一種多層核殼結(jié)構的表面增強拉曼探針及制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于納米材料領域，尤其涉及一種多層核殼結(jié)構的表面增強拉曼探針及其制備方法。
【背景技術】
[0002]拉曼光譜是一種表征分子振動的指紋光譜。納米金屬結(jié)構在入射電場的作用下，形成等離激元共振，使得納米金屬結(jié)構表面吸附的分子的拉曼光譜得到極大增強，具有超高的靈敏度。此即為表面增強拉曼散射效應?；诒砻嬖鰪娎庾V(SERS)的檢測技術具有快速、樣品處理簡單、適用廣泛、無損、高效等特點。近年來，結(jié)合了拉曼分子和金屬納米微結(jié)構(即SERS基底)的新型拉曼探針受到越來越多的關注。在SERS基底上標記不同拉曼分子，可以得到具有不同信號的超靈敏拉曼探針，并有望實現(xiàn)多指標的應用，例如基于SERS的側(cè)流層析免疫檢測以及其他多指標分子檢測方法。
[0003]目前應用最廣泛的SERS基底是納米金顆粒。傳統(tǒng)的探針是將拉曼分子吸附在金顆粒表面，增強效果一般、檢測信號重復性差、顆粒易團聚，同時，由于不同拉曼分子在顆粒表面的吸附具有競爭性，同一顆粒表面難以穩(wěn)定并可控地標記不同拉曼分子。因此，制備一種拉曼信號強、膠體穩(wěn)定性高、拉曼信號重復性好，特別是能夠適用于不同拉曼分子標記、且實現(xiàn)標記信號的組合編碼的納米金顆粒是一個迫切的技術問題。經(jīng)對現(xiàn)有技術的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，Dong-Kwon Lim 等人(Lim D K, Jeon K S，Hwang J H, et al.Nature nanotechno Iogy, 2011,6(7):452-460)制備了具有1.2nm縫隙的核殼金納米顆粒，通過將特制的DNA和拉曼分子包裹在縫隙結(jié)構中，可以得到具有較強拉曼信號的金納米顆粒。其不足在于:需要使用DNA，制備方法較復雜，且顆粒僅有一層縫隙結(jié)構、每個顆粒的縫隙結(jié)構內(nèi)只能包裹一種拉曼分子，無法實現(xiàn)拉曼信號標記的組合編碼。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于現(xiàn)有技術的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術問題是發(fā)明具有拉曼信號強、拉曼信號重復性好、能夠同時進行多種拉曼分子標記、且實現(xiàn)標記信號的組合編碼、制備簡單的納米金顆粒的制備方法。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種多層核殼結(jié)構的表面增強拉曼探針，其具有金納米核，所述金納米核的外部分布有一層或多層拉曼分子層和一層或多層金殼層，其中第奇數(shù)層為所述拉曼分子層，第偶數(shù)層為所述金殼層，所述拉曼分子層位于所述金納米核的外表面，或者位于其前面一層所述金殼層的外表面，所述金殼層位于其前面一層所述拉曼分子層的外表面。
[0006]進一步的，所述核殼結(jié)構的表面增強拉曼探針，其每層拉曼分子層中的拉曼分子包括但不限于對二巰基苯、對甲苯硫酚、對氨基苯硫酚或2-萘硫醇中的一種。
[0007]進一步的，所述核殼結(jié)構的表面增強拉曼探針，其拉曼分子層的厚度均小于等于5nm0
[0008]進一步的，所述核殼結(jié)構的表面增強拉曼探針，其拉曼分子層的層數(shù)為兩層，金殼層的層數(shù)為兩層。
[0009]進一步的，所述核殼結(jié)構的表面增強拉曼探針，其金殼層的厚度均為10-40nm。
[0010]一種制備所述核殼結(jié)構的表面增強拉曼探針的方法，包括如下步驟:
[0011]步驟一:制備以表面活性劑為穩(wěn)定劑的所述金納米核；
[0012]步驟二:在所述金納米核的外表面修飾一層或多層所述拉曼分子層和一層或多層所述金殼層，其中第奇數(shù)層為所述拉曼分子層，第偶數(shù)層為所述金殼層，所述第一層拉曼分子層位于所述金納米核的外表面，其余每層所述拉曼分子層位于其前面一層所述金殼層的外表面，每層所述金殼層位于其前面一層所述拉曼分子層的外表面。
[0013]進一步的，所述步驟二分為以下步驟:
[0014]a、在所述金納米核的外表面修飾一層拉曼分子層，獲得第一金納米顆粒；
[0015]b、在步驟a所得的第一金納米顆粒的外表面貼覆一層金殼層，獲得第二金納米顆粒；
[0016]C、在步驟b中所得的第二金納米顆粒的外表面修飾又一層拉曼分子層，獲得第三金納米顆粒；
[0017]d、在步驟c中所得的第三金納米顆粒的外表面貼覆又一層金殼層，獲得第四金納米顆粒。
[0018]以上步驟可交替重復已獲得所需層數(shù)的金納米顆粒。
[0019]進一步的，上述制備方法具體包括如下步驟:
[0020]步驟一:將0.04mg的金納米核顆粒加入到表面活性劑的水溶液里，離心，重分散在表面活性劑的水溶液中，得到以表面活性劑為穩(wěn)定劑的所述金納米核I ;
[0021]步驟二:在所述金納米核I中加入50uL 2mmol/L拉曼分子溶液，混合震蕩30分鐘后，離心，重分散在200uL表面活性劑的水溶液中，重復三次，制備得到在所述金納米核的外表面修飾有一層拉曼分子層2的第一金納米顆粒，即第一納米金顆粒的第一層為拉曼分子層2 ；
[0022]步驟三:將所述第一金納米顆粒加入到4mL表面活性劑的水溶液、200uL4.86mmol/L氯金酸溶液、200uL 40mmol/L還原劑混合的生長液中，得到在所述第一金納米顆粒的外表面貼覆有一層金殼層3的所述第二金納米顆粒，即第二納米金顆粒的第一層為拉曼分子層2，第二層為金殼層3 ;
[0023]步驟四:在400uL所述第二金納米顆粒中加入50uL 2mmol/L拉曼分子溶液，混合震蕩30分鐘后，離心，重分散在200uL表面活性劑的水溶液中，重復三次，得到在所述第二金納米顆粒的外表面修飾有又一層拉曼分子層4的所述第三金納米顆粒，即第三納米金顆粒的第一層為拉曼分子層2，第二層為金殼層3，第三層為拉曼分子層4 ;
[0024]步驟五:將所述第三金納米顆粒加入到4mL 0.lmol/L表面活性劑溶液、200uL4.86mmol/L氯金酸溶液、200uL 40mmol/L還原劑混合的生長液中，得到在所述第三金納米顆粒的外表面貼覆有又一層金殼層5的所述第四金納米顆粒，即第四納米金顆粒的第一層為拉曼分子層2，第二層為金殼層3，第三層為拉曼分子層4，第四層為金殼層5 ;
[0025]以上步驟可交替重復已獲得所需層數(shù)的金納米顆粒。
[0026]進一步的，所述金納米核顆粒的制備方法包括但不限于檸檬酸鈉熱還原法、種子生長法、聚乙烯吡咯烷酮保護還原法或紫外光引發(fā)還原法。
[0027]進一步地，所述金納米核的形狀包括但不局限于球、棒或三角碟。
[0028]進一步的，所述表面活性劑包括但不限于十六烷基氯化銨、十六烷基溴化銨或聚乙烯吡咯烷酮。
[0029]進一步的，所述還原劑包括但不限于抗壞血酸、鹽酸羥胺或甲醛。
[0030]本發(fā)明的有益效果在于:當兩個納米金屬結(jié)構相距很近時，其等離激元共振形成的電場相互疊加，形成“熱點”區(qū)域。處于“熱點”區(qū)域中的分子的拉曼信號將被極大地增強。本發(fā)明的結(jié)構使得金納米核和第一層金殼層之間的縫隙、相鄰金殼層之間的縫隙都成為了拉曼增強的“熱點”區(qū)域，拉曼分子存在縫隙中，使得產(chǎn)生的SERS信號很強。其次，由于拉曼分子處于顆粒內(nèi)部、被金殼層保護，不受顆粒外環(huán)境的影響，有助于保持拉曼信號的穩(wěn)定一致。此外不同拉曼分子層內(nèi)的拉曼分子可以相同或不同，因此，通過調(diào)節(jié)不同拉曼分子層內(nèi)拉曼分子的種類和含量，可以方便地實現(xiàn)拉曼信號的組合編碼。因此本發(fā)明獲得的多層核殼結(jié)構的表面增強拉曼探針具有拉曼信號強、信號重復性好、能夠適用于不同拉曼分子標記的組合編碼、制備簡單等優(yōu)點，可用于超靈敏拉曼檢測技術和多指標分子檢測應用。
[0031]以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明，以充分說明本發(fā)明的目的、技術特征和技術效果。
【附圖說明】
[0032]圖1是本發(fā)明所提出的多層核殼結(jié)構的表面增強拉曼探針的結(jié)構示意圖；
[0033]圖2是本發(fā)明所實現(xiàn)的多層核殼結(jié)構的表面增強拉曼探針的拉曼光譜，所用拉曼分子為對甲苯硫酚；
[0034]圖3是本發(fā)明所實現(xiàn)的多層核殼結(jié)構的表面增強拉曼探針的拉曼光譜，所用拉曼分子為對二巰基苯；
[0035]圖4是本發(fā)明所實現(xiàn)的多層核殼結(jié)構的表面增強拉曼探針的拉曼光譜，探針依實施例1-4所述方法制備，所用拉曼分子為對二巰基苯和對甲苯硫酚；
[0036]圖5示出了本發(fā)明所實現(xiàn)的多層核殼結(jié)構的表面增強拉曼探針及中間產(chǎn)物金顆粒的拉曼信號強度，探針依實施例1-4所述方法制備，所用拉曼分子為對二巰基苯和對甲苯硫酸。
【具體實施方式】
[0037]下面通過實施例對本發(fā)明作詳細說明。
[0038]實施例1
[0039]步驟一:將400uL lnmol/L的采用種子生長法制備得到的金納米核顆粒(粒徑為20nm)，加入到ImL 0.lmol/L十六烷基氯化銨溶液里，離心分離、重分散在400uL 0.lmol/L十六烷基氯化銨溶液中，得到以十六烷基氯化銨為穩(wěn)定劑的金納米核；
[0040]步驟二:在金納米核中加入50uL 2mmol/L對二巰基苯的乙醇溶液，混合震蕩30分鐘后，離心分離、重分散在200uL 0.lmol/L十六烷基氯化銨溶液中，重復三次，得到在金納米核的外表面修飾有一層拉曼分子層的第一金納米顆粒；
[0041]步驟三:將第一金納米顆粒加入到4mL 0.lmol/L十六烷基氯化銨溶液、200uL4.86mmol/L氯金酸溶液、200uL 40mmol/L抗壞血酸溶液混合的生長液中，振蕩攪拌，得到在第一金納米顆粒的外表面貼覆有一層金殼層的第二金納米顆粒；
[0042]步驟四:在400uL第二金納米顆粒中加入50uL 2mmol/L對二巰基苯的乙醇溶液，混合震蕩30分鐘后，離心分離，重分散在200uL 0.lmol/L十六烷基氯化銨溶液中，重復三次，得到在第二金納米顆粒的外表面修飾有又一層拉曼分子層的第三金納米顆粒；
[0043]步驟五:將第三金納米顆粒加入到4mL 0.lmol/L十六烷基氯化銨溶液、200uL4.86mmol/L氯金酸溶液、200uL 40mmol/L抗壞血酸溶液混合的生長液中，得到在第三金納米顆粒的外表面貼覆有又一層金殼層的第四金納米顆粒。
[0044]實施例2
[0045]步驟一:將400uL 0.05nmol/L的采用種子生長法制備得到的金納米核顆粒(粒徑為40nm)，加入ImL 0.lmol/L的十六烷基氯化銨溶液里，離心分離、重分散在400uL0.lmol/L十六烷基氯化銨溶液中，得到以十六烷基氯化銨為穩(wěn)定劑的金納米核；
[0046]步驟二:在金納米核中加入50uL 2mmol/L對甲苯硫酸的乙醇溶液，混合震蕩30分鐘后，離心分離、重分散在200uL 0.lmol/L十六烷基氯化銨溶液中，重復三次，得到在金納米核的外表面修飾