什么是胶体金? 氯金酸 (HAuCl4) 在还原剂作用下, 可聚合成一定大小的金颗粒, 形成带负电的疏水胶溶液 由于静电作用而成为稳定的胶体状态, 故称胶体金
抗体和金颗粒的耦联 胶体金颗粒由一个基础金核 ( 原子金 Au) 及包围在外的双离子层构成, 紧连在金核表面的是内层负离子 (AuC12-), 外层离子层 H+ 则分散在胶体间溶液中, 以维持胶体金游离于溶胶间的悬液状态 胶体金颗粒的基础金核并非是理想的圆球核, 较小的胶体金颗粒基本是圆球形的, 较大的胶体金颗粒 ( 一般指大于 30nm 以上的 ) 多呈椭圆形 在电子显微镜下可观察胶体金的颗粒形态
白质等高分子被吸附到胶体金颗粒表面的包被过程 吸附机理可能是胶体金颗粒表面负电荷, 与蛋白质的正电荷基团因静电吸附而形成牢固结合 用还原法可以方便地从氯金酸制备各种不同粒径 也就是不同颜色的胶体金颗粒 胶体金技术胶体金标记, 实质上是蛋
这种球形的粒子对蛋白质有很强的吸附功能, 可以与葡萄球菌 A 蛋白 免疫球蛋白 毒素 糖蛋白 酶 抗生素 激素 牛血清白蛋白多肽缀合物等非共价结合, 因而在基础研究和临床实验中成为非常有用的工具 免疫金标记技术主要利用了金颗粒具有高电子密度的特性, 在金标蛋白结合处, 在显微镜下可见黑褐色颗粒, 当这些标记物在相应的配体处大量聚集时, 肉眼可见红色或粉红色斑点, 因而用于定性或半定量的快速免疫检测方法中, 这一反应也可以通过银颗粒的沉积被放大, 称之为免疫金银染色
胶体金在电镜水平的应用 1 细胞悬液或单层培养中细胞表面抗原的观察 2 单层培养中细胞内抗原的检测 3 组织抗原的检测
胶体金在光镜水平的应用 1 用单克窿抗体或抗血清检测细胞悬液或培养的单层细胞的膜表面抗原 2 检测培养的单层细胞胞内抗原 3 组织中或亚薄切片中抗原的检测
1980 Muller 对牛痘病毒进行了免疫电镜研究 80 年代 Geoghegan 胶体金被动凝集试验 1983 Leuvering 等 胶体金早孕诊断研究 90 年代 人体免疫胶体金检测试剂
胶体金免疫层析法 (GICA) 该技术主要是将特异性的抗体 Y2Y3 以条带状固定在 NC 膜上, 胶体金标记试剂 Y1 吸附在结合垫上, 当待测样品含 hcg 的尿液加到试纸条一端的样品垫上后, 通过毛细作用向前移动, 溶解结合垫上的胶体金标记试剂后相互反应, 再移动至固定的抗体 Y2 和 Y3 的区域时, 待测物和金标试剂的复合物又与之发生特异性结合而被截留, 聚集在检测带上, 通过可目测的胶体金标记物得到直观的显色结果 而流离标记物则越过检测带, 达到与结合标记物自动分离的目的
纳米金生物探针及其应用 对特定病原或遗传疾病 DNA 序列的检测, 以往的方法大多是建立在标记有放射性 荧光和化学发光物质的探针与靶序列杂交的基础上 1996 年 Mirkin 等发展的核酸比色分析法为核酸检测提供了新的启示 其原理是利用巯基修饰的寡核苷酸在一定尺寸的金纳米粒子上进行组装, 形成寡核苷酸包裹的金粒子探针, 当该探针与互补的靶分子杂交时, 使纳米金等离子共振吸收峰由 520nm 红移至 600nm, 形成网状聚集体而使纳米金溶液颜色由红变紫, 从而指示靶分子的存在 纳米金应用于细胞染色的原理与纳米金的光学特性有关 超微金纳米粒子的光吸收和光散射在显微镜下呈现自己的特征颜色 当纳米金粒子与不同抗体相结合形成稳定的复合物后, 会对某种波长的光吸收产生影响, 在白光或单色光的照射下会呈现某种特定的颜色, 能给与抗体结合的不同组织细胞贴上标签
将 DNA 的 3 端修饰巯基,5 端修饰荧光染料, 利用巯基与纳米金之间的共价吸引力将 DNA 连接到纳米金上制成探针, 同时 5 端的荧光染料也由于化学键的作用连到了纳米金颗粒上, 造成荧光染料 100 % 的荧光猝灭 当该探针与其互补的靶序列杂交后,5 端的荧光染料会从纳米金颗粒上脱离, 荧光信号恢复, 从而可用于超灵敏的 DNA 检测 如图所示
利用抗菌药物环丙沙星 (cfh) 对二氮环上的 NH 与金键合的原理, 包覆 4 20 nm 不同粒径的金纳米颗粒获得稳定的 cfh2au 复合物, 这种复合物在干燥的室温条件下很稳定, 且所键合的 cfh 药物分子在一定条件下可以解吸 这一研究表明金粒子可以作为 cfh 这类含单喹啉基团的药物分子的载体
药物与金键合 紫外光照射 ( 短时 ) 还原缩氨酸通过自组装作用而形成的纳米圆环结构 紫外光照射 ( 长时 ) 破坏缩氨酸纳米圆环而使金纳米粒子得以释放
自免疫胶体金层析技术作为诊断试剂广泛应用到临床后, 由于它的快速简便 准确, 具有高度特异性和高敏感性, 结果直观可靠, 而且试剂和样品用量极少, 每个样品只需 1-2UL, 无需仪器设备, 简化了烦琐的常规操作过程, 同时也减小了因操作引起的误差, 是一种目前发展最快的复合型免疫层析技术 胶体金免疫层析技术与 ELISA 技术原理不尽相同, 前者技术要求更高, 实施更为困难 其主要原因在于胶体金免疫层析技术发展快, 时间较短 ; 层析材料主要采用国外产品, 国内产品尚无法达到要求 胶体金本身为红色, 不需要加入发色试剂, 省却了酶标的致癌性底物及终止液的步骤, 对人体无毒害, 金标记物比酶标记物更稳定, 试验结果可以长期保存而不腿色
早孕诊断用的免疫层析试剂
目前该技术已经在临床医学检验广泛应用, 如激素 ( 早孕 LH 等 ) 传染病病原的抗体和抗原 ( 甲肝 乙肝 丙肝 爱滋病 乙脑 流感等 ) 性病 ( 梅毒螺旋体抗体 淋球菌等 ) 细菌 ( 结核杆菌抗体 沙门氏菌抗体等 ) 寄生虫 ( 弓形虫 包虫 血吸虫 人囊虫等 ) 肿瘤标记物 ( 甲胎蛋白 血清癌胚抗原等 ) 心血管病检测标记物 ( 血清心肌钙蛋白等 ) 以及大麻 吗啡 海洛因等 这已经充分显示了该技术的应用前景仍将越来越广阔 该技术在动物医学研究虽然起步较晚, 但可喜的是已经有诊断试剂面市, 随着该技术的不断研究和发展, 必将为兽医临床诊断试剂研究提供更加快速简便 商品化自动化的新途径 该法被认为是微生物和传染病及寄生虫病诊断技术标准化最有前途的新技术之一, 并且可以进一步研发定量或半定量检测试纸条以及通用检测试纸条
问题回答 : 如何使胶体金在溶液中更加稳定不与溶质作用? 可以对胶体金进行表面修饰 尽管与其他金属胶体相比金胶是较稳定的, 但当金胶溶液被稀释 遇电解质 ( 即使是很少量的 ) 和温度的急剧变化 长时间光照时都会使其聚集和变性 为了提高稳定性, 可在金胶表面修饰其他分子如采用 Schiffrin 法等 与其他胶体一样, 金胶的稳定性取决于胶粒之间的范德华引力和双电层的斥力 范德华引力驱使胶粒团聚, 双电层斥力使胶粒稳定 另外, 由于金胶的密度比其他分子类型的胶体要高, 所以重力对稳定性的影响不可忽视, 特别是颗粒较大的金胶 用柠檬酸钠制备的金胶, 颗粒越小表面电荷密度就越高, 双电层的斥力大, 而且质量较小, 所以小颗粒金胶的稳定性比大颗粒金胶高 用阴 阳混合离子交换树脂除去金胶中的阴 阳离子, 将这种金胶溶液分成 3 份, 一份中不加任何物质, 两天后金胶产生聚集 ; 第 2 份中加 10-3mol/ L NaClO4 溶液, 两周后产生聚集 ; 第 3 份中加入 10-5mol/ L 的柠檬酸钠一直未产生聚集作用 这表明金胶溶液中需要有一定浓度的阴离子以维持界面的双电层, 柠檬酸根带有较多的负电荷而且在金胶表面吸附能力强于高氯酸根 尽管金胶表面吸附着亲水性的阴离子, 但金胶总体上显示出疏水性 在不同极性的材料表面上, 极性小 疏水性强的材料最易吸附金胶
Schiffrin 首先用硫醇在有机相中制备能溶于有机相的 1~3nm 直径的金胶, 制成的金胶表面组装上了一层有序的硫醇分子, 稳定性好, 存放 6 个月以上不变性 在这之前在水相中制备金胶很难制得如此小的金胶并有如此高的稳定性 这样的金胶可制成粉末状, 更便于贮存和使用 他的工作开创了纳米粒子化合物的新纪元 将含有巯基的聚苯乙烯修饰到纳米金表面, 可制得能溶于聚苯乙烯的纳米金化合物, 这为制备新型的高分子材料开创了新的思路和方法 对同一个金胶表面可组装多个官能团, 如 OH, Br, 酯以及电化学活性的二茂铁等, 使单个纳米粒子具有多样功能, 如电催化 光催化和识别等功能 由于纳米粒子表面可以修饰各种分子, 因此纳米粒子化合物的识别功能就特别引人注目 自组装二酰胺吡啶巯基化合物的 2nm 金胶对黄素有很好的识别作用 Boal 等在每个金胶上组装了 90 个巯基化合物分子, 其中有 12 个识别点位, 用电化学方法可以控制金胶表面组装的量 还可用电化学方法研究黄素在电极表面的氧化还原行为 在电化学的循环伏安扫描中, 金胶表面组装的醌类分子对 1,12 二硝基环己烷有明显的电催化作用, 与单体醌类分子相比催化效率更高, 这是由于纳米团簇的扩散系数小于单体醌类分子, 这使电极表面反应的厚度减小 当纳米粒子表面修饰上其他分子后, 粒子本身催化性质以及其他性质也被改变 将表面含有许多氨基的树枝状聚合物 (Dendrimer) 修饰到金胶表面, 这种聚合物有较大的空隙和渗透性, 既能使外侧的小分子渗入到金胶表面, 又能使金胶在水中稳定 此时金胶的颗粒为 2~3nm 到目前为止人们已研究了其他一些分子在纳米金胶上修饰, 如芳烃巯基化合物 硅烷化合物 以及能溶于水的巯基钠盐化合物和羧基化合物等