等离子体可调控的Ag@Au核壳纳米材料增强量子点的电致化学发光传感器的构建方法与流程

等离子体可调控的ag@au核壳纳米材料增强量子点的电致化学发光传感器的构建方法
技术领域
1.本发明涉及贵金属纳米材料的lspr增强qds的ecl，具体涉及等离子体可调控的ag@au 核壳纳米材料增强qds的ecl传感器的构建方法。


背景技术：

2.电致化学发光(ecl)，作为一种电致材料的光发射，是在高能量电子转移中产生的。 由于其简化的光学装置、低背景信号和良好的空间可控性，ecl已经成为一种强有力的分 析技术。不同发光体，例如半导体qds、鲁米诺、钌联吡啶，已用于ecl体系的构建。其 中，因为独特的量子尺寸效应、高度的尺寸依赖性光学、电场和电化学性质，qds是最有 前途的方法之一。然而，与传统发光试剂相比，qds的ecl发射相对较弱，限制了其广泛 的分析应用。
3.最近，研究者设计了一些方法来提高qds的ecl发射，包括qds中掺杂金属离子、支 撑纳米材料表面修饰qds、h2o2或者柠檬酸溶液中原位活化qds和贵金属纳米颗粒对qds 诱导的lspr效应。在lspr
‑
增强的ecl体系中，贵金属纳米颗粒的自由电子集体振荡带 来电磁(em)场增强，从而导致ecl信号明显增大。例如，xu等发现半导体qds的ecl 信号的猝灭或增强取决于qds与金纳米颗粒(au nps)之间的距离。qds的ecl引起aunps表面的lspr效应，从而将能量转移给qds，由此产生的能量转移会带来非辐射和辐 射衰减速率增加的现象。因此，au nps的lspr效应增强了qds的ecl[chem.commun. distance
‑
depentent quenching and enhancing of electrochemiluminescence from a cds:mnnanocrystal film by au nanoparticles for highly sensitive detection of dna.2009,8:905
‑
907]。后 来，该课题组进一步研究了au nps二聚体和金纳米树突的等离子体耦合增强cds qds的 ecl强度[chem.commun.distance mediated electrochemiluminescence enhancement of cdsthin films induced by the plasmon coupling of gold nanoparticle dimers,2016,52:14230
‑
14233； anal.chem.plasmon
‑
enhaced electrochemiluminescence for nucleic acid detection based ongold nanodendrites,2018,90:1340
‑
1347]。此外，ma等发现，与传统的au nps相比，fe3o4纳米球表面负载的金壳具有更好的表面等离子体耦合效应[sens.actuators b chem. magnetic
‑
plasmonic yolk
‑
shell nanostructure
‑
based plasmon
‑
enhanced electrochemiluminescencesensor,2020,319:128245
‑
128252]。然而，大多数qds很难与等离子体增强者之间高度光谱 重叠。鉴于qds的固定发射光谱，开发具有可调控的强等离子体特性的ecl增强者是非常 有必要的。
[0004]
为了有效地获得光场增强和理想的波长范围，金属纳米颗粒的构象、密度、形状和结构 可用于调节lspr性质。典型地，双金属合金纳米结构通过控制元素组成及结构参数，来调节 lspr性质。例如，在银纳米颗粒表面沉积一薄层金壳，合成ag@au核壳纳米结构，通过调 节ag和au的摩尔比例，获得可调控的lspr性质，并广泛应用于表面增强拉曼散射领域中。 然而，到目前为止，关于双金属核壳纳米结构的lspr增强ecl的详细研究尚未见报道。
所以，为了更好地了解纳米尺度生长特性对光学行为的影响，构建等离子体可调控的ag@au核壳纳米材料增强qds的ecl传感器是非常有必要的。


技术实现要素：

[0005]
本发明的目的是通过构建等离子体可调控的ag@au核壳纳米材料增强qds的ecl传感器，实现对mirna
‑
21的高灵敏度检测。
[0006]
为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：
[0007]
等离子体可调控的ag@au核壳纳米材料增强量子点的电致化学发光传感器的构建方法，包括步骤：
[0008]
步骤1：将银纳米种子表面包裹一层金壳，并调节合成过程中ag和au的摩尔比例，以获得等离子体可调控的ag@au核壳纳米结构材料；
[0009]
步骤2：制备不同ecl发射光谱的qds，利用ag@au纳米材料的紫外吸收光谱和qds的ecl发射光谱的重叠，构建lspr
‑
增强ecl传感平台；
[0010]
步骤3：将qds滴涂到玻碳电极表面，干燥后得到qds修饰的玻碳电极；
[0011]
步骤4：将步骤3得到的电极依次浸泡在s1和ag@au纳米材料功能化修饰的发卡s2中，调整qds与ag@au纳米材料之间的距离为8nm，12nm，16nm或20nm；
[0012]
步骤5：将步骤3得到的电极浸泡在捕获探针发卡dna(h1)溶液中，过夜，其中捕获dna的序列为5
′‑
sh
‑
tcaacatcagtctgataagctaccatgtgtagatactgcttatcagactccttgta
‑3′
(seqidno.1)；
[0013]
步骤6：将步骤5中得到的电极浸入含有目标mirna
‑
21和h2
‑
ag@au的混合溶液中反应，得到催化发卡组装信号放大的ecl传感器；其中，所述mirna
‑
21的序列为5
′‑
uagcuuaucagacugauguuga
‑3′
(seqidno.2)，所述h2的序列为5
′‑
ataagcagtatctacacatggtagcttatcagacttgtgtagata
‑
sh
‑3′
(seqidno.3)；
[0014]
步骤7：将步骤6得到的工作电极、饱和甘汞电极和铂电极构成三电极体系，置于过硫酸钾溶液中进行检测。
[0015]
优选的，所述步骤1包括：将agno3和柠檬酸钠混合，在持续搅拌下，快速加入nabh4还原剂，生成银纳米种子；将盐酸羟胺和aucl4‑
缓慢注入银纳米种子中，生成ag核金壳纳米材料；调节ag和au的摩尔比例，得到不同银核粒径和金壳厚度得ag@au纳米材料，实现表面等离子体的调控。
[0016]
优选的，所述步骤2包括：将新制备的s2‑
快速加入cd
2
溶液中，70℃反应3h，三次离心，得到ecl发射光谱位于520nm的cdsqds；将cd
2
和n
‑
乙酰
‑
l
‑
半胱氨酸溶液混合，naoh调节ph＝10，加入nahte溶液，200℃反应70min，得到ecl发射光谱位于540nm的cdteqds；合成吸收光谱和qds的发射光谱相匹配的ag@au纳米材料，构建lspr
‑
增强ecl信号的传感平台。
[0017]
优选的，所述步骤3包括：取cdsqds和cdteqds溶液，分别滴涂到玻碳电极表面，并于室温下在空气中自然避光干燥，得不同ecl发射光谱cdsqds和cdteqds修饰的玻碳电极。
[0018]
优选的，所述步骤s4具体包括：将步骤3得到的电极浸泡在s1溶液中，4℃过夜，洗涤后浸入ag@au纳米材料功能化修饰的发卡s2溶液中，s1和s2杂交成双链，根据s1:s2的链
长，调整qds和ag@au纳米材料之间的距离为8nm，12nm，16nm或20nm；
[0019]
其中，不同距离对应的s1的序列为
[0020]
8nm：5
′‑
sh
‑
tgcagtaggtcaagtacgaggtaa
‑3′
(seqidno.4)；
[0021]
12nm：5
′‑
sh
‑
tgcagtaggtcaagtacgaggtaactgacgaggtaa
‑3′
(seqidno.5)；
[0022]
16nm：
[0023]5′‑
sh
‑
tgcagtaggtcaagtacgaggtaactgacgaggtaaacggtagcgagc
‑3′
(seqidno.6)；
[0024]
20nm：
[0025]5′‑
sh
‑
tgcagtaggtcaagtacgaggtaactgacgaggtaaacggtagcgagcatatgcgccgag
‑3′
(seqidno.7)；
[0026]
不同距离对应的s2的序列为：
[0027]
8nm：5
′‑
ttacctcgtacttgacctactgca
‑
sh
‑3′
(seqidno.8)；
[0028]
12nm：5
′‑
ttacctcgtcagttacctcgtacttgacctactgca
‑
sh
‑3′
(seqidno.9)；
[0029]
16nm：
[0030]5′‑
gctcgctaccgtttacctcgtcagttacctcgtacttgacctactgca
‑
sh
‑3′
(seqidno.10)；
[0031]
20nm：
[0032]5′‑
ctcggcgcatatgctcgctaccgtttacctcgtcagttacctcgtacttgacctactgca
‑
sh
‑3′
(seqidno.11)。
[0033]
优选的，所述步骤s5具体包括：将步骤s3得到的电极浸泡在h1溶液中，4℃过夜，其中h1序列为5
′‑
sh
‑
tcaacatcagtctgataagctaccatgtgtagatactgcttatcagactccttgta
‑3′
(seqidno.12)。
[0034]
优选的，所述步骤s6具体包括：将步骤s5中得到的电极浸入含有目标mirna
‑
21和h2
‑
ag@au的混合溶液中37℃反应60min，得到催化发卡组装信号放大的ecl传感器。其中，所述mirna
‑
21的序列为5
′‑
uagcuuaucagacugauguuga
‑3′
(seqidno.13)，所述h2的序列为
[0035]5′‑
ataagcagtatctacacatggtagcttatcagacttgtgtagata
‑
sh
‑3′
(seqidno.14)。
[0036]
优选的，所述步骤s7具体包括：将步骤s6得到的工作电极、饱和甘汞电极和铂电极构成三电极体系，置于50mm过硫酸钾溶液中进行检测。
[0037]
与现有技术相比，本发明的有益效果：通过种子介导生长法合成尺寸均一的ag@au核壳纳米材料，并调节所加反应物ag和au的摩尔比例，实现了不同lspr范围的调控；本发明构建了等离子体可调控的ag@au纳米材料增强qds的ecl传感器，实现了对mirna
‑
21的高灵敏度检测。
附图说明
[0038]
图1是(a)等离子体可调控的ag@au核壳纳米材料的制备过程及(b)lspr
‑
增强ecl传感平台用于检测mirna
‑
21的传感机理示意图。
[0039]
图2是(a)银纳米种子的透射电镜图(tem)；(b)ag@au纳米材料的tem图；(c)ag3d和(d)au4f高分辨x射线光电子能谱图(xps)；(e
‑
h)ag@au纳米材料的元素分布能量色散x
射线光谱图(edx)。
[0040]
图3是(a
‑
f)一系列ag:au摩尔比例(6.18:1,3.09:1,2.06:1,1.55:1,1.24:1和1.03:1)的 ag@au纳米材料tem图，标尺：5nm；(g)相应的数码相机图片(从左到右)；(h)银纳 米种子和含有不同ag:au摩尔比例ag@au纳米材料的紫外
‑
可见光(uv
‑
vis)吸收光谱图。
[0041]
图4是(a)cds qds的tem图；(b)cds qds的荧光和ecl发射光谱图；(c)含有不 同ag:au摩尔比例的ag@au纳米材料增强cds qds的ecl；(d)cdte qds的tem图；(e)cdte qds的荧光和ecl发射光谱图；(f)含有不同ag:au摩尔比例的ag@au纳米材 料增强cdte qds的ecl。
[0042]
图5是cds qds和ag@au纳米材料之间距离对ecl信号的影响。
[0043]
图6是(a)ecl响应的信号与不同浓度mirna
‑
21的关系图(浓度从a到h:50am至 10pm)；(b)相应的线性关系图。
具体实施方式：
[0044]
下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步的解释说明。
[0045]
实施例1
[0046]
如图1所示，构建lspr
‑
可调控的ag@au核壳纳米材料增强qds的ecl传感器，并 用于检测mirna
‑
21。首先，通过调节ag和au的摩尔比例，制备等离子体可调控的ag@au 纳米材料(图1a)；将cds qds滴涂在玻碳电极表面，然后通过cd
‑
s键的作用将末端巯基 修饰的h1直接固定到cds qds表面。当目标mirna
‑
21存在时，h2
‑
ag@au和h1杂交 配对，ag@au被捕捉到电极表面。释放的目标mirna
‑
21将会参与下一个催化发卡组装中， 实现信号的放大。引入的ag@au纳米材料会增强cds qds的ecl强度，从而实现可调控 的lspr
‑
增强ecl传感器的构建和mirna
‑
21的检测(图1b)。
[0047]
实施例2
[0048]
如图2和图3所示，银核粒径和金壳厚度可调节的ag@au纳米材料的制备方法包括以 下步骤：
[0049]
将250μl agno3(0.1m)和柠檬酸三钠(0.1m)加入100ml超纯水中，持续磁 力搅拌，再向上述溶液中快速加入6ml nabh4(25mm)，反应30min，得到棕色银纳 米种子，平均粒径为10nm(图2a)。取10ml nh2oh
·
hcl(6.25mm)和5ml haucl
4 (0.465mm)加入12.5ml银纳米种子溶液中，搅拌反应45min，得到ag@au纳米 材料(ag和au的摩尔比例1.24:1)，净尺寸为14nm(图2b)。xps图表明ag和au 均以金属的形式存在纳米材料中(图2c
‑
d)。edx图显示了ag和au元素的存在(图 2e
‑
h)。重复合成ag@au纳米材料6次，每次加入1、2、3、4和6ml不等的haucl4溶液，相应的ag和au摩尔比例为6.18:1、3.09:1、2.06:1、1.55:1和1.03:1，得到一 系列ag@au纳米材料。图3a
‑
f表明随着ag和au摩尔比例的下降，银核粒径逐渐变 小，金壳厚度增大，溶液颜色从棕色变成酒红(图3g)，相应的uv
‑
vis吸收特征峰从 398nm增大到542nm(图3h)。
[0050]
实施例3
[0051]
如图4所示，制备cds qds和cdte qds，具体步骤如下：
[0052]
将新制备的s2‑
快速加入cd
2
溶液中，70℃反应3h，三次离心，得到cds qds。另将 cd
2
和n
‑
乙酰
‑
l
‑
半胱氨酸溶液混合，naoh调节ph＝10，加入nahte溶液，200℃反应70 min，
得到cdte qds。图4a和图4d显示合成的cds qds和cdte qds粒径均为5nm。 cds qds的ecl发射光谱位于520nm(图4b)，cdte qds的ecl发射光谱位于540nm(图 4e)。从图4c和4f中发现，1.24:1ag@au纳米材料(吸收光谱位于519nm)对cds qds 的ecl信号增强最明显，1.03:1ag@au纳米材料(吸收光谱位于542nm)对cdsqds的ecl信号增强最大，上述结果表明，等离子体可调控的ag@au纳米材料可 以满足不同qds的ecl信号增强。
[0053]
实施例4
[0054]
本实施例测试cds qds和ag@au纳米材料之间距离对ecl信号的影响，结果如图5 所示，当cds qds和ag@au纳米材料之间距离为8nm时，1.24:1ag@au纳米材料猝 灭cds qds的ecl信号。当距离增加至12nm时，ecl强度增加4.56倍。当距离 继续增加至16nm和18nm时，ecl强度仅仅增加了4.08倍和3.26倍。以上结果说 明lspr
‑
增强ecl信号的行为是距离依赖型的。
[0055]
实施例5
[0056]
本实施例测试ecl响应的信号与不同浓度mirna
‑
21的关系，结果如图6所示，随着 mirna
‑
21浓度的增加，cds qds的ecl信号同时不断增加，且在50am到10pm浓度 范围内呈现良好的线性关系，检出限为20am，其中图6a是ecl响应的信号与不同浓度 mirna
‑
21的关系图(浓度从a到h:50am至10pm)，图6b显示的则是相应的线性关系图。