本發(fā)明涉及一種新型核殼結(jié)構(gòu)納米粒子及其制備方法，屬于納米生物學和納米藥物學領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

金作為重金屬材料在公元前5世紀首次被提取出來，當金被分成低于100nm大小的金納米粒子金時變得更加珍貴。金納米粒子(goldnanoparticle)即指金的微小顆粒，其直徑在1～100nm，金納米粒子具有較高的電子云密度、介電特性和催化作用，具有很好的生物相容性，能與多種生物大分子結(jié)合，且不影響其生物活性。直徑在納米級別的金納米粒子，基本單元都是微小尺寸的粒子，具有很多宏觀金所沒有的物理特性，例如光學效應、表面效應、小尺寸效應、介電限域效應、宏觀量子隧道效應以及一些其他的特殊效應。金納米粒子的特殊效應使得金納米粒子廣泛應用于材料、醫(yī)學檢驗、疾病治療等研究領(lǐng)域。

金納米粒子因其優(yōu)良的諸多效應，深受研究者的熱愛，目前研究最充分的是納米金球和納米金棒。納米金錐作為一種新型的金納米粒子，前期由于其合成制備方法不是很成熟，因此納米金錐的性質(zhì)研究很多還停留在理論研究階段。目前研究者利用種子生長法，通過控制合成過程中的溫度因素，得到了均一性非常好的單分散納米金錐顆粒，為納米金錐研究的快速推進奠定了基礎。

金屬納米粒子的等離子模型取決于納米粒子的形狀、大小、組成和所處環(huán)境。拉伸的納米粒子是光學研究的理想納米粒子，通過改變顆粒的長徑比調(diào)節(jié)它的光譜。與納米金棒相比，納米金錐的在兩端的尖端部分有更大的曲率，尖端部分的場增強更大，納米金錐擁有超越納米金棒的等離子體性質(zhì)。納米金錐首次被人們發(fā)現(xiàn)，是作為納米金棒合成的副產(chǎn)物存在的，研究人員利用fdtd等理論計算研究表明納米金錐的表面等離子體性質(zhì)要高于納米金棒的表面等離子體性質(zhì)。理論計算表明納米金錐在表面等離子體共振、拉曼增強等領(lǐng)域具有重大的研究價值，將對生物成像、光電裝置、癌癥治療等方面的應用起到巨大的促進作用。

目前拉曼增強機理普遍認同的主要有兩種模式：物理增強模式和化學增強模式。物理增強模式又稱表面等離子體共振模型；化學增強模式主要是基于技術(shù)表面吸附分子的化學性質(zhì)以及分子和表面的環(huán)境的拉曼增強。物理增強模型和化學增強模型二者有區(qū)別，同時又相互補充，一般在拉曼增強中，二者同時存在。人們在研究拉曼增強的機理引導下，合成各種形態(tài)的納米溶膠，如納米棒、納米線、納米花、三角形和正方形等。核殼型納米結(jié)構(gòu)已成為研究熱點，金銀核殼結(jié)構(gòu)是研究和應用比較多的核殼結(jié)構(gòu)，它綜合了金溶膠的粒徑均勻、穩(wěn)定、生物相容性好的特點，同時又擁有銀的高拉曼增強效應，因此銀包金的核殼結(jié)構(gòu)具有非常大的研究價值。

目前銀包金核殼結(jié)構(gòu)研究比較熱的主要集中在球形和棒狀核殼結(jié)構(gòu)，類似于納米金錐形和星狀的核殼結(jié)構(gòu)相對較少。目前方法制備出來的金銀核殼結(jié)構(gòu)表面被一層薄薄的銀覆蓋，會對后續(xù)的一些生物修飾存在影響。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供了一種新型核殼結(jié)構(gòu)納米粒子及其制備方法。本發(fā)明的新型核殼結(jié)構(gòu)納米粒子，外形類似于納米金錐的結(jié)構(gòu)，具有極強的表面等離子體共振效果；結(jié)構(gòu)表面覆蓋一層銀的薄膜，具有銀納米粒子極強的拉曼增強效果；為便于修飾的金銀核殼結(jié)構(gòu)，便于后續(xù)的應用研究；為特異性修飾的納米粒子，實現(xiàn)了一維納米粒子的特異性端部修飾，為性能優(yōu)異的頭對頭結(jié)構(gòu)(head-to-head)。本發(fā)明的方法利用帶巰基的dna單鏈保護的納米金棒作為核心，在一定環(huán)境下，利用還原劑l-aa還原硝酸銀生長制備銀包金核殼納米粒子，該核殼結(jié)構(gòu)外形類似于納米金錐，核殼結(jié)構(gòu)周身被部分裸漏的dna端部保護，兩端銀納米層覆蓋較薄，大部分裸漏在外，既可以起到保護作用，又可以利用堿基互補配對實現(xiàn)特殊結(jié)構(gòu)的制備，核殼結(jié)構(gòu)性質(zhì)穩(wěn)定，在生物光電子、生物納米檢測等領(lǐng)域具有巨大的應用價值。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種新型核殼結(jié)構(gòu)納米粒子，是通過以下方法制備得到的：

(1)納米金棒的制備：室溫下，將10～15ml的0.1mol·l^-1的ctab溶液加入到反應容器(20ml圓底燒瓶)中，再加入50～80ul的50mmol·l^-1的haucl4溶液，快速攪拌1分鐘；然后迅速加入0.6～1.0ml的10mmol·l^-1nabh4溶液，快速攪拌1分鐘，得到晶種；

將30～40ml的0.1mol·l^-1的ctab溶液加入到另一反應容器(50ml圓底燒瓶)中，適當速度攪拌下(邊攪拌邊加入，以混合均勻)，加入230～250ul的50mmol·l^-1的haucl4溶液，然后加入230～250ul的10mmol·l^-1的硝酸銀溶液，再加入150～180ul的0.1mol·l^-1的l-aa溶液(抗壞血酸溶液)，此時溶液由淺黃色變?yōu)闊o色，最后加入90ul晶種，攪拌1分鐘，靜置4小時，溶液顏色由無色變?yōu)樽鼗疑?，制得納米金棒；

所述nabh4溶液，需使用前配制，配制后置于-20℃冰箱中放置10分鐘，待用；

(2)納米金棒的dna修飾：室溫下，將上述制備的納米金棒8000～10000rpm離心10～20mins，棄除上清液，溶于0.2％(質(zhì)量百分數(shù))sds溶液中，用鹽酸調(diào)節(jié)溶液ph至3±0.5，加入5×tbe緩沖液，使得其終濃度為1×tbe，然后加入nacl溶液至nacl終濃度為500mmol·l^-1，最后加入巰基化dna，巰基化dna與納米金棒的重量比為500～10000:1，混勻，靜置5分鐘，得到巰基化dna穩(wěn)定保護的納米金棒；

所述巰基化dna的序列為5’sh-aaaaaaaaaaaaaaa(5’端為巰基，核苷酸序列如seqidno.1所示)；

本發(fā)明所用巰基化dna(巰基化dna序列為5’sh-aaaaaaaaaaaaaaa)，委托上海生工生物工程股份有限公司合成，經(jīng)hplc純化，為凍干粉，使用前溶解于超純水中，備用；

(3)將上述得到的巰基化dna穩(wěn)定保護的納米金棒8000～10000rpm離心10～20mins，以除掉溶液中多余離散巰基化dna，溶解于0.05mctab溶液中，加入1％sds溶液使sds終濃度為0.05～0.1％(質(zhì)量分數(shù))，再加入硝酸銀溶液(金、銀的摩爾比在1:0.8～1：1.5)，最后加入還原劑l-aa溶液(銀與l-aa的摩爾比為1:12～1：18)，混勻，靜置3小時，即得新型核殼結(jié)構(gòu)納米粒子——銀包金納米核殼結(jié)構(gòu)納米粒子。

本發(fā)明的新型核殼結(jié)構(gòu)納米粒子，具有非常好的穩(wěn)定性，在溶液中加入nacl，濃度達到1摩爾每升時，仍保持穩(wěn)定存在，不發(fā)生聚集沉淀，便于后續(xù)的相關(guān)研究。au-ag核殼結(jié)構(gòu)的透射電鏡如圖2所示，核殼結(jié)構(gòu)兩端的銀覆蓋非常薄，因此作為核心的納米金棒所連接dna單鏈會大部分裸露在外，一方面作為保護基團，使核殼結(jié)構(gòu)性質(zhì)穩(wěn)定，另一方面可以利用dna雙螺旋結(jié)構(gòu)的堿基配對原理，實現(xiàn)核殼結(jié)構(gòu)兩端修飾的一維特性。不同于一般的金納米顆粒、金銀核殼結(jié)構(gòu)等納米粒子，因其修飾無方向性，不能實現(xiàn)特異性修飾，難于實現(xiàn)類似于頭對頭(head-to-head)這種結(jié)構(gòu)。研究人員利用fdtd等理論計算研究發(fā)現(xiàn)，尖銳的納米粒子表面電子集中，表面等離子體共振效果強于納米粒子的緩鈍區(qū)域。頭對頭納米結(jié)構(gòu)是兩個納米粒子尖銳部分接近的結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)更強的納米粒子表面等離子體共振。本發(fā)明的新型核殼結(jié)構(gòu)納米粒子，研究表明納米粒子尖端部分具有更高的表面等離子體效應，因此納米粒子的定向修飾在生物光電子學、生物納米檢測等領(lǐng)域具有巨大的應用價值。

附圖說明

圖1：核殼結(jié)構(gòu)制備示意簡圖。

圖2：au-ag核殼結(jié)構(gòu)投射電鏡圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的說明。

下述實施例中所涉及的儀器、試劑、材料等，若無特別說明，均為現(xiàn)有技術(shù)中已有的常規(guī)儀器、試劑、材料等，可通過正規(guī)商業(yè)途徑獲得。下述實施例中所涉及的實驗方法，檢測方法等，若無特別說明，均為現(xiàn)有技術(shù)中已有的常規(guī)實驗方法，檢測方法等。

實施例1制備新型核殼結(jié)構(gòu)納米粒子

制備過程如圖1所示，步驟如下：

(1)納米金棒的制備：室溫下，將10ml的0.1mol·l^-1的ctab溶液加入到容器(20ml圓底燒瓶)中，再加入50ul的50mmol·l^-1的haucl4溶液，快速攪拌1分鐘；然后迅速加入0.6ml的10mmol·l^-1nabh4溶液，快速攪拌1分鐘，得到晶種；

將30ml的0.1mol·l^-1的ctab溶液加入到另一容器(50ml圓底燒瓶)中，適當速度攪拌下(邊攪拌邊加入，以混合均勻)，加入234ul的50mmol·l^-1的haucl4溶液，然后加入234ul的10mmol·l^-1的硝酸銀溶液，再加入150ul的0.1mol·l^-1的l-aa溶液(抗壞血酸溶液)，此時溶液由淺黃色變?yōu)闊o色，最后加入90ul晶種，攪拌1分鐘，靜置4小時，溶液顏色由無色變?yōu)樽鼗疑频眉{米金棒；

所述nabh4溶液，使用前配制，配制后置于-20℃冰箱中放置10分鐘，待用；

(2)納米金棒的dna修飾：室溫下，將上述制備的納米金棒8000rpm離心15min，棄除上清液，溶于0.2％(質(zhì)量百分數(shù))sds溶液中，用鹽酸調(diào)節(jié)溶液ph至3，加入5×tbe緩沖液，使得其終濃度為1×tbe，然后加入nacl溶液至nacl終濃度為500mmol·l^-1，最后加入巰基化dna(巰基化dna與納米金棒的重量比為2000:1)，混勻，靜置5分鐘，得到巰基化dna穩(wěn)定保護的納米金棒；

本發(fā)明所用巰基化dna，序列為5’sh-aaaaaaaaaaaaaaa，委托上海生工生物工程股份有限公司合成，經(jīng)hplc純化，為凍干粉，使用前溶解于超純水中，備用；

委托上海生工生物工程股份有限公司合成，經(jīng)hplc純化，為凍干粉，使用前溶解于超純水中，備用；

(3)將上述得到的巰基化dna穩(wěn)定保護的納米金棒8000rpm離心15min以除掉溶液中多余離散dna，溶解于0.05mctab溶液中，加入1％sds溶液使sds終濃度為0.05％(質(zhì)量分數(shù))，再加入硝酸銀溶液(金、銀的摩爾比在1:1)，最后加入還原劑l-aa溶液(銀與l-aa的摩爾比為1:15)，混勻，靜置3小時，即得新型核殼結(jié)構(gòu)納米粒子——銀包金納米核殼結(jié)構(gòu)納米粒子。

本發(fā)明的新型核殼結(jié)構(gòu)納米粒子，具有非常好的穩(wěn)定性，在溶液中加入nacl，濃度達到1摩爾每升時，仍保持穩(wěn)定存在，不發(fā)生聚集沉淀，便于后續(xù)的相關(guān)研究。au-ag核殼結(jié)構(gòu)的透射電鏡如圖2所示，核殼結(jié)構(gòu)兩端的銀覆蓋非常薄，因此作為核心的納米金棒所連接dna單鏈會大部分裸露在外，一方面作為保護基團，使核殼結(jié)構(gòu)性質(zhì)穩(wěn)定，另一方面可以利用dna雙螺旋結(jié)構(gòu)的堿基配對原理，實現(xiàn)核殼結(jié)構(gòu)兩端修飾的一維特性。不同于一般的金納米顆粒、金銀核殼結(jié)構(gòu)等納米粒子，因其修飾無方向性，不能實現(xiàn)特異性修飾，難于實現(xiàn)類似于頭對頭(head-to-head)這種結(jié)構(gòu)。研究人員利用fdtd等理論計算研究發(fā)現(xiàn)，尖銳的納米粒子表面電子集中，表面等離子體共振效果強于納米粒子的緩鈍區(qū)域。頭對頭納米結(jié)構(gòu)是兩個納米粒子尖銳部分接近的結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)更強的納米粒子表面等離子體共振。本發(fā)明的新型核殼結(jié)構(gòu)納米粒子，研究表明納米粒子尖端部分具有更高的表面等離子體效應，因此納米粒子的定向修飾在生物光電子學、生物納米檢測等領(lǐng)域具有巨大的應用價值。

實施例2制備新型核殼結(jié)構(gòu)納米粒子

步驟如下：

(1)納米金棒的制備：室溫下，將15ml的0.1mol·l^-1的ctab溶液加入到反應容器(20ml圓底燒瓶)中，再加入80ul的50mmol·l^-1的haucl4溶液，快速攪拌1分鐘；然后迅速加入1.0ml的10mmol·l^-1nabh4溶液，快速攪拌1分鐘，得到晶種；

將40ml的0.1mol·l^-1的ctab溶液加入到另一反應容器(50ml圓底燒瓶)中，適當速度攪拌下(邊攪拌邊加入，以混合均勻)，加入250ul的50mmol·l^-1的haucl4溶液，然后加入250ul的10mmol·l^-1的硝酸銀溶液，再加入180ul的0.1mol·l^-1的l-aa溶液(抗壞血酸溶液)，此時溶液由淺黃色變?yōu)闊o色，最后加入90ul晶種，攪拌1分鐘，靜置4小時，溶液顏色由無色變?yōu)樽鼗疑?，制得納米金棒；

所述nabh4溶液，需使用前配制，配制后置于-20℃冰箱中放置10分鐘，待用；

(2)納米金棒的dna修飾：室溫下，將上述制備的納米金棒10000rpm離心20mins，棄除上清液，溶于0.2％(質(zhì)量百分數(shù))sds溶液中，用鹽酸調(diào)節(jié)溶液ph至3，加入5×tbe緩沖液，使得其終濃度為1×tbe，然后加入nacl溶液至nacl終濃度為500mmol·l^-1，最后加入巰基化dna，巰基化dna與納米金棒的重量比為10000:1，混勻，靜置5分鐘，得到巰基化dna穩(wěn)定保護的納米金棒；

(3)將上述得到的巰基化dna穩(wěn)定保護的納米金棒10000rpm離心20mins，以除掉溶液中多余離散巰基化dna，溶解于0.05mctab溶液中，加入1％sds溶液使sds終濃度為0.1％(質(zhì)量分數(shù))，再加入硝酸銀溶液(金、銀的摩爾比在1：1.5)，最后加入還原劑l-aa溶液(銀與l-aa的摩爾比為1：18)，混勻，靜置3小時，即得新型核殼結(jié)構(gòu)納米粒子——銀包金納米核殼結(jié)構(gòu)納米粒子。

實施例3制備新型核殼結(jié)構(gòu)納米粒子

步驟如下：

(1)納米金棒的制備：室溫下，將12ml的0.1mol·l^-1的ctab溶液加入到反應容器(20ml圓底燒瓶)中，再加入60ul的50mmol·l^-1的haucl4溶液，快速攪拌1分鐘；然后迅速加入0.8ml的10mmol·l^-1nabh4溶液，快速攪拌1分鐘，得到晶種；

將35ml的0.1mol·l^-1的ctab溶液加入到另一反應容器(50ml圓底燒瓶)中，適當速度攪拌下(邊攪拌邊加入，以混合均勻)，加入240ul的50mmol·l^-1的haucl4溶液，然后加入240ul的10mmol·l^-1的硝酸銀溶液，再加入170ul的0.1mol·l^-1的l-aa溶液(抗壞血酸溶液)，此時溶液由淺黃色變?yōu)闊o色，最后加入90ul晶種，攪拌1分鐘，靜置4小時，溶液顏色由無色變?yōu)樽鼗疑?，制得納米金棒；

所述nabh4溶液，需使用前配制，配制后置于-20℃冰箱中放置10分鐘，待用；

(3)納米金棒的dna修飾：室溫下，將上述制備的納米金棒8000rpm離心20mins，棄除上清液，溶于0.2％(質(zhì)量百分數(shù))sds溶液中，用鹽酸調(diào)節(jié)溶液ph至3，加入5×tbe緩沖液，使得其終濃度為1×tbe，然后加入nacl溶液至nacl終濃度為500mmol·l^-1，最后加入巰基化dna，巰基化dna與納米金棒的重量比為5000:1，混勻，靜置5分鐘，得到巰基化dna穩(wěn)定保護的納米金棒；

(3)將上述得到的巰基化dna穩(wěn)定保護的納米金棒8000rpm離心20mins，以除掉溶液中多余離散巰基化dna，溶解于0.05mctab溶液中，加入1％sds溶液使sds終濃度為0.08％(質(zhì)量分數(shù))，再加入硝酸銀溶液(金、銀的摩爾比在1:0.8)，最后加入還原劑l-aa溶液(銀與l-aa的摩爾比為1:12)，混勻，靜置3小時，即得新型核殼結(jié)構(gòu)納米粒子——銀包金納米核殼結(jié)構(gòu)納米粒子。