[發明專利]一種基于碳納米管的表面增強拉曼散射探針及其制備方法

有效

• 申請號: 201210201403.3
• 申請日: 2012-06-18
• 公開（公告）號: CN102749317A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 王著元;陳鵬;崔一平
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 湯志武

技術領域

本發明屬于納米材料學和生物分析化學領域，具體涉及一種表面增強拉曼散射探針及其制備方法。

背景技術

近年來，隨著納米材料制備、表征等技術的高速發展，基于納米材料的光學探針以其獨特的光學性質及小尺寸的特點在生物傳感、生物成像與生物檢測領域的重大應用前景引起了人們的廣泛關注。各種結構和材料的光學探針層出不窮，極大地提高了探測的靈敏度和檢測范圍，有效的改善了生物、化學領域的研究手段。

在光學探測技術中，熒光探測技術快速且簡單，并在生物傳感、藥物研發、腫瘤診斷治療等領域中得到廣泛應用。但是它存在光漂白、發射譜寬等問題，制約了其在某些探測領域中的進一步應用。

近幾年來表面增強型拉曼散射技術（SERS）作為一種興起的光學探測技術，自發現以來的短短幾年內就得到了飛速發展，由于其能對吸附在粗糙的金屬表面的分子的拉曼信號進行了極大的增強而受到了廣泛的關注。相對于熒光探測技術,表面增強拉曼散射不會被光漂白且譜線更窄，同是又具有高分辨率、超靈敏性和高結構信息等特點,被人們稱為指紋光譜被廣泛地應用在環境檢測、細胞分析和抗原免疫檢測等領域。

近十年來，碳納米管作為一種特殊的一維納米結構，憑借其良好的機械性能，電學性能，光學性能而得到廣泛的研究。例如碳納米管較高的長徑比和負載能力被廣泛的用于納米藥物載體技術中，優異的導電性則被應用于電極中等。目前基于碳納米管和金屬納米粒子復合物的納米粒子成為碳納米管研究的一個熱點。

盡管關于SERS探針的結構和制備方法已有大量報道，但能適用于生物活體的探針并不多，并且制備方法較為繁瑣，靈敏度、穩定性和生物兼容性尚有待進一步提高。目前基于碳納米管/金屬納米粒子復合結構的研究多數應用在電化學檢測領域，作為SERS探針的研究很少，它們主要以長鏈型單壁或者多壁碳納米管為模板，通過共價鍵方式連接金屬納米粒子，制備方法較為繁瑣，穩定性差，表面增強型拉曼散射信號強度低，而且由于其尺寸大，生物兼容性較差。然而本發明使用的是以短多壁碳納米管作為模板，在對碳納米管所酸化處理后，使其帶上負電荷，然后使用正電荷聚合物聚丙烯胺鹽酸鹽透過靜電方式包裹在碳納米管表面，再通過靜電吸附方式修飾金屬納米粒子，本發明采用靜電吸附方式合成探針簡化了制備步驟，提高了碳納米管表面修飾金屬納米粒子的密度且有效的提高了碳納米管/金屬納米粒子復合結構的穩定性、表面增強型拉曼散射的信號強等，聚合物包裹碳納米管和混酸處理剪切碳納米管大大地提高了本探針的生物兼容性。

發明內容

技術問題：本發明提供了一種具有一維結構特性，靈敏度高，穩定性和生物兼容性好的基于碳納米管的表面增強拉曼散射探針。本發明還提供了一種操作簡單、可重復性好、成本低廉并且環境友好的基于碳納米管的表面增強拉曼散射探針的制備方法。

技術方案：本發明的基于碳納米管的表面增強拉曼散射探針，包括芯層、吸附在所述芯層外部的包裹層和吸附在所述包裹層外部的表面增強型拉曼散射標記物，芯層由表面包裹有一層帶正電性的聚丙烯胺鹽酸鹽的碳納米管組成，包裹層為金屬納米粒子構成的金屬納米粒子層。

本發明中，表面增強型拉曼散射標記物布滿包裹層的整個外表面。

本發明中，碳納米管為短多壁碳納米管。

本發明中，金屬納米粒子為金納米粒子、銀納米粒子或金銀復合金屬納米粒子。

本發明中，表面增強型拉曼散射標記物為4-巰基苯甲酸分子、5,5-二硫代雙2-硝基苯甲酸分子、4-氨基苯硫酚、4-甲氧基苯硫酚或2-萘硫酚。

本發明的基于碳納米管的表面增強拉曼散射探針利用吸附在碳納米管上的密集金屬納米粒子作為SERS基底，其表面粗糙且具有多孔結構特性在激發光照射下，能夠產生較強的表面增強型拉曼散射信號。

本發明的制備基于碳納米管的表面增強型拉曼散射探針的方法，包括以下步驟：

1）制備具有水溶性的羧基功能化的碳納米管：

將碳納米管按照質量體積比0.5mg：1mL~1mg：1mL的比例加入到硫酸和硝酸混合溶液中，使用超聲波清洗儀超聲處理4~8小時，然后加入到裝有聚四氟乙烯濾膜的抽濾瓶中使用去離子水過濾清洗至pH值為6~7，得到水溶性的羧基功能化的碳納米管，所述硫酸和硝酸混合溶液是由質量百分比濃度為96%~98%的濃硫酸和質量百分比濃度為65%~68%的濃硝酸按照體積比1：1~3：1混合而成；

2）制備金屬納米粒子溶液：

采用檸檬酸三鈉還原法制備金納米粒子或銀納米粒子，或采用化學還原法制備金核銀殼納米粒子，得到金屬納米粒子溶液；