[发明专利]一种SERS生物探针及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型的表面增强拉曼光谱(SERS)生物探针及其制备方法。

背景技术

激光拉曼光谱技术近年来成为研究生物分子结构常用的光谱手段，尤其在研究水溶液中蛋白质的结构和构象方面发挥了重要作用。拉曼技术在对生物样品的研究上主要具有以下优点：其一是能在分子水平上直接得到基团和化学键的信息以及微环境对生物样品结构的影响；其二是不破坏样品的结构，可用于水溶液体系的研究。基于这些特点，使其在生物体系的研究中占有重要的地位。然而，常规拉曼光谱的信号强度很低，限制了其在各个领域的应用。表面增强拉曼光谱(SERS)可使信号大大增强[S.R.Emory，S.M.Nie，Science 1997，275，1102.K.Kneipp，Y.Wang，et al.Phys.Rev.Lett.1997，78，1667]，这为拉曼光谱在生物方面的应用开拓了全新的局面。目前，解释SERS增强机理模型可以分为电磁增强机理和化学增强机理。电磁增强机理认为，当电磁波入射到金属表面时，由于金属表面的粗糙化，电磁波在金属表面发生表面等离子共振，使得表面电场大大增强，靠近金属表面的分子由于受到强大电场的影响而产生很强的拉曼散射。电磁增强是一种具有普遍性的增强机理，其增强因子一般为10⁴-10⁷[J.Phys.Chem.B 2003，107，9964；J.Phys.Chem.B 2000，10，11965；  Phys.Rev.E 2000，62，4318.]。化学增强机理认为，金属与吸附分子在入射光的作用下发生电荷转移而产生电子共振，化学增强的作用一般较电磁增强的作用弱。由于制备简单、性质稳定易保存胶体，因此金作为一种常见的SERS增强基底被广泛应用在SERS检测中，同时由于胶体金与生物分子(DNA分子、蛋白类分子以及生物组织)具有很好的亲和性，常常作为标记物用于生物标记、识别和检测中。上世纪九十年代末，一系列免疫金标记技术以及DNA金标记技术[J.Am.Chem.Soc.1998，120，1959.]与SERS技术结合，发展出SERS标记技术[Langmuir 2003，19，4784；Anal.Chem.2005，77，3261；Science2002，297，1536.]。由于高的检测灵敏度，因此利用SERS标记技术进行生物分子(DNA分子以及蛋白类分子如抗体和抗原等)的SERS检测，尤其在免疫分析和DNA检测方面，受到了人们的关注。

使用SERS技术具有以下优点：(1)拉曼谱峰宽度通常比荧光光谱的谱峰宽度窄10-100倍；(2)拉曼散射受水的影响较小；(3)SERS信号很少受光致褪色的影响，所以可在一定程度上为获得较好的信号而适当地延长检测时间；(4)SERS拉曼信号分子不会象荧光标记物那样发生自淬灭，所以可以通过增加生物探针分子上拉曼信号分子的数量来增强SERS信号，提高检测灵敏度。目前的SERS研究，大多数都直接将拉曼信号分子与球形的金和银纳米颗粒构成的基底结合来增强拉曼信号[Science 2002，297，1536；Anal.Chem.1999，71，4903；Chem.Phys.Lett.1981，82，355.]，这种方法的缺点是：(1)必须使用金、银颗粒制备颗粒膜作为SERS的检测基底；(2)一个拉曼信号分子只能结合在一个分子上进行检测，很难实现多个拉曼信号分子同时结合在一个分子上进行检测，因此检测灵敏度受到很大的限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种SERS生物探针及其制备方法。

本发明所提供的SERS生物探针，包括：

二氧化硅颗粒核和在所述二氧化硅颗粒核表面上的金属纳米颗粒层；

所述金属纳米颗粒层上连接有若干拉曼信号分子，所述金属纳米颗粒层外还形成有二氧化硅层，所述拉曼信号分子位于所述金属纳米颗粒层和所述二氧化硅层之间；

所述二氧化硅层表面修饰有生物探针分子；

所述金属纳米颗粒层为金纳米颗粒层或银纳米颗粒层。

其中，优选的，所述二氧化硅颗粒核心的粒径为10-2000nm；所述二氧化硅层的厚度为1-500nm。优选的，拉曼信号分子为对巯基苯胺、对巯基吡啶、1，4-二巯基苯、巯基苯、4-甲基巯基苯、2-巯基萘。

本发明SERS生物探针的制备方法，包括如下步骤：

1)将表面官能团化的二氧化硅颗粒与金或银纳米颗粒在溶液中混和，使金或银纳米颗粒固定在二氧化硅颗粒表面，得到表面形成有金或银纳米颗粒层的二氧化硅颗粒；