[发明专利]一种多氨基硅包磁性纳米粒子的制备与应用

说明书

技术领域

本发明属于功能材料与检测分析领域，具体地涉及一种多氨基硅包磁性纳米粒子的制备方法与生物应用。

背景技术

磁性纳米粒子因为独特的超顺磁性而广泛的应用于生物分离领域，例如，磁性纳米粒子标记抗体制备免疫磁珠分离目标细胞，标记小分子或者大分子物质(如甘露糖、万古霉素、适配体等)分离致病菌，标记与目标序列互补的寡核苷酸分离目标核酸序列，以及硅包磁性纳米粒子分离纯化基因组DNA等。

DNA是生物体稳定的遗传物质，分子生物学技术可以准确可靠地通过特异性的靶标序列检测生物有机体(如致病菌、病毒、转基因食品等)的存在，但是有些检测目标物的残留限度非常之低，所以检测条件非常苛刻。例如基于分子杂交的目标核酸序列分离，如果目标残留片段非常有限，那么只有捕获序列大量存在的情况下，才可能捕获到痕量的目标序列。因此，磁性纳米粒子表面功能化基团的多少也直接关系到最终的检测灵敏度。在本发明中，我们制备了一种多氨基的硅包磁性纳米粒子，和普通的氨基化硅包磁性纳米粒子对比，表面带有粗糙的网状结构，携带有大量的氨基基团，不管是用这种多氨基硅包磁性纳米粒子直接非特异的吸附基因组DNA还是将目标序列进行寡核苷酸修饰通过杂交反应特异性的分离目标DNA序列，分离率都得到很大的提高，此外，氨基化修饰的纳米粒子也可以轻易地进行羧基化等改性，可以广泛应用于各种生物分离当中。在生物分离方面具有巨大的优势和潜力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对一些生物检测样品检测要求苛刻，增加磁性分离的分离能力，开发一种表面多氨基的硅包磁性纳米粒子，还提供了上述磁性纳米粒子非特异性和特异性的分离目标DNA的方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了制备多氨基硅包磁性纳米粒子的方法，包括以下步骤：

1)合成磁性纳米粒子；

2)制备反相微乳液体系；

3)硅包与氨基化修饰：将磁性纳米粒子加入反相微乳液体系，在氨水催化作用下，水解正硅酸四乙酯(TEOS)和3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)，包被硅层的同时表面形成粗糙的网状结构，此结构表面携带大量的氨基基团，即为多氨基硅包磁性纳米粒子。

上述方法制备的多氨基硅包磁性纳米粒子可以用于非特异性以及特异性的DNA分离。

步骤1)中合成的磁性纳米粒子可以是容易制备的铁氧体磁性纳米粒子，如Fe₃O₄、γ-Fe₂O₃，也可以是Fe-Co、Fe-Ni、Co-Ni等合金磁性纳米粒子，甚至是复杂的磁性复合物纳米粒子。但是，无论哪种磁性纳米粒子作为核心，均要求粒径均一，单分散性好，这样最终得到的产品才具有较高性能：较好的封闭磁性核心，具有较大的表面积并携带有大量的氨基基团。

当所述磁性纳米粒子为Fe₃O₄时，可采用简易的共沉淀法合成磁性纳米粒子，具体步骤如下：

将摩尔比2:1的Fe³⁺和Fe²⁺相互混合，在氮气氛围下剧烈搅拌，然后加热到60-90℃后快速注入氨水调节pH为9-12，继续反应20-30min，室温冷却，磁性收集Fe₃O₄磁性纳米粒子并用乙醇和水洗涤。

优选地，为了使Fe₃O₄能够具有更好的单分散性，需要对其进行柠檬酸钠处理，具体步骤为，洗涤之后加入柠檬酸钠溶液，超声20-40min后磁性收集纳米粒子，然后重新加入新鲜的柠檬酸钠溶液中搅拌3-12h，再次磁性收集Fe₃O₄之后再用乙醇和水洗涤，最后进行干燥；其中所述柠檬酸钠溶液的优选浓度为0.5mol/L。

步骤2)制备反相微乳液体系的具体方法为：将环己烷、正己醇、曲拉通X-100、水以14-16:3-4:3-4:1的体积比混合，搅拌辅以超声分散，将步骤1)中制备的磁性纳米粒子加入到混合液中，继续超声分散一段时间，然后搅拌3-12h，形成反相微乳液体系；

当所述磁性纳米粒子为Fe₃O₄时，优选以0.15-1.2g/L的浓度加入混合液中。

步骤3)硅包与氨基化修饰的具体操作方法为：向步骤2)形成的反相微乳液体系中加入氨水，搅拌20-40min后加入TEOS，搅拌反应3-24h后，加入APTES，继续反应3-24h，加入丙酮破乳，然后用乙醇和水洗涤多次，干燥待用。