CN108262488B - 一种金纳米颗粒修饰的纳米磁珠的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种金纳米颗粒修饰的纳米磁珠的制备方法，包括如下步骤：1)将四氧化三铁纳米磁珠分散于糖溶液中，在160‑220℃下水热反应，得到糖基化修饰的纳米磁珠；所述糖溶液为单糖溶液或寡糖溶液；2)糖基化修饰的纳米磁珠分散于柠檬酸三钠溶液中，然后加入氯金酸溶液进行还原反应，得到金纳米颗粒修饰的纳米磁珠。该制备工艺简单，所得的纳米磁珠表面修饰均匀，同时提高复合磁珠的稳定性及应用性能。
Description
技术领域
本发明涉及磁性纳米材料的制备领域，具体涉及一种金纳米颗粒修饰的纳米磁珠的制备方法。
背景技术
磁性纳米材料在医学检验、基因诊断、环境污染物分析、食品安全分析等领域获得长足的发展。目前，研究工作的热点集中于新型磁性纳米材料的制备，与其它一些纳米材料相比，磁性纳米材料具备可实现快速磁性分离的特点，从而极大的减少了样品前处理步骤。
将特定的金属纳米材料引入到磁性材料表面，可以有效地提高对磁性纳米材料生物分子的组装和吸附能力，提高了磁性纳米材料应用于分析测试的灵敏度并拓展了磁性纳米材料在医学诊断等领域应用范围。通过自组装(self-assembly)过程以及原位沉积(on-site deposition)过程可以在磁性纳米表面构筑多种金属纳米材料，并可以基于该平台发展多种金属沉积方案。基于这些方法将金属纳米颗粒与磁性材料构筑成为磁性纳米复合物将成为一种新型的磁性纳米复合物，不仅具备磁性材料的易分离特点也同时拥有金属纳米颗粒的高催化活性、高吸附能力等优点，能够为医学检验、基因诊断、食品安全快速的技术发展提供新型纳米材料。
许多文献报道了将金属颗粒修饰在纳米材料的表面，并对这些新型杂化材料的电学、磁学以及光学等性能进行了研究。在这些研究中，金纳米颗粒修饰的磁性纳米材料(以下简称MB@Au)具有广泛的应用前景包括催化剂、医学诊断、环境(食品)污染物痕量分析等领域。目前制备MB@Au的主要方法有自组装法、磁控溅射法、微乳液法、湿化学法、激光辐射法、种子生长法、超声化学法、化学还原法、Frens法等，采用上述制备方法有以下不足：合成过程过于苛刻，磁性微球表面包覆不均匀，且复合物的稳定性较差。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种金纳米颗粒修饰的纳米磁珠的制备方法，工艺简单，所得的纳米磁珠表面修饰均匀，同时提高复合磁珠的稳定性。
本发明所提供的技术方案为：
一种金纳米颗粒修饰的纳米磁珠的制备方法，包括如下步骤：
1)将四氧化三铁纳米磁珠分散于糖溶液中，在160-220℃下水热反应，得到糖基化修饰的纳米磁珠；所述糖溶液为单糖溶液或寡糖溶液；
2)糖基化修饰的纳米磁珠分散于柠檬酸三钠溶液中，然后加入氯金酸溶液进行还原反应，得到金纳米颗粒修饰的纳米磁珠。
上述技术方案中，采用单糖或者寡糖对四氧化三铁纳米磁珠进行糖基化修饰，使得纳米磁珠表面包覆上一层糖基，使其表面形成多空结构。然后，采用柠檬酸三钠和氯金酸，在糖基化修饰的纳米磁珠表面原位还原，金纳米粒子被原位还原并吸附进入糖基化磁珠表面多空结构中，得到金纳米颗粒修饰的纳米磁珠。
本发明中的四氧化三铁纳米磁珠的制备工艺可以采用现有的制备方法，例如:刘传勇.磁性四氧化三铁微球的溶剂热法制备及其二氧化硅包覆研究[D].青岛大学,2014。
作为优选，所述步骤1)中四氧化三铁纳米磁珠先采用酸溶液进行超声润洗。由于四氧化三铁纳米磁珠在制备过程中或者储藏过程中，表面会被氧化或者表面具有杂质，通过酸溶液进行超声润洗可以有效去除表面的杂质，避免杂质对金纳米颗粒修饰的纳米磁珠的性能造成影响。
作为优选，所述酸溶液为硝酸溶液。进一步优选，所述硝酸溶液的浓度为80-120mM。
作为优选，所述步骤1)中四氧化三铁纳米磁珠与糖的投料比为1g：0.1-0.5mol。进一步优选为1g：0.25-0.3mol。
作为优选，所述步骤1)中糖溶液的浓度为50-500mM。进一步优选为300-500mM。
作为优选，所述步骤1)中水热反应的时间为2-8h。
作为优选，所述步骤1)中得到糖基化修饰的纳米磁珠重复进行1-4次糖基化修饰。进一步优选为2-3次。重复进行是指：得到的糖基化修饰的纳米磁珠继续分散于糖溶液中，在160-220℃下水热反应，然后再次得到糖基化修饰的纳米磁珠，该工艺可以重复若干次，以获得不同厚度的糖基化包被。
作为优选，所述步骤1)中糖溶液为葡萄糖、木醛糖、阿拉伯糖、麦芽糖中一种或几种的溶液。由于上述的单糖或寡糖具有易溶解，能够在一定温度条件下发生焦糖化反应，使得能够在四氧化三铁纳米磁珠表面糖基化。
作为优选，所述步骤2)中还原反应具体包括：
2.1)将糖基化修饰的纳米磁珠分散于水中形成分散液；
2.2)将分散液加入到柠檬酸三钠溶液中，加热至沸腾，再加入氯金酸溶液反应10-15min，磁性分离，清洗，即得金纳米颗粒修饰的纳米磁珠。
作为优选，所述柠檬酸三钠溶液的浓度为2-2.5mM；所述氯金酸溶液质量浓度为0.8-1.2％；所述分散液的浓度为5-10mg/ml。
作为优选，所述分散液、柠檬酸三钠溶液与氯金酸溶液的体积比为1.8-2.2:140-160:1。进一步优选为2:150:1。
同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
(1)本发明的制备方法工艺简单，使得金纳米颗粒在纳米磁珠表面修饰均匀。
(2)本发明的制备方法由于引入了糖基化修饰，使得四氧化三铁纳米磁珠表面包覆了一层糖基化包被，能够提高金纳米颗粒修饰的纳米磁珠的稳定性。
(3)本发明的制备方法中糖基化修饰步骤可以重复进行，以获得不同厚度的糖基化包被。
(4)本发明的制备方法制备得到的金纳米颗粒修饰的纳米磁珠可广泛应用于医学和生物诊断、环境和食品安全痕量分析中。
附图说明
图1为实施例1中制备的四氧化三铁纳米磁珠的SEM图；
图2为实施例2中制备的糖基化修饰的纳米磁珠的SEM图；
图3为实施例2中制备的金纳米颗粒修饰的纳米磁珠的SEM图；
图4为实施例2中制备的金纳米颗粒修饰的纳米磁珠的EDX图；
图5为实施例3中制备的金纳米颗粒修饰的纳米磁珠的SEM图；
图6为对比例1中制备的磁性材料的SEM图；
图7为应用例2中以竞争法制备工作曲线。
具体实施方式
为更好理解本发明，下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述，以下实施例仅是对本发明进行说明而非对其加以限定。
实施例1：制备四氧化三铁纳米磁珠
四氧化三铁纳米磁珠的制备工艺参考(刘传勇.磁性四氧化三铁微球的溶剂热法制备及其二氧化硅包覆研究[D].青岛大学,2014.)进行，针对所得的四氧化三铁纳米磁珠进行SEM表征，如图1所示，直径在100～500nm，可知其表面圆润光滑。
实施例2：制备金纳米颗粒修饰的纳米磁珠
(1)称量20mg经0.1M硝酸超声润洗后洁净的四氧化三铁纳米磁珠，加入10ml的葡萄糖溶液(0.5M)，超声分散后移入水热釜中，拧紧罐体，移入烘箱中，加热至160度，反应4小时，取出冷却至室温。弃上清液后将底部材料磁性分离并以去离子水多次洗涤，去除杂质，得到糖基化修饰的纳米磁珠。
针对糖基化修饰的纳米磁珠进行SEM表征，如图2所示，直径为250nm～400nm，与图1中的四氧化三铁纳米磁珠形貌比较，可知糖基化磁珠表面明显有一层包裹物。
(2)取上述20mg糖基化修饰的纳米磁珠分散在2ml去离子水中形成分散液10mg/ml。配制质量分数1％的氯金酸溶液，配置150ml柠檬酸三钠溶液2.2mM，将上述糖基化修饰的纳米磁珠分散液置于柠檬酸三钠溶液中并煮沸后加入1ml氯金酸溶液，搅拌桨速度300转每分钟，搅拌15min。冷却至常温，取出磁性材料，以去离子水多次洗涤、磁性分离，获得最终产物金纳米颗粒修饰的纳米磁珠。
针对金纳米颗粒修饰的纳米磁珠进行SEM表征，如图3所示，粒径约为250nm，未经金纳米修饰的糖基化修饰的纳米磁珠表面相对光滑，而经过金纳米修饰的纳米磁珠表面呈现明显的纳米颗粒物，且粒径相对均匀，直径约为20nm。
针对金纳米颗粒修饰的纳米磁珠进行EDX表征，如图4和表1所示，存在于纳米磁珠表面的主要元素是C、O、Fe和Au，其中C和O应是来源于纳米磁珠表面糖基化的效果，而Fe则是来自纳米磁珠本身的铁基成分，纳米磁珠表面的金含量在4.99％。显示出纳米磁珠表面的金含量比较高。
表1、金纳米颗粒修饰的纳米磁珠表面元素含量分布浓度
本发明通过糖基化的纳米磁珠在氯金酸溶液中实现原位还原沉积，从而制备了新型纳米复合材料。
实施例3：制备金纳米颗粒修饰的纳米磁珠
参考实施例2进行试验，不同之处在于，步骤(1)重复2次，进行2次糖基化修饰，所得的金纳米颗粒修饰的纳米磁珠的SEM如图5所示，与图3比较，糖基化包被厚度明显增加。
实施例4：制备金纳米颗粒修饰的纳米磁珠
(1)称量50mg经0.1M硝酸超声润洗后洁净的四氧化三铁纳米磁珠，加入50ml的阿拉伯糖溶液(0.3M)，超声分散后移入水热釜中，拧紧罐体，移入烘箱中，加热至180度，反应8小时，取出冷却至室温。弃上清液后将底部材料磁性分离并以去离子水多次洗涤，去除杂质，得到糖基化修饰的纳米磁珠。
(2)取上述10mg糖基化修饰的纳米磁珠分散在2ml去离子水中形成分散液5mg/ml。配制质量分数1％的氯金酸溶液，配置150ml柠檬酸三钠溶液2.2mM，将上述糖基化修饰的纳米磁珠分散液置于柠檬酸三钠溶液中并煮沸后加入1ml氯金酸溶液，搅拌桨速度300转每分钟，搅拌15min。冷却至常温，取出磁性材料，以去离子水多次洗涤、磁性分离，同样获得产物金纳米颗粒修饰的纳米磁珠。
实施例5：制备金纳米颗粒修饰的纳米磁珠
参考实施例2进行试验，不同之处在于，糖溶液换成麦芽糖溶液，同样获得产物-金纳米颗粒修饰的纳米磁珠。
实施例6：制备金纳米颗粒修饰的纳米磁珠
参考实施例2进行试验，不同之处在于，糖溶液换成木醛糖溶液，同样获得产物-金纳米颗粒修饰的纳米磁珠。
对比例1：制备磁性材料
参考实施例2进行试验，不同之处在于，省去步骤(1)糖基化修饰步骤，直接将20mg四氧化三铁纳米磁珠分散在2ml去离子水中形成分散液10mg/ml。
配制质量分数1％的氯金酸溶液，配置150ml柠檬酸三钠溶液2.2mM，将上述分散液置于柠檬酸三钠溶液中并煮沸后加入1ml氯金酸溶液，搅拌桨速度300转每分钟，搅拌15min。冷却至常温，取出磁性材料，以去离子水多次洗涤、磁性分离，获得最终产物纳米磁珠表面无法修饰金纳米颗粒，如图6所示。
应用例1：在化学发光免疫检测中的应用
(1)取实施例2中合成的金纳米颗粒修饰的纳米磁珠10mg，磁性分离去水后重新分散于50ml去离子水中，超声波震荡3min后移入三颈烧瓶中，水浴加热70℃后，使用机械搅拌机，并加入0.2ml丙烯酸，2g过硫酸钠，反应1h后再加入0.2ml丙烯酸，持续反应1h时后终止反应(反应全程通入氮气保护)。使用去离子水以及超声波震荡洗涤3次，得到羧基化后的金纳米颗粒修饰的纳米磁珠。用1ml去离子水重新分散在去离子水中，定容至最终浓度为10mg/ml。
(2)取上述羧基化后的金纳米颗粒修饰的纳米磁珠分散液100ml，加入一定量的偶联剂将其和胃泌素抗体偶联，形成备用的免疫活性磁珠。
基于全自动化学发光检测仪实时检测人血清中的胃泌素含量。与普通羧基化磁珠相比，同等底物浓度下，可增强化学发光信号值2-5倍。
应用例2：检测贝类毒素冈田酸
(1)取实施例2中合成的金纳米颗粒修饰的纳米磁珠，配制成10μl分散液(1mg/ml)，加入100μl羊抗鼠IgG(二抗，浓度为初始浓度60000倍稀释)，混匀上摇床室温60分钟包被羊抗鼠IgG，得到抗体包被磁珠。
(2)使用1％BSA作为包被液包被磁珠，混匀上摇床室温60分钟。
(3)磁性分离，洗涤多次，将上述的抗体包被磁珠分散于PBS缓冲液中。
(4)调整溶液的pH值与离子强度，同时加入50μl冈田酸酶标抗体(原浓度16000倍稀释)，稀释成不同浓度冈田酸标准品100μl以及50ul酶标抗原(原浓度4000倍稀释)。上摇床免疫反应30分钟，室温。经磁分离多次洗涤后加显色底物进行显色反应，显色完成后，磁性分离，移出上清液，并及时加入50μl反应终止液，在96孔酶标板上，设置酶标仪参数，吸收波长灯光，以竞争法制备工作曲线，如图7所示，完成检测。
Claims (7)
1.一种金纳米颗粒修饰的纳米磁珠的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将四氧化三铁纳米磁珠分散于糖溶液中，在160-220℃下水热反应，得到糖基化修饰的纳米磁珠；所述糖溶液为单糖溶液或寡糖溶液；
2)糖基化修饰的纳米磁珠分散于柠檬酸三钠溶液中，然后加入氯金酸溶液进行还原反应，得到金纳米颗粒修饰的纳米磁珠，
步骤2)中还原反应具体包括：
2.1)将糖基化修饰的纳米磁珠分散于水中形成分散液；
2.2)将分散液加入到柠檬酸三钠溶液中，加热至沸腾，再加入氯金酸溶液反应10-15min，磁性分离，清洗，即得金纳米颗粒修饰的纳米磁珠；
所述柠檬酸三钠溶液的浓度为2-2.5mM；所述氯金酸溶液质量浓度为0.8-1.2％；所述分散液的浓度为5-10mg/ml；
所述分散液、柠檬酸三钠溶液与氯金酸溶液的体积比为1.8-2.2:140-160:1。
2.根据权利要求1所述的金纳米颗粒修饰的纳米磁珠的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中四氧化三铁纳米磁珠先采用酸溶液进行超声润洗。
3.根据权利要求2所述的金纳米颗粒修饰的纳米磁珠的制备方法，其特征在于，所述酸溶液为硝酸溶液。
4.根据权利要求1所述的金纳米颗粒修饰的纳米磁珠的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中四氧化三铁纳米磁珠与糖的投料比为1g：0.1-0.5mol。
5.根据权利要求1所述的金纳米颗粒修饰的纳米磁珠的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中糖溶液的浓度为50-500mM。
6.根据权利要求1所述的金纳米颗粒修饰的纳米磁珠的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中得到糖基化修饰的纳米磁珠重复进行1-4次糖基化修饰。
7.根据权利要求1所述的金纳米颗粒修饰的纳米磁珠的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中糖溶液为葡萄糖、木醛糖、阿拉伯糖、麦芽糖中一种或几种的溶液。
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