金納米粒子可視化檢測(cè)葡萄糖傳感器及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及可視化傳感器，具體地，涉及一種金納米粒子可視化檢測(cè)葡萄糖傳感器及其制備方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]金膠溶液即金納米粒子溶液(AuNPs)。金納米粒子具有非常高的消光系數(shù)，其中，13nm金納米粒子的消光系數(shù)高達(dá)2.7 X 108mol/(L.cm)，比一般的染料分子高1000倍以上，根據(jù)Beer-Lambert定律可知，金納米粒子所能達(dá)到的檢測(cè)限遠(yuǎn)低于染料分子。另一方面，由于金納米粒子體系在不同狀態(tài)下會(huì)有不同的顏色變化，因此在可視化檢測(cè)中占有重要的地位。基于金納米粒子的可視化檢測(cè)機(jī)理是:單分散金納米粒子在溶液中呈現(xiàn)紅色，當(dāng)加入被檢測(cè)物時(shí)，金納米粒子發(fā)生聚集，從而使粒子間的等離子體耦合發(fā)生改變，吸收峰發(fā)生紅移，溶液的顏色由紅色變?yōu)樽仙蛩{(lán)色。
[0003]金納米粒子除了具有上述的光學(xué)特性外，其表面易于進(jìn)行化學(xué)修飾也為金納米粒子在分析檢測(cè)中的廣泛應(yīng)用提供了便捷條件，例如金納米粒子表面可以通過(guò)修飾小分子、蛋白質(zhì)、多肽、DNA等實(shí)現(xiàn)對(duì)不同靶標(biāo)物質(zhì)的特異性檢測(cè)，包括小分子、重金屬離子、蛋白質(zhì)、核酸、腫瘤細(xì)胞和病原體等?；诮鸺{米粒子的可視化檢測(cè)方法不依賴任何大型儀器，溶液顏色變化即可作為讀出信號(hào)，信號(hào)檢出速度較快，所需材料成本較為低廉，尤其適用于有快速檢測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)需求和條件相對(duì)落后不具備大型儀器的區(qū)域。
[0004]葡萄糖是自然界分布最廣且最為重要的一種單糖，其結(jié)構(gòu)中含五個(gè)羥基，一個(gè)醛基，具有多元醇和醛的性質(zhì)。葡萄糖是生物體最基本的物質(zhì)和生物過(guò)程中普遍存在的能量供給物，但是許多研究表明，腎性糖尿、囊性纖維化病、糖尿病等都與葡萄糖輸送障礙有關(guān)。因此葡萄糖的快速準(zhǔn)確檢測(cè)是非常重要的。目前有許多基于金納米粒子可視化檢測(cè)葡萄糖的方法。如文南犬“Radhakumary C,Sreenivasan K.Naked eye detect1n of glucose inurine using glucose oxidase immobilized gold nanoparticles[J].Analyticalchemistry，2011,83(7):2829-2833.”報(bào)道的:采用碳化二亞胺，將葡萄糖氧化酶修飾在金納米粒子的表面，加入葡萄糖，使金納米粒子聚集，當(dāng)葡萄糖的含量大于100mg/L時(shí)，金納米粒子溶液的顏色變?yōu)樗{(lán)色。也例如“Jiang Y , Zhao H, Lin Y , et al.Colorimetricdetect1n of glucose in rat brain using gold nanoparticles[J].AngewandteChemie ,2010,122(28):4910-4914.”報(bào)道的:利用金納米粒子的光學(xué)性質(zhì)和串聯(lián)反應(yīng)，可以構(gòu)建一種快速簡(jiǎn)便可視化檢測(cè)腦脊液中葡萄糖的方法。利用硼酸與鄰羥基化合物可以發(fā)生共價(jià)結(jié)合的特性，將硼酸及其衍生物作為識(shí)別元件用于檢測(cè)葡萄糖的傳感器已有一定的研究基石出。再例如“Bi X,Liu Z.Facile preparat1n of glycoprotein-1mprinted 96-wellmicroplates for enzyme-linked immunosorbent assay by boronate affinity-basedoriented surface imprinting[J].Analytical chemistry，2013，86(l):959-966.，，報(bào)道的:利用4-氨基苯硼酸修飾石墨烯，增大對(duì)單糖類物質(zhì)的檢測(cè)信號(hào)，效果顯著。還例如“Ma，Yand Yang,X,One saccharide sensor based on the complex of the boronic acid andthemonosaccharide using electrochemical impedance spectroscopy[J].Journal ofElectroanalytical Chemistry, 2005,580:348-352報(bào)道的:在酸性條件下，將具有較高電子傳遞效率的3-氨基苯硼酸(APBA)電聚合到金電極表面，得到聚氨基苯硼酸(PABA)膜。PABA膜可共價(jià)結(jié)合不同的單糖，糖的種類及濃度的各異引發(fā)膜介電特性不同程度的改變。結(jié)合交流阻抗(EIS)可識(shí)別葡萄糖、果糖、甘露糖醇、山梨糖醇四種單糖，且具有良好的線性關(guān)系，靈敏度高，線性范圍較寬。最后例如“Li Y P, Jiang L,Zhang T，et al.Colorimetricdetect1n of glucose using a boronic acid derivative receptor attached tounmodified AuNPs[J].Chinese Chemical Letters，2014，25( I): 77-79.”報(bào)道的:將金納米粒子的可視化傳感與硼酸的親和作用相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)葡萄糖的高選擇性、快速靈敏檢測(cè)也有相關(guān)報(bào)道，單純將硼酸衍生物修飾到裸金納米粒子表面，制備一種比色傳感，分別在酸性和堿性條件下對(duì)葡萄糖進(jìn)行定量檢測(cè)。
[0005]上述檢測(cè)方法中，要么利用硼酸與鄰羥基化合物可以發(fā)生共價(jià)結(jié)合的特性，將硼酸及其衍生物作為識(shí)別元件用于檢測(cè)葡萄糖的傳感器。要么是為了進(jìn)一步提高檢測(cè)靈敏度，將金納米粒子與硼酸與鄰羥基化合物的結(jié)合來(lái)檢測(cè)葡萄糖。然而由于金納米粒子是納米級(jí)材料，不可避免的面臨著團(tuán)聚的問(wèn)題，尤其是在檢測(cè)環(huán)境中存在的離子濃度過(guò)高的鹽溶液時(shí)，團(tuán)聚現(xiàn)象明顯，嚴(yán)重干擾檢測(cè)結(jié)果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種金納米粒子可視化檢測(cè)葡萄糖傳感器及其制備方法和應(yīng)用，該傳感器對(duì)葡萄糖的檢測(cè)具有良好的靈敏度、選擇性和抗離子干擾能力，同時(shí)制備方法簡(jiǎn)單易操作、檢測(cè)結(jié)果裸眼可讀。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種金納米粒子可視化檢測(cè)葡萄糖傳感器的制備方法，其特征在于，包括
[0008]I)將氯金酸與檸檬酸三鈉于溶劑中進(jìn)行接觸反應(yīng)制得金膠溶液；
[0009]2)將金膠溶液的pH調(diào)節(jié)至6.0-7.5，然后加入3_氨基苯硼酸(APBA)和氨基封端的聚N-異丙基丙烯酰胺(PNIPAm-NH2)進(jìn)行靜電作用以制得金納米粒子可視化檢測(cè)葡萄糖傳感器。
[0010]本發(fā)明還提供了一種金納米粒子可視化檢測(cè)葡萄糖傳感器，該傳感器通過(guò)上述的方法制備而得。
[0011 ]本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種上述的金納米粒子可視化檢測(cè)葡萄糖傳感器在葡糖檢測(cè)中的應(yīng)用。
[0012]通過(guò)上述技術(shù)方案，本發(fā)明采用檸檬酸鈉還原法直接合成粒徑分布在13nm左右的金膠溶液，該方法制備的金納米粒子表面分布著過(guò)量的檸檬酸根離子，帶負(fù)電荷，其作用是一方面通過(guò)靜電排斥作用來(lái)抵消金納米粒子間的范德華力，從而保證金納米粒子分散均勻、不易團(tuán)聚；另一方面，是能與氨基封端的聚N-異丙基丙烯酰胺(PNIPAm-NH2)和3-氨基苯硼酸(APBA)中的氨基基團(tuán)發(fā)生靜電作用，從而使的兩種化合物成功的修飾到金納米粒子表面。其中，3-氨基苯硼酸的作用是作為傳感器的識(shí)別元件，利用其硼酸基團(tuán)去選擇性結(jié)合含有鄰輕基基團(tuán)的匍甸糖，實(shí)現(xiàn)對(duì)匍甸糖的尚靈敏、尚選擇性檢測(cè)。氣基封端的聚N-異丙基丙烯酰胺是一種鏈狀高分子化合物，在25°C下，它呈現(xiàn)一種舒展?fàn)顟B(tài)，使得溶液保持親水性，即使在離子濃度較高的鹽溶液中也能穩(wěn)定金納米粒子不發(fā)生團(tuán)聚，提高了該傳感器的抗離子干擾能力，為該傳感器在復(fù)雜環(huán)境中的檢測(cè)提供了可能。
[0013]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的【具體實(shí)施方式】部分予以詳細(xì)說(shuō)明。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是檢測(cè)例I中傳感器Al檢測(cè)不同濃度葡萄糖的紫外光譜圖；
[0015]圖2是檢測(cè)例2中傳感器41對(duì)6111、1^7、617、財(cái)8^4、0六和1^的選擇性檢測(cè)的光學(xué)圖；
[0016]圖3是檢測(cè)例2中傳感器Al對(duì)K+、Na+、Cl—和Ca2+的抗離子干擾檢測(cè)的光學(xué)圖；
[0017]圖4是檢測(cè)例2中傳感器BI對(duì)K+、Na+、Cl_和Ca2+的抗離子干擾檢測(cè)的光學(xué)圖；
[0018]圖5是檢測(cè)例I中傳感器Al檢測(cè)不同濃度葡萄糖的光學(xué)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明提供了一種金納米粒子可視化檢測(cè)葡萄糖傳感器的制備方法，其特征在于，包括
[0020]I)將氯金酸與檸檬酸三鈉于溶劑中進(jìn)行接觸反應(yīng)制得金膠溶液；
[0021 ] 2)將金膠溶液的pH調(diào)節(jié)至6.0-7.5，然后加入3_氨基苯硼酸(APBA)和氨基封端的聚N-異丙基丙烯酰胺(PNIPAm-NH2)進(jìn)行靜電作用以制得金納米粒子可視化檢測(cè)葡萄糖傳感器。
[0022]在本發(fā)明的步驟I)中，溶劑的具體種類可以在寬的范圍內(nèi)選擇，但是從成本上考慮，優(yōu)選地，溶劑為去離子水。
[0023]在本發(fā)明的步驟I)中，各物質(zhì)的用量可以在寬的范圍內(nèi)選擇，但是為了提高金納米粒子的產(chǎn)率，優(yōu)選地，相對(duì)于100重量份的水，氯金酸的用量為0.015-0.02重量份，檸檬酸三鈉的用量為0.25-0.3重量份。
[0024]在本發(fā)明的步驟I)中，接觸反應(yīng)的條件可以在寬的范圍內(nèi)選擇，但是為了提高金納米粒子的產(chǎn)率，優(yōu)選地，接觸反應(yīng)至少滿足以下條件:反應(yīng)溫度98-105°C，反應(yīng)時(shí)間為20-40mino
[0025]在本發(fā)明的步驟2)中，各物料的用量可以在寬的范圍內(nèi)選擇，但是為了提高PNIPAM-NH2、APBA與金納米粒子的結(jié)合的數(shù)量，優(yōu)選地，在步驟2)中，相對(duì)于ImL的金膠溶液，APBA的用量為I.5 X ΙΟ—4-〗.5 X 10—4mmol，PNIPAM_NH2的用量為3.5 X 10—5_4.5X10—5mmo I ο
[0026]在本發(fā)明的步驟2)中，靜電作用的具體步驟以及條件可以在寬的范圍內(nèi)選擇，但是為了提高PNIPAm-NH2、APBA與金納米粒子的結(jié)合的數(shù)量，優(yōu)選地，靜電作用是通過(guò)先將金膠溶液、APBA和PNIPAm-NH2混合，然后靜置;其中靜置至少滿足以下條件:靜置溫度為15-30°C，靜置時(shí)間為10-20