聚多巴胺荧光纳米点包裹的金纳米棒及其制备和检测方法与流程

1.本发明属于纳米材料制备和分析化学技术领域，具体涉及一种聚多巴胺荧光纳米点包裹的金纳米棒及其制备和检测方法。


背景技术：

2.表面增强拉曼光谱技术(surface
‑
enhanced raman spectroscopy，sers)是一种简单有效的分析技术，通过识别待测分子的特异性光谱信息能够实现在较低浓度下进行分析检测。在实际应用中，该种技术主要用来实现痕量污染物的检测，例如污水中抗生素，农作物中农药残留及持久性有机污染物的检测等。在以贵金属制作的基底的电磁增强作用下，该技术的检出限能够被有效提高，从而使痕量检测的准确度提高。
3.但与此同时，该技术也面临着一些问题，例如对光谱的分析与辨别需要一定时间，基底合成与修饰的技术并不成熟，成功率无法达到预期，贵金属纳米粒子稳定性不强，不易保存并且操作复杂等。而荧光检测具有操作检测，便捷等优点，特别是通过“on
‑
off”能够直接有效对待测物进行定性，在一定程度上弥补了sers检测技术的不足。因此，制备荧光/拉曼双传感探针，能够提供更加快速、稳定和可靠的定性定量方法。
4.专利cn110666160a公开了一种聚多巴胺包覆的肩并肩金纳米棒自组装复合纳米结构的制备方法及所得产品，该方法以异丙醇和聚丙烯酸诱导金纳米棒肩并肩自组装，进而利用聚多巴胺包覆金纳米棒自组装结构，所得金纳米棒沿轴向有序排列组装，形成金纳米棒肩并肩自组装结构。该专利旨在制备聚多巴胺包裹肩并肩式金纳米棒的纳米材料，而未将其将其应用到实际的检测服务中，不能体现出金纳米棒的表面增强拉曼效应；而本发明中侧重于制备荧光/拉曼双传感探针，并充分利用其表面增强拉曼/荧光效应应用于染料分子结晶紫的检测。


技术实现要素：

5.本发明的第一个目的就是提供一种聚多巴胺荧光纳米点包裹的金纳米棒的制备方法。
6.本发明的第二个目的就是提供一种聚多巴胺荧光纳米点包裹的金纳米棒。
7.本发明的第三个目的就是提供一种基于聚多巴胺荧光纳米点包裹的金纳米棒的检测方法。
8.本发明的目的通过以下技术方案实现：
9.一种聚多巴胺荧光纳米点包裹的金纳米棒的制备方法，所述制备方法具体包括以下步骤：
10.s1：向含有氨水的醇
‑
水溶液中加入多巴胺溶液，搅拌后得到聚多巴胺悬浮液；
11.s2：取步骤s1得到的聚多巴胺悬浮液和过氧化氢溶液混合搅拌，得到荧光聚多巴胺纳米点溶液；
12.s3：取步骤s2得到的荧光聚多巴胺纳米点溶液和多巴胺溶液加入到金纳米棒溶液
中，在碱性条件下发生自聚合反应，得到aunrs@pda
‑
opda(aunrs为金纳米棒，pda为多巴胺，opda为荧光聚多巴胺纳米点)。此步骤下得到的aunrs@pda
‑
opda其实是溶液，若使用的是固体aunrs@pda
‑
opda，可进行浓缩离心等操作。
13.步骤s1中，含有氨水的醇
‑
水溶液由体积比为(1
‑
2):(15
‑
20):(20
‑
30)的氨水、水和无水乙醇混合得到。
14.步骤s1中，多巴胺溶液中多巴胺的浓度为1
‑
3mg/ml。
15.步骤s1中，搅拌的温度为25
‑
30℃，搅拌的时间为12
‑
24h。
16.步骤s2中，当聚多巴胺悬浮液中聚多巴胺的浓度为1
‑
5mmol/l，过氧化氢溶液的浓度为28
‑
30wt％时，聚多巴胺悬浮液和过氧化氢溶液的体积比为15:4。实际操作时可按此比例进行配置。
17.步骤s2中，搅拌的温度为25
‑
30℃，搅拌的时间为12
‑
24h。
18.步骤s3中，采用ph＝8.5
‑
9.0的tris
‑
hcl缓冲溶液形成碱性条件。
19.步骤s3中，当荧光聚多巴胺纳米点溶液中opda的浓度为1
‑
2mg/ml，多巴胺溶液中多巴胺的浓度为0.1
‑
0.3mg/ml，金纳米棒溶液中金纳米棒的浓度为1
‑
2mg/ml时，荧光聚多巴胺纳米点溶液、多巴胺溶液和金纳米棒溶液的体积比为(1
‑
3):(1
‑
3):(1
‑
3)。实际操作时可按此比例进行配置。
20.步骤s3中，所述金纳米棒采用el
‑
sayed法制得，具体步骤如下：
21.(a)在恒温条件下，将四氯金酸溶液和十六烷基三甲基溴化铵溶液(ctab)充分混合，再滴加硼氢化钠溶液，之后依次搅拌混合和静置，得到金纳米种子，避光保存；
22.(b)在恒温条件下，将硝酸银溶液和十六烷基三甲基溴化铵溶液混合，再加入四氯金酸溶液，充分振荡后再加入抗坏血酸溶液，制得种子生长液；
23.(c)在步骤(b)得到的种子生长液中接种步骤(a)得到的金纳米种子，恒温下静置，之后离心，得到浓缩的金纳米棒溶液。
24.步骤(a)中，混合的温度为25
‑
30℃，滴加冰硼氢化钠溶液完毕后快速搅拌1
‑
2min，再在25
‑
30℃下静置2h。
25.步骤(a)中，当四氯金酸溶液的浓度为0.0005mol/l，十六烷基三甲基溴化铵溶液的浓度为0.2mol/l，硼氢化钠溶液的浓度为0.01mol/l时，十六烷基三甲基溴化铵溶液、四氯金酸溶液和硼氢化纳溶液的体积比为(60
‑
100):(60
‑
100):100。实际操作时可按此比例进行配置。
26.步骤(b)中，当硝酸银溶液的浓度为4mmol/l，十六烷基三甲基溴化铵溶液的浓度为0.2mol/l，四氯金酸溶液的浓度为10mmol/l，抗坏血酸溶液的浓度为0.08mol/l时，硝酸银溶液、十六烷基三甲基溴化铵溶液、四氯金酸溶液和抗坏血酸溶液的体积比为1.4:71.4:71.4:1。实际操作时可按此比例进行配置。
27.步骤(c)中，静置的时间为6h，静置的温度为25
‑
30℃。
28.一种基于如上述所述的制备方法得到的聚多巴胺荧光纳米点包裹的金纳米棒，为核
‑
壳结构，包括金纳米棒、包裹在金纳米棒外的聚多巴胺壳层以及负载在聚多巴胺壳层内部的聚多巴胺纳米点颗粒，聚多巴胺壳层的厚度为3
‑
23nm，聚多巴胺纳米点颗粒的粒径为2
‑
7nm，聚多巴胺荧光纳米点包裹的金纳米棒的表面增强荧光效率为24
‑
300％，聚多巴胺纳米点颗粒的荧光产率为1.2
‑
8.4％。
29.一种基于如上述所述的聚多巴胺荧光纳米点包裹的金纳米棒的检测方法，所述检测方法具体为：将不同浓度的待测物与aunrs@pda
‑
opda混合，直接在拉曼光谱仪中进行检测得到各待测样品的指纹光谱信息，之后进行分析；或者将不同浓度的待测物与aunrs@pda
‑
opda混合，用荧光分光光度计分别各待测样品的荧光光谱。
30.拉曼光谱仪选用532nm的激发波长，调节拉曼积分时间为10
‑
20s，激光强度为20
‑
30mw；
31.进行荧光检测时，将待测物与aunrs@pda
‑
opda混合振荡2
‑
5min后再进行荧光检测，荧光分光光度计选用330nm的激发波长，激发和发射的狭缝宽度均为10nm。
32.本发明是将采用种子生长法制备的纳米金(aunrs)与制备的荧光多巴胺纳米点颗粒(opda)通过聚多巴胺壳层包裹在aunrs表面(聚多巴胺壳层对荧光多巴胺纳米点颗粒进行保护，避免荧光多巴胺纳米点颗粒直接附着在金纳米棒表面发生淬灭)，之后将得到的该聚多巴胺荧光纳米点包裹的金纳米棒可以进行sers或荧光双检测。将聚多巴胺荧光纳米点包裹的金纳米棒和拉曼光谱仪结合所得到的传感器同时具备了表面增强拉曼技术的高灵敏性和荧光聚多巴胺纳米点优异的光学“开关”性质，并且聚多巴胺壳层也为荧光纳米点提供了保护层，使其荧光性质更加稳定，可以同时实现对污水中染料分子的高灵敏定性定量检测，且高效便捷，能够避免检测中的交叉污染，有利于实验室大批样品的快速分析，为实现污水污染物检测提供了新的检测方法。
附图说明
33.图1为实施例1中制得的pda、opda、aunrs和aunrs@pda
‑
opda的透射电镜图像；
34.图2为实施例1中制得的opda和aunrs@pda
‑
opda在紫外灯照射下的图片；
35.图3为实施例1中制得的opda和aunrs@pda
‑
opda的荧光光谱；
36.图4为实施例1中制得的aunrs的可见光
‑
紫外吸光度图像；
37.图5为实施例6中aunrs@pda
‑
opda检测系列浓度结晶紫溶液的荧光光谱；
38.图6为实施例7中aunrs@pda
‑
opda检测系列浓度结晶紫溶液的拉曼光谱。
具体实施方式
39.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
40.一种聚多巴胺荧光纳米点包裹的金纳米棒的制备方法，所述制备方法具体包括以下步骤：
41.s1：在25
‑
30℃下，向含有氨水的醇
‑
水溶液中加入多巴胺溶液，搅拌12
‑
24h后得到聚多巴胺悬浮液，其中，含有氨水的醇
‑
水溶液由体积比为(1
‑
2)：(15
‑
20)：(20
‑
30)的氨水、水和无水乙醇混合得到，多巴胺溶液中多巴胺的浓度为1
‑
3mg/ml；
42.s2：在25
‑
30℃下，取步骤s1得到的聚多巴胺悬浮液和过氧化氢溶液混合搅拌12
‑
24h，得到荧光聚多巴胺纳米点溶液，其中，当聚多巴胺悬浮液中聚多巴胺的浓度为1
‑
5mmol/l，过氧化氢溶液的浓度为28
‑
30wt％时，聚多巴胺悬浮液和过氧化氢溶液的体积比为15：4；
43.(a)在25
‑
30℃恒温条件下，将四氯金酸溶液和十六烷基三甲基溴化铵溶液(ctab)充分混合，再滴加硼氢化钠溶液，之后依次搅拌混合1
‑
2min和静置2h，得到金纳米种子，避
光保存，其中，当四氯金酸溶液的浓度为0.0005mol/l，十六烷基三甲基溴化铵溶液的浓度为0.2mol/l，硼氢化钠溶液的浓度为0.01mol/l时，十六烷基三甲基溴化铵溶液、四氯金酸溶液和硼氢化纳溶液的体积比为(60
‑
100):(60
‑
100):100；
44.(b)在恒温条件下，将硝酸银溶液和十六烷基三甲基溴化铵溶液混合，再加入四氯金酸溶液，充分振荡后再加入抗坏血酸溶液，制得种子生长液，其中，当硝酸银溶液的浓度为4mmol/l，四氯金酸溶液的浓度为10mmol/l，抗坏血酸溶液的浓度为0.08mol/l时，硝酸银溶液、十六烷基三甲基溴化铵溶液、四氯金酸溶液和抗坏血酸溶液的体积比为1.4:71.4:71.4:1；
45.(c)在25
‑
30℃恒温条件下，在步骤(b)得到的种子生长液中接种步骤(a)得到的金纳米种子，恒温下静置6h，之后离心，得到浓缩的金纳米棒溶液；
46.s3：取步骤s2得到的荧光聚多巴胺纳米点溶液和多巴胺溶液加入到步骤(c)制得的金纳米棒溶液中，在采用ph＝8.5
‑
9.0的tris
‑
hcl缓冲溶液形成碱性条件下发生自聚合反应，得到aunrs@pda
‑
opda，其中，当荧光聚多巴胺纳米点溶液中opda的浓度为1
‑
2mmol/l，多巴胺溶液中多巴胺的浓度为0.1
‑
0.3mg/ml，金纳米棒溶液中金纳米棒的浓度为1
‑
2mg/ml时，荧光聚多巴胺纳米点溶液、多巴胺溶液和金纳米棒溶液的体积比为(1
‑
3)∶(1
‑
3)∶(1
‑
3)。
47.一种基于如上述所述的制备方法得到的聚多巴胺荧光纳米点包裹的金纳米棒，为核
‑
壳结构，包括金纳米棒、包裹在金纳米棒外的聚多巴胺壳层以及负载在聚多巴胺壳层内部的聚多巴胺纳米点颗粒。
48.一种基于如上述所述的聚多巴胺荧光纳米点包裹的金纳米棒的检测方法，所述检测方法具体为：将不同浓度的待测物与aunrs@pda
‑
opda混合，直接在拉曼光谱仪中进行检测得到各待测样品的指纹光谱信息，之后进行分析，拉曼光谱仪选用532nm的激发波长，调节拉曼积分时间为10
‑
20s，激光强度为20
‑
30mw；或者将不同浓度的待测物与aunrs@pda
‑
opda混合，振荡2
‑
5min后用荧光分光光度计分别各待测样品的荧光光谱，荧光分光光度计选用330nm的激发波长，激发和发射的狭缝宽度均为10nm。
49.实施例1
50.一种聚多巴胺荧光纳米点包裹的金纳米棒，为核
‑
壳结构，包括长60nm，宽12nm的金纳米棒、包裹在金纳米棒外的厚度为3nm的聚多巴胺壳层以及生长在聚多巴胺壳层内部的粒径为2nm的聚多巴胺纳米点颗粒，采用以下步骤制备得到：
51.1)荧光opda纳米颗粒的制备：在25
‑
30℃恒温条件下，将1ml氨水和20ml的无水乙醇依次加入20ml去离子水中，并滴加5ml浓度为1mg/ml的da溶液到上述混合水溶液中，搅拌12h后，得到粒径为3nm的pda悬浮液(图1a，比例尺为10nm)。取15ml浓度为1mmol/l的pda悬浮液与4ml过氧化氢溶液(质量分数为28wt％)均匀混合，搅拌12h，溶液颜色由深棕色变为黄色，得到发绿光的粒径为2nm的opda纳米点溶液(图1b)，荧光产率为8.4％，图2为紫外灯照射下opda(左)和aunrs@pda
‑
opda(右)的图片，可以明显发现aunrs@pda
‑
opda具有荧光增强的效果，图3为opda(下)和aunrs@pda
‑
opda(上)的荧光光谱图也印证上述结论。
52.2)aunrs的制备：采用种子生长法制备aunrs，具体为：在25
‑
30℃恒温条件下，将5ml浓度为0.0005mol/l的四氯金酸溶液置于洁净的烧杯中，与5ml浓度为0.2mol/l的ctab溶液充分混合，之后均匀地滴加5ml浓度为0.01mol/l的冰硼氢化钠溶液，快速搅拌2min，再
静置2h，得到金纳米种子，避光保存。3)在25
‑
30℃的恒温条件下，在烧杯中将0.10ml浓度为4mmol/l的硝酸银溶液、5ml浓度为0.2mol/l的ctab溶液充分混合，随后加入5ml浓度为10mmol/l的四氯金酸溶液后，混合溶液迅速变成金黄色；充分振荡后，再加入70μl浓度为0.08mol/l的抗坏血酸溶液后，颜色褪去，制得所需种子生长液。在种子生长液中接种事先制备的金纳米种子，恒温下静置6h，去除多余的ctab分子，得到溶胶，将溶胶在7000r/min的高速下离心，除去上清液，浓缩至1
‑
2ml得到浓缩的金纳米棒(aunrs)，该aunrs的可见光
‑
紫外吸光度图像如图4所示，其最大吸收峰为580nm左右；该aunrs的的透射电镜图像如图1c(比例尺为10nm)所示，可看到，长度为60nm，长径比为5∶1。
53.4)aunr@pda
‑
opda的制备：配制1.0l的0.1mm tris溶液，逐滴滴加稀hcl，直至ph稳定至8.5，得到0.1mm tris
‑
hcl缓冲溶液(ph＝8.5)，将5ml浓度为0.1mg/ml的da溶液溶于tris
‑
hcl缓冲溶液中，取该混合溶液15.0ml与15.0ml浓度为1mg/ml的opda纳米点溶液、15ml浓度为1mg/ml的金纳米棒溶液进行混合，使三者发生自聚合反应，在室温下搅拌1h后，在8000r/min的高速下离心10min后，得到浓缩离心后的aunrs@pda
‑
opda材料(图1d，比例尺为10nm)，表面增强荧光效率为300％。
54.实施例2
55.一种聚多巴胺荧光纳米点包裹的金纳米棒，采用的制备方法中除了步骤1)中da溶液的浓度为2mg/ml之外，其余同实施例1，由此制得的pda纳米颗粒的粒径为6nm，opda纳米颗粒的粒径为4nm，其荧光产率为6.3％。
56.实施例3
57.一种聚多巴胺荧光纳米点包裹的金纳米棒，采用的制备方法中除了步骤1)中da溶液的浓度为3mg/ml之外，其余同实施例1，由此制得的pda纳米颗粒的粒径为10nm，opda纳米颗粒的粒径为7nm，其荧光产率为1.2％。
58.比较实施例1、实施例2和实施例3，可说明，在步骤1)中，随着da溶液的浓度增大，pda纳米颗粒的粒径变大，opda粒径也随之变大，opda荧光产率的降低。
59.实施例4
60.一种聚多巴胺荧光纳米点包裹的金纳米棒，采用的制备方法中除了步骤4)中da溶液的浓度为0.2mg/ml，搅拌1h之外，其余同实施例1，由此制得的pda壳层的厚度为8nm，表面增强荧光效率为160％。
61.实施例5
62.一种聚多巴胺荧光纳米点包裹的金纳米棒，采用的制备方法中除了步骤4)中da溶液的浓度为0.3mg/ml，搅拌1h之外，其余同实施例1，由此制得的pda壳层的厚度为23nm，表面增强荧光效率为24％。
63.比较实施例1、实施例4和实施例5，可说明，在步骤4)中，随着da溶液的浓度增加，pda壳层的厚度增加，表面增强荧光效率变低。
64.实施例6
65.将上述实施例1所制备的aunrs@pda
‑
opda进行待测物的荧光检测，步骤如下：
66.1)标准溶液配制：配制一组不同浓度的结晶紫标准水溶液，浓度分别为1.0
×
10
‑8mol
·
l
‑1、1.0
×
10
‑7mol
·
l
‑1、1.0
×
10
‑6mol
·
l
‑1、1.0
×
10
‑5mol
·
l
‑1、1.0
×
10
‑4mol
·
l
‑1。
67.2)将3ml的1mg/ml aunrs@pda
‑
opda溶液分别加入3ml的结晶紫标准水溶液中，充
分振荡2min，使待测物(即结晶紫)和aunrs@pda
‑
opda复合材料充分混合，之后取样用荧光分光光度计测定每个样品的荧光光谱(如图5所示，线条从上至下依次代表1.0
×
10
‑8mol
·
l
‑1、1.0
×
10
‑7mol
·
l
‑1、1.0
×
10
‑6mol
·
l
‑1、1.0
×
10
‑5mol
·
l
‑1、1.0
×
10
‑4mol
·
l
‑1，)，其中，荧光测量实验的条件为：激发波长330nm，激发和发射的狭缝宽度为10nm。图5中，在460nm处分析物结晶紫得到响应，荧光强度随结晶紫的浓度增大而减小。
68.实施例7
69.将上述实施例1所制备的aunrs@pda
‑
opda进行待测物的拉曼光谱检测，步骤如下：
70.1)标准溶液配制：配制一组不同浓度的结晶紫标准水溶液，浓度分别为1.0
×
10
‑8mol
·
l
‑1、1.0
×
10
‑7mol
·
l
‑1、1.0
×
10
‑6mol
·
l
‑1、1.0
×
10
‑5mol
·
l
‑1、1.0
×
10
‑4mol
·
l
‑1、1.0
×
10
‑3mol
·
l
‑1。
71.2)将3ml的1mg/ml aunrs@pda
‑
opda溶液分别加入到3ml的结晶紫标准水溶液中，充分振荡2min，使待测物(即结晶紫)和aunrs@pda
‑
opda复合材料充分混合，之后取样用拉曼光谱仪对每个待测样品进行光谱采集，其中，激发波长为532nm，调节拉曼积分时间为10s，激光强度为20mw。结果如图6所示，可看到，1620cm
‑1处为分析物结晶紫υ
c＝c
的特征峰。
72.实施例8
73.取实施例1制备的aunrs@pda
‑
opda，按照实施例6中所提到的检测步骤，分别对三种浓度的结晶紫溶液(即配制的水样分别为自来水、黄浦江水和海水)进行荧光检测，其中回收率＝(回收浓度/加标浓度)
×
100％，检测结果见表1：
74.表1不同浓度结晶紫溶液的荧光检测结果
[0075][0076][0077]
取实施例1制备的aunrs@pda
‑
opda，按照实施例7中所提到的检测步骤，分别对三种浓度的结晶紫溶液(即配制的水样分别为自来水、黄浦江水和海水)进行拉曼检测，其中回收率＝(回收浓度/加标浓度)
×
100％，检测结果见表2：
[0078]
表2不同浓度结晶紫溶液的拉曼检测结果
[0079][0080]
由结果可见本发明中制备的实施例1制备的金纳米棒@聚多巴胺
‑
荧光纳米颗粒表面增强拉曼/荧光双传感分别对针对不同浓度的结晶紫的检出回收率均接近100％，可见金纳米棒@聚多巴胺
‑
荧光纳米颗粒表面增强拉曼/荧光双传感的灵敏度较好，检出限较低。
[0081]
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。