專利名稱：一種碳納米管拉曼探針的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種功能化碳納米管拉曼探針的制備方法，具體是將具有拉曼增強(qiáng)效應(yīng)及良好生物相容性的金顆粒包覆在碳納米管表面，再在其表面修飾上介孔氧化硅球，屬于納米復(fù)合材料制備的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
表面增強(qiáng)拉曼散射技術(shù)為生命科學(xué)及單分子水平上研究生命活動(dòng)的規(guī)律、疾病的發(fā)生與發(fā)展、藥物與機(jī)體的相互作用等方面提供一個(gè)很好的分析和檢測(cè)的手段。依據(jù)是否利用拉曼標(biāo)記分子，可分為非標(biāo)記直接檢測(cè)和拉曼標(biāo)記的間接檢測(cè)。非標(biāo)記方法得到的是待測(cè)物質(zhì)本身的拉曼光譜，主要用于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，而拉曼標(biāo)記方法是通過(guò)標(biāo)記分子的拉曼光譜間接地檢測(cè)出蛋白質(zhì)與其配體間的相互作用。盡管目前已有許多高靈敏度的拉曼探針的報(bào)道，但具有良好穩(wěn)定性和生物兼容性的探針卻不多見(jiàn)。人們常常用具有拉曼散射活性的染料分子修飾于納米金或銀顆粒表面做探針，但這類探針散射截面積小，拉曼特征峰低， 以至于檢測(cè)結(jié)果不能定量，靈敏度僅達(dá)到nM級(jí)，甚至達(dá)不到熒光標(biāo)記法的靈敏度(Z. Chen,
S.M Tabakman, A. P. Goodwin, et al. Nature Biotechnology, 2008, 26 :1285-1292)。碳納米管由于具有獨(dú)特的一維納米結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的導(dǎo)電性能，強(qiáng)而單一的拉曼散射信號(hào)、以及比其他有機(jī)分子更強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性，是良好的拉曼探針。然而碳納米管表面沒(méi)有活性鍵和基團(tuán)， 又不溶于水和有機(jī)溶劑，所以必需對(duì)其進(jìn)行化學(xué)修飾。金納米粒子具有小尺寸效應(yīng)、良好的穩(wěn)定性、光學(xué)效應(yīng)以及特殊的生物親和效應(yīng)，在催化、非線性光學(xué)、生物傳感以及DNA測(cè)序等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景，故將金納米粒子組裝于碳納米管的外壁或?qū)⑵涮畛淙胩技{米管管內(nèi)進(jìn)行了廣泛的研究 (N. Chopra, M. Majumder, B. J. Hinds. Adv. Func. Mater. , 2005,15 (5) :858-864 ；A. V. Ellis, K.Vijayamohanan, R. Goswami, et al. Nano. Lett. ,2003, 3(3) :279-282 ;Linqin Jiang, Lian Gao. Carbon，2003，41 (15)，2923-2929)。介孔氧化硅由于具有極高比表面積、規(guī)則有序的孔道結(jié)構(gòu)、集中的孔徑分布，特別是在水溶液中具有極好的分散性能、優(yōu)良的生物相容性以及較高的吸附容量，將介孔氧化硅修飾在碳納米管表面可以解決碳納米管在各方面應(yīng)用中所遇的問(wèn)題(張磊，喬世璋，閻子峰等，中國(guó)科學(xué)，2008，53 (17) :2014 2018)。雖然有很多關(guān)于納米金修飾碳納米管、及氧化硅修飾碳納米管的報(bào)道，但目前尚沒(méi)有關(guān)于介孔氧化硅、納米金同時(shí)修飾碳納米管的復(fù)合材料制備的報(bào)道。本發(fā)明選用新的修飾劑將納米金組裝到碳納米管表面以增強(qiáng)拉曼信號(hào)，再在其表面進(jìn)一步修飾上介孔硅球以增大探針對(duì)檢測(cè)物的吸附量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種碳納米管拉曼探針的制備方法。主要特征是以月桂酸硫脲咪唑啉季銨鹽(SUDEI)為修飾劑先在碳納米管表面包覆一層納米金顆粒，再用粒徑在40 120nm、孔徑為2. 5 6nm的介孔氧化硅球?qū)ζ溥M(jìn)行進(jìn)一步的修飾，形成珠串狀結(jié)構(gòu)。所得的功能化碳納米管探針親水性強(qiáng)，穩(wěn)定性好，具有生物相容性。本發(fā)明制備方法的技術(shù)方案如下(I)MWNT的處理及截短將I. Og的多壁碳納米管和IOOmL濃HNO3W入四口燒瓶中，超聲分散20min后，在 140°C硅油中回流8h。隨后自然冷卻至室溫。產(chǎn)物用去離子水洗滌至中性,烘干備用。取O. Olg酸處理后的多壁碳納米管，在4. OOg(NH4)2S2O8與96%mH2S04 50ml的混合溶液中超聲分散8h。用去離子水稀釋后，砂芯漏斗抽濾并洗滌2 3遍，烘干備用。(2) SUDEI 修飾 MWNTs將50mg SUDEI溶于25mL超純水中，隨后加入50mg酸化處理的MWNTs，超聲分散 20min后，用攪拌器攪拌4h，洗滌并抽濾，真空干燥或60°C下烘干12h，備用。 ⑶Au修飾的MWNTs的制備取濃度為lmg/mL的氯金酸5mL加入41. 5mL的超純水，在冰水浴條件下攪拌加入 IOmM冰硼氫化鈉溶液3. 5mL, IOmin后加入IOmg SUDEI/MWNTs，超聲分散20min，再繼續(xù)攪拌 4h，離心分離后加4ml超純水靜置保存。(4)介孔SiO2包覆Au修飾MWNTs的制備首先，將O. 05g CTAB與15mL超純水加入三口燒瓶中，在60°C條件下攪拌至溶解完全。其次，分別依次加入4mL SUDEI/MWNTiAu, 12. 6g正辛烷，O. Olg L-賴氨酸，及O. 2gTE0S。 在60°C下反應(yīng)3h后靜置12h。醇洗3遍離心即可。本發(fā)明提供的功能化碳納米管拉曼探針的特點(diǎn)是(I)探針親水性好，在水溶液中容易分散(2)所得的探針具有增強(qiáng)拉曼信號(hào)的作用(3)本發(fā)明的制備方法同樣適用于單壁碳納米管


圖I本發(fā)明提供的制備功能化碳納米管拉曼探針的工藝流程圖2所得的Au修飾多壁碳納米管的透射電鏡照片
圖3介孔Si02包覆Au修飾MWNTs的投射電鏡照片圖4介孔Si02包覆Au修飾MWNTs的掃描電鏡照片圖5功能化碳納米管拉曼探針的拉曼光譜圖
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I(I)將I. Og的多壁碳納米管和IOOmL濃HNO3W入四口燒瓶中，超聲分散20min后， 在140°C硅油中回流8h。隨后自然冷卻至室溫。產(chǎn)物用去離子水洗滌至中性,烘干備用。(2)將50mg SUDEI溶于25mL超純水中，加入50mg酸化處理的MWNTs，先用攪拌器攪拌4h，再超聲20min，抽濾并干燥，產(chǎn)品備用。(3)取濃度為lmg/mL的氯金酸5ml加入41. 5mL的超純水，在冰水浴攪拌中加入 IOmM冰硼氫化鈉溶液3. 5mL, IOmin后加入IOmg SUDEI/MWNTs，超聲20min，室溫下攪拌4h， 離心后加4ml超純水靜置保存。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。由圖可見(jiàn)，碳納米管的外表面包裹上了一層納米金顆粒，金的粒徑比較均勻，尺寸大約在IOnm左右。(4)將O. 05g CTAB加入15mL超純水在60°C攪拌至溶解完全。其次，分別依次加 Λ 4ml SUDEI/MWNT(gAu，12·6g正辛烷，0·01g L-賴氨酸，及 O. 2g TEOS0 在 60°C下反應(yīng) 3h 后靜置12h。醇洗三遍后離心分離即可。典型結(jié)果見(jiàn)圖3和4。由掃描電鏡及透射電鏡的結(jié)果清晰可見(jiàn)，IOOnm左右的氧化硅球鑲嵌于Au修飾的碳納米管表面，形成珠串狀的結(jié)構(gòu)， 透射電鏡的結(jié)果證實(shí)了氧化硅內(nèi)部具有孔道結(jié)構(gòu)。實(shí)施例2本實(shí)施例是在實(shí)施例I中的基礎(chǔ)上改變修飾劑SUDEI的濃度。(I)將I. Og的多壁碳納米管和IOOmL濃HNO3W入四口燒瓶中，超聲分散20min后， 在140°C硅油中回流8h。隨后自然冷卻至室溫。產(chǎn)物用去離子水洗滌至中性,烘干備用。(2)將25mg SUDEI溶于25mL超純水中，加入50mg酸化處理的MWNTs，先用攪拌器攪拌4h，超聲20min，抽濾并干燥，產(chǎn)品備用。(3)取濃度為lmg/mL的氯金酸5mL加入41. 5mL的超純水，在冰水浴攪拌中加入 IOmM冰硼氫化鈉溶液3. 5mL, IOmin后加入IOmg SUDEI/MWNTs，超聲20min，室溫下攪拌4h， 離心后加4ml超純水靜置保存。(4)將O. 05g CTAB加入15mL超純水在60°C攪拌至溶解完全。其次，分別依次加 Λ 4ml SUDEI/MWNT(gAu，12·6g正辛烷，0·01g L-賴氨酸，及 O. 2g TEOS0 在 60°C下反應(yīng) 3h 后靜置12h。醇洗三遍后離心分離即可。實(shí)施例3本實(shí)施例是在實(shí)施例I中的基礎(chǔ)上改變CTAB的量。按實(shí)施例I的工藝過(guò)程制備納米Au修飾的碳納米管，離心洗滌后加4mL超純水靜置保存。隨后，將O. Ig CTAB加入15mL超純水在60°C攪拌至溶解完全。其次，分別依次加入 4mL SUDEI/MWNT(gAu，12·6g正辛烷，0·01g L-賴氨酸，及 O. 2g TEOS0 在 60°C下反應(yīng) 3h 后靜置12h。。醇洗三遍后離心分離即可。實(shí)施例4本實(shí)施例是在實(shí)施例I中的基礎(chǔ)上改變正辛烷與水的比例。按實(shí)施例I的工藝過(guò)程制備納米Au修飾的碳納米管，離心洗滌后加4mL超純水靜置保存。隨后，將0.05g CTAB加入15mL超純水在60°C攪拌至溶解完全。其次，分別依次加入 4mL SUDEI/MWNT(Mu，0·71g正辛烷，0·01g L-賴氨酸，及 O. 2g TEOS0 在 60°C下反應(yīng) 3h 后靜置12h。醇洗三遍后離心分離即可。實(shí)施例5本實(shí)施例是以對(duì)巰基苯胺(4-ATP)為分析物，考察實(shí)施例I中的碳納米管探針對(duì)它的吸附性質(zhì)并測(cè)試其拉曼光譜(633nm的紅光激發(fā)，功率17mW)。將實(shí)施例I中的樣品5毫克加至IJ 2mL對(duì)巰基苯胺中(O. 025M)，震蕩15min 6h， 然后離心分離，所得沉淀真空干燥后用于拉曼測(cè)試，每個(gè)樣品在不同位置進(jìn)行測(cè)量，典型的測(cè)試結(jié)果如圖5所示。由圖可見(jiàn)，碳納米管經(jīng)Au及介孔氧化硅修飾后，依然具有碳納米管明顯的特征拉曼峰，1580CHT1為MWNT的石墨峰，1350cm_1對(duì)應(yīng)于MWNT的缺陷峰。除此之外， 樣品中某些位置的光譜在1078CHT1及1610CHT1處出現(xiàn)了峰，他們分別對(duì)應(yīng)于對(duì)巰基苯胺的 C-S鍵、C-C鍵的振動(dòng)，這也證明了所制備的碳納米管拉曼探針具有較好的吸附性能。
權(quán)利要求
1.一種碳納米管拉曼探針的制備方法，其特征在于先在多壁碳納米管(MWNTs)表面修飾納米金，再用粒徑為50 IOOnm的介孔氧化硅球?qū)ζ溥M(jìn)行進(jìn)一步的修飾，形成珠串狀的結(jié)構(gòu)。
2.按權(quán)利要求I所述的一種碳納米管拉曼探針的制備方法，其特征在于碳納米管經(jīng)酸處理后，用月桂酸硫脲咪唑啉季銨鹽(SUDEI)進(jìn)行表面修飾，然后在碳納米管表面原位包覆上一層納米金顆粒。
3.按權(quán)利要求2所述的一種納米金顆粒修飾碳納米管的制備方法，其特征在于利用月桂酸硫脲咪唑啉季銨鹽表面的羰基硫鍵與金的配位作用使納米金附著在碳納米管表面。 SUDEI修飾碳納米管的具體工藝過(guò)程是一定量的碳納米管加入10% 60%的SUDEI水溶液中，超聲分散15min 30min后,室溫下攪拌2 4h,所得分散液用沙芯漏斗過(guò)濾(用O.22 μ微孔濾膜)80°C干燥后用瑪瑙研缽研磨，得到SUDEI修飾的MWNTs。SUDEI表面有大量的羰基硫鍵，它極易與金配位。
4.按權(quán)利要求2所述的一種納米金顆粒修飾碳納米管的制備方法，其具體工藝是取濃度為lmg/mL的氯金酸5mL加入41. 5mL的超純水,在冰水浴條件下攪拌加入IOmM冰硼氫化鈉溶液3. 5mL。IOmin后加入IOmg SUDEI/MWNTs，先超聲分散20min，再在室溫條件下攪拌4h，然后離心分離，去除上清液，加4mL超純水靜置保存。
5.按權(quán)利要求I所述的一種碳納米管拉曼探針的制備方法，其特征在于將納米金修飾的碳納米管加入到制備介孔氧化硅球的反應(yīng)體系中，介孔氧化硅在其表面原位成核，最后長(zhǎng)成40 120nm介孔球,形成珠串狀結(jié)構(gòu),介孔娃的孔徑在2. 5 6nm可調(diào)控。
6.按權(quán)利要求5所述的一種碳納米管拉曼探針的制備方法，其特征在于所述的介孔氧化硅球?yàn)樽灾?。碳納米管拉曼探針的具體工藝為將十六烷基三甲基溴化銨(CTAB) 加入到15mL超純水中攪拌至溶解完全，配制成O. 3 % O. 6 %的水溶液。然后，依次加入 4mLSUDEI/MWNT@Au，0. 7 12. 6g 正辛烷，O. Olg L-賴氨酸，及 O. 2g TEOS0 H20/TE0S/ L-Iysine質(zhì)量比維持在30 I 0.02。在60°C下反應(yīng)3h后靜置12h。經(jīng)醇洗、干燥后即可得到功能化碳納米管拉曼探針。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種功能化碳納米管拉曼探針的制備方法。主要特征是以月桂酸硫脲咪唑啉季銨鹽(SUDEI)為修飾劑先在碳納米管表面包覆一層納米金顆粒，再用粒徑在40～120nm、孔徑為2.5～6nm的介孔氧化硅球?qū)ζ溥M(jìn)行進(jìn)一步的修飾，形成珠串狀結(jié)構(gòu)。所得的功能化碳納米管探針親水性強(qiáng)，穩(wěn)定性好，具有生物相容性。
文檔編號(hào)G01N21/65GK102608096SQ20121001134
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月6日
發(fā)明者于薛剛, 單妍, 汪洋, 陳克正 申請(qǐng)人:青島科技大學(xué)