专利名称：一种具有表面增强拉曼活性的自组装材料的制备方法
技术领域：
一种具有表面增强拉曼活性的自组装材料的制备方法，属于材料化学技术领域。
背景技术：
纳米材料是指三维空间尺度至少有一维处于纳米量级(I-IOOnm)的材料，或由它 们作为基本单元构成的材料，这大约相当于1(Γ100个原子紧密排列在一起的尺度。它是由 尺寸介于原子、分子和宏观体系之间的纳米粒子所组成的新一代材料。由于纳米材料的尺 寸已经接近电子的德布罗意波长、超导相干波长以及激子的波尔半径，电子被局限于一个 体积十分微小的空间，电子波函数受到限制，加上其具有大表面的特殊效应，从而具有量子 尺寸效应、表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等，因此纳米材料显示出与常规体相 材料不同的新奇的光学、电学、磁学及化学方面的性质。对纳米材料的性质和应用进行研究 即为纳米科学与技术(简称为纳米技术)。纳米技术是研究电子、原子和分子运动规律和 特性的崭新高技术学科，开辟了人们认识自然的新层次，是21世纪头二十年发展的主导领 域。纳米材料的自组装也是纳米技术的一个研究热点，原因在于自组装纳米材料能够 表现出不同于单分散的纳米粒子的独特的光学、电学、磁学和化学性质，通过研究自组装材 料的性质可以更好地理解宏观材料的物理和化学性质。在可控纳米材料自组装的过程中， 纳米材料的各向异性和不同晶面的独特的化学反应性质成为纳米材料形成自组装的一个 关键因素。而金纳米棒同时具有空间几何和化学各向异性，并且金纳米棒可以通过改变长 径比(金纳米棒的长度和金纳米棒的直径的比值)调节金纳米棒的纵向共振峰来实现金纳 米棒在可见光或者近红外区域强的光吸收，因而这些独特的性质使得金纳米棒能够实现可 控自组装材料良好的“原料”，进而能够提供对自组装纳米材料进行理论解析的一个良好的 模型。由于介质的某些不均勻性(如电场、粒子数密度等)，光波与介质相互作用时，光波 会改变传播方向，这就是光的散射现象。它包括两种情况一是光波与介质无能量交换产生 弹性散射，如瑞利散射等；另外一种是由印度物理学家C. V. Raman在1拟8年发现的光波与 介质发生能量交换，散射光波长与入射光波长之间就会发生位移现象，这时即为非弹性散 射，也被称为拉曼散射现象。Raman由于发现这种新的光散射现象获得了 1930年的诺贝尔 物理学奖。表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering, SERS)是拉曼散射 的一种，它可以被简短地描述为当分子吸附在特别制备的金属表面时，它的拉曼信号强度 要比简单计算的预期值高出IO5-IO6倍的这种现象。这就使得单分子检测成为了可能。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有表面增强拉曼活性的新型自组装材料的制备方法， 制备出组装结构均一，可控并且具有SERS活性的纳米材料组装体。本发明的技术方案一种具有表面增强拉曼活性的自组装材料的制备方法，包括金纳米粒子合成，金纳米棒合成，金纳米粒子修饰DNAl，金纳米棒修饰DNA2，金纳米棒偶联 拉曼信标分子，金纳米棒和金纳米粒子组装及表征；工艺步骤为
(1)金纳米粒子合成
采用柠檬酸三钠还原氯金酸合成金纳米粒子；
(2)金纳米棒合成
采用晶种生长法合成金纳米棒；
(3)金纳米粒子和DNAl偶联
步骤(1)合成出的金纳米粒子和巯基修饰的DNAl进行偶联形成Au-DNAl复合体；
(4)金纳米棒和DNA2偶联
采用不同的方法分别对步骤(2)合成出的金纳米棒的全身、端面及侧面修饰DNA2，制 得Au-DNA2复合体；
(5)金纳米棒修饰拉曼信标分子
采用步骤(4)修饰好的AU-DNA2复合体和拉曼信标分子4-氨基苯硫酚4-ATP进行偶 联，制得AU-DNA2-ATP复合体；
(6)金纳米棒和金纳米粒子组装及表征
将步骤(5)制备出的AU-DNA2-ATP复合体和步骤(3)制备出的Au-DNAl复合体进行杂 交，形成组装结构，并对此结构进行表征。所述金纳米粒子合成
洁净的三角烧瓶中加入95mL的水，而后向水中加入5mL的浓度为2g/L的氯金酸，加 热，煮沸，紧接着加入2. 5mL质量浓度1%的柠檬酸三钠溶液，边加热边搅拌，溶液颜色从淡 黄色变成红色，反应持续6-8min以使柠檬酸三钠完全沉降，最后，溶液冷却至室温，稀释到 100mL，4°C保藏，即制得粒径18nm级的金纳米粒子。所述金纳米棒合成
①晶种合成下0. ImL的2g/L的三水合四氯金酸加入到ImL的0. 2M的十六烷
基三甲基溴化铵溶液中，溶液颜色由无色变成黄褐色，然后加入0. 12mL新配制的0. OlM硼 氢化钠溶液，快速搅拌2min，溶液颜色即由黄褐色变为浅棕色，得金种子溶液；
金纳米棒生长金种子溶液合成好以后，进行金纳米棒的生长，5mL的2g/L的三水
合四氯金酸加入到5mL、0. 2M十六烷基三甲基溴化铵溶液中，加入4mL的水，混勻，0. 125 mL 的0. OlM硝酸银溶液加入到上述混合体系中，混勻，随后将65PL、0. IM抗坏血酸溶液加入 上述体系中，28°C下搅拌反应2min，溶液由褐色变成无色，最后，加入0. 05mL的金种子溶液 轻柔搅拌混勻20s，28V反应4h，制得金纳米棒。所述金纳米粒子和DNA偶联
①将步骤(1)制备的IOmL的金纳米粒子IOOOOrpm离心lOmin，用ImL的水分散，
IOOOOrpm 离心 IOmin,弃上清，用 ImL 的 pH8. O 含 0. OlM 的 PBS 的 0. 01% 的 SDS 分散，4°C保
藏，待用；Φ取上述步骤①制备好的浓度20ηΜ的金纳米粒子ΙΟΟμ ，加入12μ ΙΟΟμΜ的DNAl，
混勻，振摇反应20min后，用pH8. 0含0. OlM的PBS的0. 01%的SDS，2M的NaCl溶液调至反 应体系中NaCl浓度达到50mM，超声10s，振摇反应20min后加入NaCl至反应体系中NaCl浓 度达到IOOmM,随后按照NaCl浓度每增加100 mM的梯度重复上述反应过程至体系中NaCl 浓度达到0. 4M时，室温振摇反应12h ；
③将上述步骤(|)中反应溶液在8000rpm离心lOmin，弃上清，后用100μ 的0. 01%的
SDS分散沉淀，后用0. 01%的SDS的溶液清洗一次，4°C保藏、待用，制得Au- DNAl复合体。
所述金纳米棒和DNA2偶联
①全身修饰
取上述步骤(3)制备好的浓度20nM的金纳米棒100μ ，加入40μ 、ΙΟΟμΜ的DNA2振摇 反应12h，5000rpm离心6min，弃上清，用100μ 的水分散制得的Au_DNA2_全修饰复合体， 水洗一次，4°C保藏、待用；
@端面修饰、侧面封闭
取上述步骤(3)制备好的浓度20nM的金纳米棒100μ ，加入WL的ΙΟΟμΜ的DNA2振摇 反应12h，后加入40μ 的ΙΟΟμΜ辅助DNA3封闭侧面，振摇反应12h，5000rpm离心6min，弃 上清，用IOOPL的水分散所得AU-DNA2-端修饰复合体，水洗一次，4°C保藏、待用；
③侧面修饰、端面封闭
取上述步骤(3)制备好的浓度20nM的金纳米棒100μ ，加入WL的ΙΟΟμΜ的辅助DNA3 振摇反应12h，封闭端面，后加入40μ 的ΙΟΟμΜ的DNA2修饰侧面，振摇反应12h，5000rpm离 心6min，弃上清，用IOOPL的水分散所得Au_DNA2_侧修饰复合体，水洗一次，4°C保藏、待 用；
④对照实验
取上述步骤(3)制备好的浓度20nM的金纳米棒100μ ，加入40μ 的ΙΟΟμΜ的辅助DNA3 振摇反应12h，5000rpm离心6min，弃上清，用100μ 的水分散金纳米棒-DNA3复合体，水洗 一次，4°C保藏、待用。 所述金纳米棒修饰拉曼信标分子
取步骤(4)修饰好的浓度20nM的AU-DNA2复合体100μ ，加入10μ 的ΙΟΟμΜ的4-氨 基苯硫酚ATP乙醇溶液振摇反应12 h，5000rpm离心6min，弃上清，用100μ 的水分散所制 得的AU-DNA2-ATP复合体，水洗一次，4°C保藏、待用。
所述金纳米棒和金纳米粒子组装，
Φ金纳米粒子围绕金纳米棒组装形成卫星式组装结构取步骤(5)修饰好的全身修饰的金纳米棒Au-DNA2-全修饰复合体IOPL和步骤(3) 修饰好的金纳米粒子Au- DNAl复合体50μ ，加入60μ 、含0. 01%的SDS、20mM的KCl、pH7. 5 的0. OlM的Tris-HCl杂交缓冲液，振摇反应12 h ；
或(g金纳米粒子围绕金纳米棒侧面组装
取步骤(5)修饰好的侧面修饰、端面封闭的金纳米棒Au-DNA2-侧修饰复合体IOPL和 步骤(3)修饰好的金纳米粒子Au- DNAl复合体45μ ，加入55μ 、含0. 01%的SDS、20mM的 KCl、pH7. 5的0. OlM的Tris-HCl杂交缓冲液，振摇反应12 h ；
成③金纳米粒子和金纳米棒端面组装
取步骤(5)修饰好的端面修饰、侧面封闭的金纳米棒Au-DNA2-端修饰复合体30μ 和 步骤(3)修饰好的金纳米粒子Au- DNAl复合体30μ ，加入60μ 、含0. 01%的SDS、20mM的 KCl、pH7. 5的0. OlM的Tris-HCl杂交缓冲液，振摇反应12 h ；
④空白对照实验
步骤(3)中金纳米粒子50μ 和步骤(5)中的辅助DNA3全身修饰的金纳米棒50μ ，加 入60μ 、含0. 01%的SDS、20mM的KC1、pH7. 5的0. OlM的Tris-HCl杂交缓冲液，振摇反应 12h。所述DNA的编号、序列及长度如表1所示。表1 DNA的编号、序列及长度
权利要求
1.一种具有表面增强拉曼活性的自组装材料的制备方法，其特征在于包括金纳米粒子 合成，金纳米棒合成，金纳米粒子修饰DNA1，金纳米棒修饰DNA2，金纳米棒偶联拉曼信标分 子，金纳米棒和金纳米粒子组装及表征；工艺步骤为(1)金纳米粒子合成采用柠檬酸三钠还原氯金酸合成金纳米粒子；(2)金纳米棒合成采用晶种生长法合成金纳米棒；(3)金纳米粒子和DNAl偶联步骤(1)合成出的金纳米粒子和巯基修饰的DNAl进行偶联形成Au-DNAl复合体；(4)金纳米棒和DNA2偶联采用不同的方法分别对步骤(2)合成出的金纳米棒的全身、端面及侧面修饰DNA2，制 得Au-DNA2复合体；(5)金纳米棒修饰拉曼信标分子采用步骤(4)修饰好的AU-DNA2复合体和拉曼信标分子4-氨基苯硫酚4-ATP进行偶 联，制得AU-DNA2-ATP复合体；(6)金纳米棒和金纳米粒子组装及表征将步骤(5)制备出的AU-DNA2-ATP复合体和步骤(3)制备出的Au-DNAl复合体进行杂 交，形成组装结构，并对此结构进行表征。
2.根据权利要求1所述的具有表面增强拉曼活性的自组装材料的制备方法，其特征在 于金纳米粒子合成洁净的三角烧瓶中加入95mL的水，而后向水中加入5mL的浓度为2g/L的氯金酸，加 热，煮沸，紧接着加入2. 5mL质量浓度1%的柠檬酸三钠溶液，边加热边搅拌，溶液颜色从淡 黄色变成红色，反应持续6-8min以使柠檬酸三钠完全沉降，最后，溶液冷却至室温，稀释到 100mL，4°C保藏，即制得粒径18nm级的金纳米粒子。
3.根据权利要求1所述的具有表面增强拉曼活性的自组装材料的制备方法，其特征在 于金纳米棒合成①晶种合成下0.ImL的2g/L的三水合四氯金酸加入到ImL的0. 2M的十六烷 基三甲基溴化铵溶液中，溶液颜色由无色变成黄褐色，然后加入0. 12mL新配制的0. OlM硼 氢化钠溶液，快速搅拌2min，溶液颜色即由黄褐色变为浅棕色，得金种子溶液；②金纳米棒生长金种子溶液合成好以后，进行金纳米棒的生长，5mL的2g/L的三水 合四氯金酸加入到5mL、0. 2M十六烷基三甲基溴化铵溶液中，加入4mL的水，混勻，0. 125 mL 的0. OlM硝酸银溶液加入到上述混合体系中，混勻，随后将65PL、0. IM抗坏血酸溶液加入 上述体系中，28°C下搅拌反应2min，溶液由褐色变成无色，最后，加入0. 05mL的金种子溶液 轻柔搅拌混勻20s，28V反应4h，制得金纳米棒。
4.根据权利要求1所述的具有表面增强拉曼活性的自组装材料的制备方法，其特征在 于金纳米粒子和DNAl偶联m将步骤(1)制备的IOmL的金纳米粒子IOOOOrpm离心lOmin，用ImL的水分散， IOOOOrpm 离心 lOmin，弃上清，用 ImL 的 pH8. O 含 0. OlM 的 PBS 的 0. 01% 的 SDS 分散，4°C保藏，待用；②取上述步骤Φ制备好浓度20ηΜ的金纳米粒子ΙΟΟμ ，加入12μ ΙΟΟμΜ的DNAl，混 勻，振摇反应20min后，用pH8. 0含0. OlM的PBS的0. 01%的SDS，2M的NaCl溶液调至反应 体系中NaCl浓度达到50mM，超声10s，振摇反应20min后加入NaCl至反应体系中NaCl浓 度达到IOOmM,随后按照NaCl浓度每增加100 mM的梯度重复上述反应过程至体系中NaCl 浓度达到0. 4M时，室温振摇反应12h ；③将上述步骤②中反应溶液在8000rpm离心lOmin，弃上清，后用100μ 的0.01%的 SDS分散沉淀，后用0. 01%的SDS的溶液清洗一次，4°C保藏、待用，制得Au- DNAl复合体。
5.根据权利要求1所述的具有表面增强拉曼活性的自组装材料的制备方法，其特征在 于金纳米棒和DNA2偶联①全身修饰取上述步骤(3)制备好的浓度20nM的金纳米棒100μ ，加入40μ 、ΙΟΟμΜ的DNA2振摇 反应12h，5000rpm离心6min，弃上清，用100μ 的水分散制得的Au_DNA2_全修饰复合体， 水洗一次，4°C保藏、待用；②端面修饰、侧面封闭取上述步骤(3)制备好的浓度20nM的金纳米棒100μ ，加入WL的ΙΟΟμΜ的DNA2振摇 反应12h，后加入40μ 的ΙΟΟμΜ辅助DNA3封闭侧面，振摇反应12h，5000rpm离心6min，弃 上清，用IOOPL的水分散所得AU-DNA2-端修饰复合体，水洗一次，4°C保藏、待用； 侧面修饰、端面封闭取上述步骤(3)制备好的浓度20ηΜ的金纳米棒100μ ，加入WL的ΙΟΟμΜ的辅助DNA3 振摇反应12h，封闭端面，后加入40μ 的ΙΟΟμΜ的DNA2修饰侧面，振摇反应12h，5000rpm离 心6min，弃上清，用IOOPL的水分散所得Au_DNA2_侧修饰复合体，水洗一次，4°C保藏、待 用；'41对照实验取上述步骤(3)制备好的浓度20nM的金纳米棒100μ ，加入40μ 的ΙΟΟμΜ的辅助DNA3 振摇反应12h，5000rpm离心6min，弃上清，用100μ 的水分散金纳米棒-DNA3复合体，水洗 一次，4°C保藏、待用。
6.根据权利要求1所述的具有表面增强拉曼活性的自组装材料的制备方法，其特征在 于金纳米棒修饰拉曼信标分子取步骤(4)修饰好的浓度为20nM的AU-DNA2复合体100μ ，加入10μ 的ΙΟΟμΜ的4-氨 基苯硫酚ATP乙醇溶液振摇反应iai，5000rpm离心6min，弃上清，用100μ 的水分散所制得 的AU-DNA2-ATP复合体，水洗一次，4°C保藏、待用。
7.根据权利要求1所述的具有表面增强拉曼活性的自组装材料的制备方法，其特征在 于金纳米棒和金纳米粒子组装，①金纳米粒子围绕金纳米棒组装形成卫星式组装结构取步骤(5)修饰好的全身修饰的金纳米棒Au-DNA2-全修饰复合体IOPL和步骤(3) 修饰好的金纳米粒子Au- DNAl复合体50μ ，加入60μ 、含0. 01%的SDS、20mM的KCl、pH7. 5 的0. OlM的Tris-HCl杂交缓冲液，振摇反应12 h ；或 全纳米粒子围绕金纳米棒侧面组装取步骤(5)修饰好的侧面修饰、端面封闭的金纳米棒Au-DNA2-侧修饰复合体 ομ 和 步骤(3)修饰好的金纳米粒子Au- DNAl复合体45μ ，加入55μ 、含0. 01%的SDS、20mM的 KCl、pH7. 5的0. OlM的Tris-HCl杂交缓冲液，振摇反应12 h ；或③金纳米粒子和金纳米棒端面组装取步骤(5)修饰好的端面修饰、侧面封闭的金纳米棒Au-DNA2-端修饰复合体30μ 和 步骤(3)修饰好的金纳米粒子Au- DNAl复合体30μ ，加入60μ 、含0. 01%的SDS、20mM的 KCl、pH7. 5的0. OlM的Tris-HCl杂交缓冲液，振摇反应12 h ；④空白对照实验步骤(3)中金纳米粒子50μ 和步骤(5)中的辅助DNA3全身修饰的金纳米棒50μ ，加 入60μ 、含0. 01%的SDS、20mM的KC1、pH7. 5的0. OlM的Tris-HCl杂交缓冲液，振摇反应 12h。
全文摘要
一种具有表面增强拉曼活性的自组装材料的制备方法，属于材料化学技术领域。本发明包括金纳米粒子合成，金纳米棒合成，金纳米粒子修饰DNA1，金纳米棒修饰DNA2，金纳米棒偶联拉曼信标分子，金纳米棒与金纳米粒子组装及表征。本发明制备出组装结构均一，可控并且具有拉曼活性的纳米材料组装体，使得单分子检测成为了可能。
文档编号C12N15/11GK102127542SQ201010605799
公开日2011年7月20日 申请日期2010年12月27日 优先权日2010年12月27日
发明者刘丽强, 屈昌隆, 徐丽广, 朱颖越, 王利兵, 胡拥明, 胥传来, 陈伟, 马伟 申请人:江南大学