專利名稱：一種利用棉鈴蟲核型多角體蛋白制備鉑納米粒子的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米材料的制備方法，特別是制備貴金屬鉬納米粒子的方法。
背景技術(shù)：
貴金屬納米材料由于具有良好的穩(wěn)定性、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、光學(xué)效應(yīng)和良好的生物相容性等特點(diǎn)，在光學(xué)、傳感器、催化和生物檢測(cè)分析等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值，因而越來越受到人們的廣泛關(guān)注。近年來研究熱點(diǎn)集中在通過控制納米粒子的尺寸、形貌及其復(fù)合結(jié)構(gòu)來制備可調(diào)控的新型納米粒子。目前貴金屬鉬納米粒子的制備方法很多，但是要獲得結(jié)構(gòu)、形態(tài)、尺寸可調(diào)控、分布均勻、穩(wěn)定性較好的貴金屬鉬納米粒子依然比較困難。近年來，人們常采用不同形態(tài)的碳材料或者其他模板作為載體來控制小粒徑貴金屬鉬納米粒子的生長(zhǎng)及分布。例如，Ping Lin K μ ο等人(ACS.Appl.Mate.1nterfaces.2011，3，115-118)和 Robert VHyll 等人(Chem.Mater.2006，18，1780-1788)分別報(bào)道了利用多孔碳納米管和多壁碳納米管制備分散的鉬納米粒子，由于作為負(fù)載的碳材料本身缺乏活性吸附基團(tuán)，在制備過程中需要經(jīng)過前期處理引入可以與貴金屬結(jié)合的基團(tuán)。這些操作使得制備工藝復(fù)雜化，提高了生產(chǎn)成本，并且所得到的金屬粒子的分布具有很大的隨機(jī)性。Dan Wen等發(fā)表在《物理化學(xué)C》(J.Phys.Chem.C.2009，113，13023-13028)文章中報(bào)道了 TiO2膠體球負(fù)載Pt納米粒子的制備，制備的產(chǎn)物可以用于生物傳感器材料。然而，由于TiO2本身缺乏吸附基團(tuán)，很難使貴金屬納米粒子附著于其表面，需要加入氨丙基三甲氧基硅烷以引入NH2_作為中間體來連接TiO2與貴金屬粒子。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠通過控制蛋白的堿解度有效的控制貴金屬鉬納米粒子的分布，制備條件溫和、產(chǎn)率高、工藝簡(jiǎn)單，并且該方法直接采用自然界存在的生物蛋白納米結(jié)構(gòu)做為貴金屬鉬納米粒子的載體，來源廣泛，重復(fù)性高，生產(chǎn)成本低的一種利用棉鈴蟲核型多角體蛋白制備鉬納米粒子的方法。本發(fā)明主要是采用天然的棉鈴蟲核型多角體蛋白作為載體控制合成高度分散的貴金屬鉬納米粒子。本發(fā)明首先對(duì)棉鈴蟲核型多角體進(jìn)行純化堿解，得到多角體蛋白片，然后加入PtCl4溶液進(jìn)行共孵化，使得貴金屬離子吸附到核型多角體蛋白表面含的特定官能團(tuán)(如巰基官能團(tuán))的活性位點(diǎn)上，孵化特定時(shí)間后通過超聲輔助共還原處理，在蛋白表面就形成了排布有序，尺寸均勻的貴金屬Pt納米粒子。本發(fā)明的技術(shù)方案具體包括如下步驟:( I)棉鈴蟲核型多角體的純化和堿解:將0.5 1.0g棉鈴蟲核型多角體病毒原粉溶于60 IOOmL超純水中，超聲促進(jìn)其溶解。本發(fā)明所用的超純水均由超純水儀制備。500 1200r/min離心5 IOmin后取上清,3000 5000r/min離心20 30min后取沉淀,沉淀用超純水重懸。如此低速,高速反復(fù)離心3 5次，至最后一次高速離心的上清無色澄清為止，即得到較純凈的多角體。將所得多角體用1.5 2.5mL冷的超純水重懸，加入150 250 μ L堿解液處理10 25min。上述的堿解液為0.3mol/L碳酸鈉，0.5mol/L氯化鈉和0.03mol/L乙二胺四乙酸二鈉溶液。然后用0.5mol/L的冰醋酸調(diào)節(jié)pH至7 8，5000 7000r/min離心2 3次，取上清液。后在4 10°C，25000 30000r/min下超速離心I 2h，棄去上清液后將所得沉淀斑用I 2mL超純水重懸。(2)制備棉鈴蟲核型多角體蛋白負(fù)載的貴金屬鉬納米粒子:取100 300 μ L堿解處理的棉鈴蟲核型多角體蛋白液體加入100 300 μ L濃度為I IOmM的PtCl4溶液中，充分混勻，于20 30°C，130 170r/min下?lián)u床孵化15 25h。然后逐滴加入50 100 μ L新配制的濃度為5 IOmM的NaBH4溶液，邊超聲邊還原。還原后于20 30°C，130 170r/min下?lián)u床孵化3 6h，即得到棉鈴蟲核型多角體蛋白負(fù)載貴金屬鉬納米粒子。由于生物蛋白包含各種活性基團(tuán)、氨基酸序列排布規(guī)則、可生物降解、生物兼容、具有完善且嚴(yán)格的分子識(shí)別功能，在貴金屬鉬納米粒子制備中既可作為保護(hù)劑或調(diào)控劑制備不同尺寸、形貌的貴金屬鉬納米粒子，又可作為引導(dǎo)劑規(guī)則排列貴金屬鉬納米粒子。同時(shí)生物分子自身的結(jié)構(gòu)特征及其空間限域效應(yīng)可以對(duì)納米粒子的合成進(jìn)行精確調(diào)控，從而得到具有預(yù)期尺寸大小且排布規(guī)則的納米粒子。本發(fā)明采用的棉鈴蟲核型多角體蛋白是棉鈴蟲核型多角體病毒在感染晚期大量表達(dá)產(chǎn)生的，自身形成結(jié)構(gòu)致密的超大分子蛋白質(zhì)晶體。棉鈴蟲核型多角體蛋白是由一種致密的三聚體的亞基結(jié)構(gòu)構(gòu)成，三聚體之間通過二硫鍵連接。這種蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)的一個(gè)重復(fù)單元的理論長(zhǎng)度為10nm，每個(gè)三聚體長(zhǎng)度為5nm。這種特定的結(jié)構(gòu)重復(fù)性排布，其外表面富含大量的氨基酸，所含有的活性官能團(tuán)能夠吸附多種金屬離子到其表面。而且該蛋白一個(gè)顯著特點(diǎn)就是還可以通過調(diào)節(jié)多角體的堿解時(shí)間來調(diào)節(jié)蛋白的堿解度，進(jìn)而控制貴金屬鉬納米粒子的分布。所述的貴金屬鉬納米粒子具有以下結(jié)構(gòu)特征:棉鈴蟲核型多角體蛋白結(jié)構(gòu)規(guī)則，單層蛋白呈現(xiàn)有序的網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)，而且蛋白表面有特定的活性位點(diǎn)容易與金屬離子結(jié)合。所得貴金屬鉬納米粒子均勻分布在蛋白表面，分散度高，粒子的大小、分散度與棉鈴蟲核型多角體蛋白一致。這種方法不但減少了傳統(tǒng)鉬納米粒子載體復(fù)雜的制備工藝，而且無需引入外源活性基團(tuán)，蛋白本身含有的活性官能團(tuán)即作為調(diào)控劑控制了鉬納米粒子的尺寸，又作為引導(dǎo)劑控制鉬納米粒子的排布和分散度。本發(fā)明的有益效果是:直接采用天然的棉鈴蟲核型多角體蛋白作為載體，不用進(jìn)行任何特殊處理，經(jīng)過與材料體系共孵化，超聲輔助共還原處理，即可獲得棉鈴蟲核型多角體蛋白負(fù)載的貴金屬鉬納米粒子。與現(xiàn)有的碳材料和多孔氧化物作為載體調(diào)控生長(zhǎng)的貴金屬鉬納米粒子相比，本發(fā)明得到的貴金屬鉬納米粒子具有尺寸小、粒徑分布更均勻、分散高等優(yōu)點(diǎn)。該制備方法工藝簡(jiǎn)單，條件溫和，環(huán)保高效，且載體來源廣泛易得，成本低廉，易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述。
圖1是堿解15min得到的棉鈴蟲核型多角體蛋白的TEM圖；圖2是制備的堿解15min的棉鈴蟲核型多角體蛋白負(fù)載的鉬納米粒子的 Μ圖；圖3是堿解25min得到的棉鈴蟲核型多角體蛋白的TEM圖；圖4是制備的堿解25min的棉鈴蟲核型多角體蛋白負(fù)載的鉬納米粒子的 Μ圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 將0.5g棉鈴蟲核型多角體病毒原粉溶于60mL超純水中，超聲促進(jìn)其溶解。所用的超純水均由英國(guó)海威考姆勃市威望迪純水系統(tǒng)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的PL5124-PALL型號(hào)超純水儀制備的。1000r/min離心IOmin后取上清,4000r/min離心30min后取沉淀,沉淀用超純水重懸。如此低速，高速反復(fù)離心4次，至最后一次高速離心的上清無色澄清為止，即得到較純凈的多角體。將所得多角體用2mL冷的超純水重懸,加入200 μ I堿解液處理15min。然后用0.5mol/L的冰醋酸調(diào)節(jié)pH至7,5000r/min離心5min后取上清液,6000r/min離心5min取上清液,7000r/min離心5min,取上清液。后在4°C, 28000r/min下超速離心Ih,棄去上清液后將所得沉淀斑用1.5mL超純水重懸。透射電鏡下觀察其形貌見圖1。圖1為實(shí)施例I純化和堿解后的棉鈴蟲核型多角體蛋白的 Μ圖，從圖中可以看出所得的棉鈴蟲核型多角體蛋白呈現(xiàn)單層的網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)，單個(gè)格為一個(gè)三聚體呈菱形，近似為正方形，大小為5nm，多個(gè)三聚體重復(fù)排列形成網(wǎng)狀蛋白片，蛋白片的大小為20 80nm，主要集中為40 50nm。每個(gè)三聚體上都有活性官能團(tuán)，為貴金屬粒子的形核提供位點(diǎn)，同時(shí)其空間限位效應(yīng)限制了貴金屬鉬納米粒子的粒徑為4 5nm。取200 μ L堿解處理的棉鈴蟲核型多角體蛋白液體加入100 μ L濃度為5mM的PtCl4溶液，充分混勻，于25°C，140r/min下?lián)u床孵化24h。然后逐滴加入75 μ L新配制的濃度為5mM的NaBH4溶液，邊超 聲邊還原。還原后于25°C，140r/min下?lián)u床孵化6h，即得到棉鈴蟲核型多角體蛋白負(fù)載的鉬納米粒子。透射電鏡下觀察其形貌見圖2。圖2為實(shí)施例1制備的棉鈴蟲核型多角體負(fù)載的鉬納米粒子的TEM圖，從圖中可以所得的鉬納米粒子均勻的分散，大小和形狀與核型多角體蛋白基本一致，單個(gè)納米粒子粒徑為4 5nm，沒有團(tuán)聚現(xiàn)象。實(shí)施例2將0.5g棉鈴蟲核型多角體病毒原粉溶于60mL超純水中，超聲促進(jìn)其溶解。所用的超純水均由英國(guó)海威考姆勃市威望迪純水系統(tǒng)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的PL5124-PALL型號(hào)超純水儀制備的。1000r/min離心IOmin后取上清,4000r/min離心25min后取沉淀,沉淀用超純水重懸。如此低速，高速反復(fù)離心4次，至最后一次高速離心的上清無色澄清為止，即得到較純凈的多角體。將所得多角體用1.5mL冷的超純水重懸，加入200 μ I堿解液處理15min。然后用0.5mol/L的冰醋酸調(diào)節(jié)pH至7, 5000r/min離心5min后取上清液,6000r/min離心5min取上清液,7000r/min離心5min,取上清液。后在4°C, 28000r/min下超速離心1.5h,棄去上清液后將所得沉淀斑用1.5mL超純水重懸。取300 μ L堿解處理的棉鈴蟲核型多角體蛋白液體加入100 μ L濃度為5mM的PtCl4溶液，充分混勻，于25°C，140r/min下?lián)u床孵化24h。然后逐滴加入75 μ L新配制的濃度為5mM的NaBH4溶液，邊超聲邊還原。還原后于25°C，140r/min下?lián)u床孵化6h，即得到棉鈴蟲核型多角體蛋白負(fù)載的鉬納米粒子。
實(shí)施例3將0.5g棉鈴蟲核型多角體病毒原粉溶于60mL超純水中，超聲促進(jìn)其溶解。所用的超純水均由英國(guó)海威考姆勃市威望迪純水系統(tǒng)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的PL5124-PALL型號(hào)超純水儀制備的。500r/min離心IOmin后取上清,4000r/min離心20min后取沉淀,沉淀用超純水重懸。如此低速，高速反復(fù)離心3次，至最后一次高速離心的上清無色澄清為止，即得到較純凈的多角體。將所得多角體用2mL冷的超純水重懸,加入200 μ I堿解液處理25min。然后用0.5mol/L的冰醋酸調(diào)節(jié)pH至7,5000r/min離心5min后取上清液,6000r/min離心5min取上清液,7000r/min離心5min,取上清液。后在4°C, 28000r/min下超速離心Ih,棄去上清液后將所得沉淀斑用1.5mL超純水重懸。透射電鏡下觀察其形貌見圖3。圖3為實(shí)施例3純化和堿解后的棉鈴蟲核型多角體蛋白的TEM圖，從圖中可以看出堿解時(shí)間加長(zhǎng)，所得的核型多角體蛋白的蛋白片更加細(xì)碎，大小主要集中為10 20nm。取200 μ L堿解處理的棉鈴蟲核型多角體蛋白液體加入100 μ L濃度為5mM的PtCl4溶液，充分混勻，于25°C，140r/min下?lián)u床孵化20h。然后逐滴加入75 μ L新配制的濃度為5mM的NaBH4溶液，邊超聲邊還原。還原后于25°C，140r/min下?lián)u床孵化6h，即得到棉鈴蟲核型多角體蛋白負(fù)載的鉬納米粒子。透射電鏡下觀察其形貌見圖4。圖4為實(shí)施例3制備的棉鈴蟲核型多角體負(fù)載的鉬納米粒子的TEM圖，從圖中可以所得的鉬納米粒子分散度高，大小和形狀與核型多角體蛋白基本一致，單個(gè)納米粒子粒徑為4 5nm，沒有團(tuán)聚現(xiàn)象。實(shí)施例4將0.5g棉鈴蟲核型多角體病毒原粉溶于60mL超純水中，超聲促進(jìn)其溶解。所用的超純水均由英國(guó)海威考姆勃市威望迪純水系統(tǒng)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的PL5124-PALL型號(hào)超純水儀制備的。500r/min離心5min后取上清,3000r/min離心30min后取沉淀,沉淀用超純水重懸。如此低速，高速反復(fù)離心5次，至最后一次高速離心的上清無色澄清為止，即得到較純凈的多角體。將所得多角體用1.5mL冷的超純水重懸,加入150 μ I堿解液處理IOmin0然后用0.5mol/L的冰醋酸調(diào)節(jié)pH至7, 5000r/min離心5min后取上清液,6000r/min離心5min取上清液,7000r/min離心5min,取上清液。后在4°C, 25000r/min下超速離心lh，棄去上清液后將所得沉淀斑用ImL超純水重懸。取100 μ L堿解處理的棉鈴蟲核型多角體蛋白液體加入300 μ L濃度為ImM的PtCl4溶液，充分混勻，于20°C，130r/min下?lián)u床孵化25h。然后逐滴加入50 μ L新配制的濃度為5mM的NaBH4溶液，邊超聲邊還原。還原后于20°C，130r/min下?lián)u床孵化6h，即得到棉鈴蟲核型多角體蛋白負(fù)載的鉬納米粒子。實(shí)施例5將1.0g棉鈴蟲核型多角體病毒原粉溶于IOOmL超純水中，超聲促進(jìn)其溶解。所用的超純水均由英國(guó)海威考姆勃市威望迪純水系統(tǒng)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的PL5124-PALL型號(hào)超純水儀制備的。1200r/min離心IOmin后取上清,5000r/min離心20min后取沉淀,沉淀用超純水重懸。如此低速，高速反復(fù)離心3次，至最后一次高速離心的上清無色澄清為止，即得到較純凈的多角體。將所得多角體用2.5mL冷的超純水重懸，加入250 μ I堿解液處理25min。然后用0.5mol/L的冰醋酸調(diào)節(jié)pH至8, 5000r/min離心5min后取上清液,6000r/min離心5min取上清液,7000r/min離心5min,取上清液。后在10°C, 30000r/min下超速離心2h,棄去上清液后將所得沉淀斑用2mL超純水重懸。
取300μ L堿解處理的棉鈴蟲核型多角體蛋白液體加入IOOyL濃度為IOmM的PtCl4溶液，充分混勻，于30°C，170r/min下?lián)u床孵化15h。然后逐滴加入100 μ L新配制的濃度為IOmM的NaBH4溶液，邊超聲邊還原。還原后于30°C，170r/min下?lián)u床孵化3h，即得到棉鈴蟲核型多角體蛋白負(fù)載的鉬納米粒子。
權(quán)利要求
1.一種利用棉鈴蟲核型多角體蛋白制備鉬納米粒子的方法，其特征是:所述方法包括如下步驟: (1)棉鈴蟲核型多角體的純化和堿解: 將0.5 1.0g棉鈴蟲核型多角體病毒原粉溶于60 IOOmL超純水中，超聲促進(jìn)其溶解。500 1200r/min離心5 IOmin后取上清，3000 5000r/min離心20 30min后取沉淀，沉淀用超純水重懸。如此低速，高速反復(fù)離心3 5次，至最后一次高速離心的上清無色澄清為止，即得到較純凈的多角體，將所得多角體用1.5 2.5mL冷的超純水重懸，力口入150 250 μ I堿解液處理10 25min。然后用0.5mol/L的冰醋酸調(diào)節(jié)pH至7 8，5000 7000r/min離心2 3次，取上清液，后在4 10°C，25000 30000r/min下超速離心I 2h,棄去上清液后將所得沉淀斑用I 2mL超純水重懸； (2)制備棉鈴蟲核型多角體蛋白負(fù)載的貴金屬鉬納米粒子: 取100 300 μ L堿解處理的棉鈴蟲核型多角體蛋白液體加入100 300 μ L濃度為I IOmM的PtCl4溶液中，充分混勻，于20 30°C，130 170r/min下?lián)u床孵化15 25h。然后逐滴加入50 100 μ L新配制的濃度為5 IOmM的NaBH4溶液，邊超聲邊還原。還原后于20 3(TC, 130 170r/min下?lián)u床孵化3 6h,即得到棉鈴蟲核型多角體蛋白負(fù)載貴金屬鉬納米粒子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核型多角體蛋白負(fù)載的貴金屬納米粒子的制備方法，其特征是:所述的步驟(I)中的堿解液為0.3mol/L碳酸鈉,0.5mol/L氯化鈉和0.03mol/L乙二胺四乙酸二鈉溶液。
全文摘要
一種利用棉鈴蟲核型多角體蛋白制備貴金屬鉑納米粒子的方法，該方法利用棉鈴蟲核型多角體蛋白固有的結(jié)構(gòu)特征，將PtCl4溶液加入到提純的棉鈴蟲核型多角體溶液中，經(jīng)過孵化、超聲輔助還原處理，即可在棉鈴蟲核型多角體蛋白表面獲得排布均勻、粒徑一致的貴金屬鉑納米粒子。該方法采用的棉鈴蟲核型多角體蛋白載體本身具有天然的官能團(tuán)重復(fù)性排布的特定結(jié)構(gòu)，避免了常規(guī)載體復(fù)雜的制備工藝，從而降低了生產(chǎn)成本。該方法能夠通過控制棉鈴蟲核型多角體蛋白的堿解程度從而高度有效的控制貴金屬鉑納米粒子的尺寸及分布，有望在催化燃料電池或生物傳感等方面有重要應(yīng)用。
文檔編號(hào)B82Y40/00GK103170641SQ20131008721
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2013年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月19日
發(fā)明者高發(fā)明, 龐桂桂, 羅京京, 李娜, 侯莉 申請(qǐng)人:燕山大學(xué)