[发明专利]基于分形纳米粒子的分形结构纳米探针及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种基于分形纳米粒子的分形结构纳米探针及其制备方法，以金纳米粒子作为内核，在其表面修饰上多聚腺嘌呤核苷酸(用于形成外壳与内核之间的gap)、拉曼信号分子(作为内标)；然后加入还原剂、稳定剂、氧化剂，通过调节氧化剂的浓度得到不同长径比的分形纳米粒子；然后在分形纳米粒子表面修饰上拉曼信号分子(作为外标)；最后在上述分形纳米粒子表面修饰巯基‑聚乙二醇‑叠氮制备分形结构纳米探针A，在分形纳米粒子表面修饰炔烃‑聚乙二醇‑巯基制备分形结构纳米探针B。本发明所述分形结构纳米探针的制备方法反应条件简单，合成步骤少，耗时短，生产成本低。本发明还公开了分形结构纳米探针在定量检测铜离子中的应用，本发明所述定量检测Cu²⁺的方法，生物相容性好，能够检测到nM级的Cu²⁺，并且在阿兹海默症的检测中具有潜在的应用价值。

技术领域

本发明属于金属离子检测领域，涉及一种基于分形纳米粒子的分形结构纳米探针及其制备方法和应用，特别涉及一种用于保护定量检测铜离子的基于分形纳米粒子的分形结构纳米探针及其制备方法。

背景技术

金属离子能调节生命过程，人类的生存和发展离不开这些必要的微量金属元素的吸收、传输、分布和利用。人体内金属离子的含量必须维持在合适的范围内，才能维持正常的生命活动。若金属离子的浓度过高或过低，人体稳态就会破坏，引发各种疾病。传统上检测金属离子的方法是电化学方法、荧光法、比色法等，但是这些方法在探针制备和检测限等方面有待进一步提高。

分形结构纳米粒子是一种多枝化的纳米结构，尖端锋利，具有独特的表面等离子体性质。可以通过多种方式功能化来修饰其表面，赋予其特异性和生物相容性，因此，分形结构纳米粒子已被广泛地用作SERS基底。相较于其它形状的金纳米粒子，分形纳米粒子不仅在内核gap层产生等离子体热点，而且尖端也存在等离子体热点，对SERS定量具有良好效果。

已存在的纳米粒子在检测Cu²⁺方面主要还存在以下几个问题：I.制备方面，用于检测Cu²⁺的分子通常为有机分子且合成还存在制备复杂、耗时长、产率低等不足。II.性能方面，用于检测Cu²⁺的分子具有一定的生物毒性。III.SERS定量检测方面，部分核壳结构的金纳米花只修饰了内标拉曼分子。因此，寻找制备简单、生物相容性好的分子用于保护定量检测铜离子的探针进而实现定量检测，将具有重要的研究意义和应用价值。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明的目的在于解决了铜离子定量检测问题，克服了检测条件和环境变化的影响；选用内、外标同时修饰的分形纳米粒子作为基底材料，制备得到的基于内、外标同时修饰的分形纳米粒子材料具有良好的SERS性能，在上述分形纳米粒子表面修饰巯基-聚乙二醇-叠氮制备分形结构纳米探针A，在分形纳米粒子表面修饰炔烃-聚乙二醇-巯基制备分形结构纳米探针B，当体系中同时存在抗外血酸，Cu²⁺(即存在Cu⁺时)，分形结构纳米探针A与分形结构纳米探针B在Cu⁺的作用下发生点击反应生成稳定的五元咪唑环，引起A、B两种分形结构纳米探针的聚集，产生增强的SERS信号，由于Cu⁺在该反应中作为催化剂，因此能够检测痕量的Cu²⁺。内标拉曼分子位于金属的核和壳之间，受外壳金属层的保护，不受检测条件和环境的影响；用于发生点击反应的A、B两种分形结构纳米探针表面用PEG分子修饰增加了生物相容性，近而可实现对Cu²⁺的定量检测。

本发明制备可定量检测Cu²⁺的分形结构纳米探针的反应机理如下式(1)所示：

在抗坏血酸作用下，Cu²⁺还原为等物质的量的Cu⁺，从而驱动叠氮化的SERS探针与烷基功能化的SERS探针反应，生成一个稳定的五元咪唑环，引起SERS探针聚集，从而导致外标分子的SERS信号显著增强。