一种金纳米双锥的制备方法及其在光纤生物传感中的应用

本发明涉及纳米材料，尤其涉及一种金纳米双锥的制备方法及其在光纤生物传感中的应用。

背景技术：

1、贵金属纳米粒子具有丰富的局域表面等离子体共振(lspr)特性。它们的表面等离子体共振峰通常随着周围环境折射率的增加而发生红移，它们的表面等离子体波长对周围折射率的依赖是高度敏感的，这构成了局域表面等离子体共振光谱的基础。因此，利用金纳米粒子可实现超灵敏等离子体传感。

2、近年来，各向异性纳米颗粒的合成因其在光谱学、光电、催化传感和药物传递等方面的独特性能而引起了生物医学领域的广泛关注。大量潜在的应用主要在于其有趣的局部表面等离子体共振(lspr)特性，其中各向异性金属纳米颗粒(棒状、双锥体和十面体)具有两种对应于横向和纵向模式的表面等离子体共振，因此具有更突出的优势。金纳米双锥因其优越的光学性能、更大的消光截面以及比金纳米棒更显著的局部电场增强而受到广泛关注。与金纳米棒的圆形末端不同，金纳米双锥在交叉点上有两个更尖锐的顶点研究表明，由于其在近红外(nir)窗口的高吸光度和在人体中的生物安全性，金纳米双锥已被用作癌症消融的一种光热转换剂。与金纳米棒的lspr特性相比，金纳米双锥的锐边结构对介电环境的局部变化更敏感，局域电场增强更强。金纳米双锥体不仅具有与金纳米相似的水平spr峰，可以吸收可见光(530nm)，而且在近红外光区(λ>700nm)具有更高的纵向spr峰。此外，可以调节金纳米双锥的纵向等离子体共振波长(lprws)以匹配激发波长，从而提高光纤微纳生物传感器的灵敏度。但是，目前市面上现有的的金纳米双锥仅能匹配近红外i区(nir-i，700-950nm)波段和可见光波段的激发波长，长径比约为100nm，相较而言，近红外ii区(nir-ii，1000-1700nm)激光具有最小的组织散色和更深的组织穿透力(高达15nm)，与之波段相匹配的金纳米双锥可作为光热治疗的材料，因此如何制备出不同长径比的金纳米双锥以匹配更高波长段(尤其是近红外ii区波段)的局域等离子体共振便显得极为重要。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供一种金纳米双锥溶液的制备方法，及结合二维材料对金纳米双锥进行修饰表征的方法应用于光纤生物传感领域。

2、为实现上述目的，本发明提供的一种技术方案是：

3、一种金纳米双锥的制备方法，包括以下步骤：

4、s101.将haucl4水溶液和柠檬酸钠溶液加入到去离子水中，搅拌下再加入nabh4溶液，得到橙红色金种溶液；

5、s102.将橙红色金种溶液在室温下老化至少2小时，使未反应nabh4完全水解，形成粉红色种子液；

6、s103.向ctab溶液中依次加入haucl4水溶液、agno3溶液、hcl和抗坏血酸，并搅拌溶液直至变成无色，获得生长溶液；

7、s104.将步骤s102获得的粉红色种子溶液注入到生长溶液中，并在30℃水浴中静置20-24小时，直到溶液变为紫红色溶液；

8、s105.对紫红色溶液采用密度梯度离心法进行离心处理，去除杂质，获得提纯后的金纳米双锥溶液，即获得金纳米双锥。

9、上述方法中，通过调控步骤s104中粉红色种子溶液的加入量调控获得的金纳米双锥的长径比。

10、作为优选，所述步骤s101中：haucl4水溶液、柠檬酸钠溶液、去离子水、nabh4溶液的体积比为0.125∶0.25∶9.625∶0.15；haucl4水溶液的浓度为0.01m，柠檬酸钠溶液的浓度为0.01m，nabh4溶液的浓度为0.01m。在该浓度和比例条件下，能够产生形貌稳定的金纳米晶种。

11、作为优选，所述步骤s103中：ctab溶液的浓度为0.1m，haucl4水溶液的浓度为0.01m，agno3溶液的浓度为0.01m，hcl的浓度为1m，抗坏血酸的浓度为0.1m；ctab溶液、haucl4水溶液、agno3溶液、hcl、抗坏血酸的体积比为40∶2∶0.4∶0.5∶0.32。在该比例下，溶液生长环境使得金纳米双锥粒子尺寸差异小，具有高重现性和高产率的优点，通过改变配比不改变体积比的方式可以实现对金纳米双锥的精确调控。

12、作为优选，所述步骤s105具体包括：

13、s1051.将紫红色溶液加入去离子水中，紫红色溶液与去离子水的比例为1∶3，以9000rpm的转速离心10min，去除上清液，获得沉淀；

14、s1052.利用乙二醇与ctab溶液分别配置5层密度梯度溶液，5层密度梯度溶液中乙二醇与ctab溶液的体积比分别为50％、60％、70％、80％和90％；

15、s1053.将5层密度梯度溶液按照乙二醇浓度自上而下逐渐降低的方式逐层加入离心管中；

16、s1054.将s1051获得的沉淀重新分散在ctab溶液中，然后将分散液滴加在离心管中的5个密度梯度溶液里，以8000rpm的转速离心20min，获得离心后分层溶液；

17、s1055.提取分层溶液中的金纳米双锥分离心，将其重新分散于去离子水中，即可得到提纯后的金纳米双锥溶液。

18、相比较未提纯的金纳米双锥溶液，提纯后的金纳米双锥溶液产率更高、杂质更少、分散性更好，金纳米双锥占比能达到70％以上。

19、作为优选，步骤s103中，通过调控溶液配比，将所述生长溶液的ph值控制在3～5。在该ph范围内，生长的金纳米双锥形貌均一规则、重复性和稳定性高。

20、从上述描述可以看出，该制备方法具备以下优点：

21、1、该方法采用种子介导生长法，利用nabh4还原au3+生成au单晶，并通过控制熟化温度使所述au单晶生长成为五重孪晶，制备出金种子溶液，然后加入agno3改变金种子的氧化还原电位，最后加入抗坏血酸促使金种子生长为金纳米双锥，之后通过改变hcl的量改变ph环境，经过调控种子液在生长溶液中的加入量使金纳米双锥生长成不同长径比。

22、2、该方法应用时，通过改变不同金钟子、盐酸的量可调控制备不同长径比的金纳米双锥，并且金纳米双锥产率高、均一性好，为在近红外ⅱ区波段的光纤生物传感和治疗方向提供了更多的可能性，并且制备方法操作简便，流程较短，耗材价格低廉，总体制备成本低。

23、为实现上述技术目的，本发明提供的另一种技术方案是：

24、一种微纳光纤生物传感器，所述微纳光纤生物传感器具有前述金纳米双锥制备方法得到的金纳米双锥，通过修饰金纳米双锥并结合二维材料进行传感检测。

25、作为优选，所述二维材料为ws2。

26、从上述描述可以看出，该微纳光纤生物传感器具备以下优点：

27、通过二维材料ws2的加入，使得二维材料与金纳米双锥颗粒结合在光纤表面形成一种复合界面，进而提升光纤界面灵敏度。将二者结合后，二维材料ws2作为导体可以增强局部电场，相比较其它二维材料，ws2具有更丰富的亲水官能团(-o和-oh)、更好的电磁性能和更宽的等离子激元间隙，由于带间跃迁和边界效应之间的相互作用，从而提供了在近红外(nir)到中红外(mir)的大光谱范围内直接调节等离子体频率的可能性。因此将ws2与微纳光纤相结合，可以显著改善微纳光纤的倏逝场电磁性能，并且增强金纳米双锥粒子与生物分子之间的相互作用，提高光纤生物传感器的灵敏度，且复合界面具有更广泛的比表面积，为生物分子提供更多的结合位点和更大的有效接触区域，提高生物分子的吸附量和灵敏度。

28、为实现上述技术目的，本发明提供的另一种技术方案是：

29、一种微纳光纤生物传感器的制备方法，包括以下步骤：

30、s201.准备二氧化硅微纳光纤，用食人鱼溶液清洁裸露的二氧化硅微纳光纤，使得微纳光纤表面的羟基完全暴露出来；

31、s202.先将清洁后的二氧化硅微纳光纤依次浸泡于去离子水、无水乙醇溶液中；

32、s203.再将二氧化硅微纳光纤浸泡于aptes溶液中使光纤表面氨基化；

33、s204.接着将二氧化硅微纳光纤依次浸泡于无水乙醇溶液和ws2溶液；

34、s205.然后将二氧化硅微纳光纤再依次浸泡于去离子水和金纳米双锥溶液,氨基与金纳米双锥上的羧基发生共价反应，金纳米双锥逐渐结合到光纤表面，修饰完成；

35、s206.最后将修饰完的二氧化硅微纳光纤放于烘箱中烘干，即得到微纳光纤生物传感器。

36、从上述描述可以看出，该制备方案具备以下优点：

37、将微纳光纤表面通过浸泡食人鱼溶液、无水乙醇、aptes溶液，使得微纳光纤表面硅烷化，再通过au-s键共价耦合金纳米双锥，制备方法简单，制备原料无毒性，生物应用安全性高。

38、为实现上述技术目的，本发明提供的另两种技术方案是：

39、所述微纳光纤生物传感器在制备诊断前列腺癌的产品中的应用。

40、使用所述微纳光纤生物传感器，体外检测前列腺癌细胞外泌体与适配体结合产生的光谱漂移。

41、从上述描述可以看出，上述两种微纳光纤生物传感检测方法均具备以下优点：

42、1、传感器通过修饰制备的金纳米双锥检测前列腺癌细胞外泌体与适配体结合产生的光谱漂移，检测灵敏度高，可直接实际应用于前列腺癌细胞外泌体的低检测限检测。

43、2、当采用微纳光纤进行传感时，能够对微纳光纤增敏，利用锥形微纳光纤侧面的倏逝波对外界环境变化敏感的特性，从而实现对前列腺癌外泌体与适配体的特异性结合所引起的适配体构象变化进行检测。