建成纳米粒子小聚体，再将纳米粒子小聚体作为表面增强拉曼光谱SERS中的增强基底，用于检测杆菌类芽孢中的生物标志物，生物标志物为2，6‐吡啶二羧酸。
2.根据权利要求1所述的利用纳米粒子小聚体检测杆菌类标志物的方法，其特征在于，所述的金纳米粒子的尺寸小于100纳米。
3.根据权利要求1所述的利用纳米粒子小聚体检测杆菌类标志物的方法，其特征在于，所述花菁染料分子的分子式为C39H45IN2或C31H41IN2。
4.根据权利要求1所述的利用纳米粒子小聚体检测杆菌类标志物的方法，其特征在于，所述的杆菌类为芽孢杆菌类。
5.根据权利要求1所述的利用纳米粒子小聚体检测杆菌类标志物的方法，其特征在于，具体步骤如下：
1)1.5～2mL的质量百分数0.5～1.5wt％的HAuCl4水溶液与40～60mL的水混合后边加热边搅拌直至沸腾，而后加入4～8mL的0.5～1.5wt％柠檬酸钠溶液，反应10～20分钟；反应结束时冷却至室温，得到表面携带柠檬酸根离子的不同尺寸金纳米粒子溶胶；
2)将含有0.02～0.2微摩尔的花菁染料溶液加入到步骤1)得到的金纳米粒子溶胶中，调节酸碱度在pH 3～5范围内，室温搅拌2‐5分钟，获得纳米粒子小聚体溶液；
3)在步骤2)得到的纳米粒子小聚体溶液中加入含有2，6‐吡啶二羧酸的溶液，混合均匀，然后拉曼光谱仪的样品台检测。
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