CN101713737A

CN101713737A - 一种汞离子荧光检测探针及其应用方法

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Publication number: CN101713737A
Application number: CN200910218130A
Authority: CN
Inventors: 柴芳; 苏忠民; 王春刚; 李鹿; 王婷婷; 赵亮; 高洪泽
Original assignee: Northeast Normal University
Current assignee: Northeast Normal University
Priority date: 2009-12-29
Filing date: 2009-12-29
Publication date: 2010-05-26

Abstract

本发明属于检测技术领域，具体涉及一种荧光探针检测水溶液中重金属离子的方法。本发明提供牛血清白蛋白功能化的金纳米颗粒作为荧光探针，用于检测水体中的汞离子的方法，取得了高的灵敏度和选择性。本发明是利用牛血清白蛋白修饰金纳米颗粒作为荧光探针，在检测过程中，探针表面的各种氨基、羧基基团可与重金属离子配位，从而使荧光探针发生猝灭，并且，汞离子的初始浓度与荧光的强度有良好的线性关系，通过荧光检测方法，从而可以指示水溶液中重金属离子汞的存在。该方法不需要大型仪器，可实现原位快速检测，检测限低，可应用于更多条件和范围，并且操作简单造价低，所用试剂和操作过程无毒副作用。

Description

一种汞离子荧光检测探针及其应用方法

技术领域

本发明属于检测技术领域，具体涉及一种汞离子荧光检测探针及其应用方法，以及该荧光探针在水溶液中的选择性地识别重金属离子的应用。

背景技术

重金属离子(汞Hg²⁺；铅Pb²⁺；镉Cd²⁺；铜Cu²⁺)，特别是汞、镉、铅、铜等具有显著的生物毒性。重金属污染指由重金属或其化合物造成的环境污染。主要由采矿、废气排放、污水灌溉和使用重金属制品等人为因素所致。以各种化学状态或化学形态存在的重金属，在进入环境或生态系统后就会存留、积累和迁移，造成危害。重金属的污染会造成很大的危害，例如，日本发生的水俣病(汞污染)和骨痛病(镉污染)等公害病，都是由重金属污染引起的，损害了人体健康。

其中，汞是一种普遍的环境中重金属，具有高毒性，它以不同的形式存在(金属离子，有机、无机盐或化合物)，对人体健康造成严重的不良影响。金属汞和有机汞蒸气衍生物(如甲基汞)会影响大脑的许多不同的领域及与之相关的功能，无机汞会损害心脏，肾脏，胃和肠等。Hg²⁺离子是汞最稳定无机形式之一，具有高的细胞毒性，是一种腐蚀性的致癌物。汞在水体中不能被微生物降解，而只能发生各种形态相互转化和分散、富集过程(即迁移)。最普通的汞源-甲基汞，可以通过食物链聚集在人体内，引起严重和永久性的对脑等器官的慢性中毒伤害[Lee J S，Han M S，Mirkin C A，Angew.Chem.Int.Ed.2007，46，4093-4096.]。因此，日常对河或大的水体环境监测检验Hg²⁺和评估水体中提供的食物安全是至关重要的。2001年美国环保局(EFA)发布，在饮用水中汞离子的含量不能超过2ppb(10nM)。因此，实现环境领域或生物体中的汞离子的实时检测和以及原位快速检测，并且达到高的灵敏度具有十分重要的意义。

对于金属离子的检测，传统的方法电感偶合等离子体法(ICP)和原子吸收光谱法都是十分有效的，但是它们除了需要大型仪器以外，还需大量样品。此外还有利用络合剂和与离子形成有色络合物进行比色测定的方法，但其灵敏度低，重现性差，现在一般很少采用。荧光分子探针技术应用于过渡金属及重金属离子的检测，可实现原位检测，但很多荧光探针通常在有机溶剂中有较好的检测效果，而在水溶液中有一定的局限性。近年来，使用核酸适体(适配子)或DNA酶等作为功能化试剂来与金纳米颗粒制备探针，用于检测Hg²⁺[Xue X J，Wang F，Liu X G，J.Am.Chem.Soc.2008，130，3244-5；Liu C W，Hsieh Y T，Huang C C，Lin Z H，Chang H T，Chem.Comm.2008，2242-4；Wang H，Wang Y X，Jin J Y，Yang R H，Anal.Chem.2008，80，9021-9028；Ye B C，Yin B C，Angew.Chem.Int.Ed.2008，47，8386-9；Liu B，Biosensors andBioelectronics，2008，24，756-760；Yu C J，Cheng T L，Tseng W L，Biosensors and Bioelectronics，2009，25，204-210.]等重金属离子，可以达到较好的灵敏度和选择性，但由于DNA和酶造价较高，不能成为普遍应用的选择。

针对以上问题，我们研究了一种利用功能化的纳米金颗粒颗粒用为荧光探针来检测重金属离子的方法。本发明提供一种操作简单、快速定量检测重金属离子汞的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种能在水溶液中检测重金属汞离子的荧光检测探针。

本发明的另一目的是提供一种汞离子荧光检测探针在重金属离子检测中的应用方法。

本发明所述的汞离子荧光检测探针为牛血清白蛋白(BSA)功能化的荧光金纳米颗粒。

牛血清白蛋白分子表面富含各种氨基酸，用牛血清白蛋白功能化的纳米金颗粒表面富含氨基和羧基基团，重金属离子能与其表面的氨基酸作用发生配位，从而使荧光发生猝灭，并且，离子的初始浓度与荧光的强度有良好的线性关系，通过荧光检测方法，可检测出水溶液样品中含有的微量的重金属离子Hg²⁺。

一、荧光探针牛血清白蛋白功能化的纳米金颗粒(BSA-GNPs)的合成：

在30～40℃的水浴条件下，按牛血清白蛋白与氯金酸二种反应物的质量比为1.5～3∶1配成水溶液，二种溶液在磁力搅拌下混合，2～5分钟后，加入占混合溶液体积5％的1M的NaOH溶液调节混合溶液的pH值，然后在恒温条件下，持续搅拌10～24小时，便得到牛血清白蛋白功能化的纳米金颗粒(BSA-GNPs)，在365nm的光源下，牛血清白蛋白功能化的纳米金颗粒发出红色的光，在460～480nm波长激发下，在630～655nm有很强的发射光谱。

二、检测汞离子(Hg²⁺)

1、检测灵敏度

使用牛血清白蛋白功能化的纳米金颗粒(BSA-GNPs)作为检测荧光探针检测Hg²⁺时，具有很高的灵敏度。将稀释10～50倍后的荧光探针溶液按金粒与待测样品的体积比为1∶3～20的比例混合，然后在365nm紫外光源下观察，有汞离子存在时，荧光强度随着汞离子的浓度的增加而降低或发生猝灭；进行荧光光谱测试，得到的荧光光谱在470nm条件下激发，在635～655nm处有发射峰，荧光强度与汞离子浓度有良好的线性关系，因此，牛血清白蛋白功能化的金纳米颗粒可以作为检测汞离子的探针快速并定量地检测水溶液中汞离子的存在，对汞离子的检测限可达到0.1nM。

2、选择性

使用牛血清白蛋白功能化的纳米金颗粒作为荧光探针检测Hg²⁺，具有很高的选择性。相同条件下，多种二价的金属离子(Pb²⁺，Cu²⁺，Mg²⁺，Zn²⁺，Ni²⁺，Co²⁺，Ca²⁺，Mn²⁺，Fe²⁺，Mg²⁺，Cd²⁺和Ba²⁺)中，汞离子对荧光探针表现出非常好的响应，检测Hg²⁺的浓度比Pb²⁺，Mg²⁺，Zn²⁺，Ni²⁺，Cu²⁺，Co²⁺，Ca²⁺，Mn²⁺，Fe²⁺，Mg²⁺，Cd²⁺和Ba²⁺离子的浓度低100～5000倍，说明具有高的选择性。因此，牛血清白蛋白功能化的纳米金颗粒作为荧光探针可应用于在生物组织和环境污水中汞离子的实时原位检测。

本发明具有如下优点：

1、本发明提供的荧光检测探针灵敏度高、选择性好，检测限低。

2、不需要大型仪器，通过裸眼观察或荧光光谱，即可识别检测结果。

3、本发明易制备和保存；在4℃条件下可保存10～15个月。

4、本发明所用试剂和操作过程均无毒副作用。

5、本发明方法简单、快速、易操作，可进行现场原位快速检测。

附图说明

附图1、荧光探针检测汞离子的普通照片及在365nm紫外灯下的荧光对比照片：

其中，a为稀释40倍后荧光探针的溶液照片；b为稀释40倍后荧光探针检测汞离子后对应的溶液照片；

附图2、荧光探针检测汞离子过程中，不同汞离子浓度与荧光探针反应后，在波长为470nm条件下激发得到的荧光光谱图。

具体实施方式

实施例1：

在38℃的水浴条件下，按牛血清白蛋白与氯金酸二种反应物的质量比为1.8∶1配成水溶液，二种溶液在磁力搅拌下混合，3分钟后，加入占混合溶液体积5％的1M的NaOH溶液调节混合溶液的pH值，然后在恒温条件下，持续搅拌12小时，便得到牛血清白蛋白功能化的纳米金颗粒(BSA-GNPs)即荧光探针，在365nm的光源下，牛血清白蛋白功能化的纳米金颗粒发出红色的光，测试溶液的荧光光谱，在470nm波长下激发，在638～650nm有很强的发射光谱。

实施例2：

使用牛血清白蛋白功能化的纳米金颗粒作为荧光探针检测生物组织或环境污水中汞离子的过程中，将制得的荧光探针稀释40倍，按稀释后荧光探针与生物组织或环境污水样品的体积比为1∶4的比例分别加探针溶液和待测样品，如取100μl稀释后的荧光探针溶液加入400μl的待测的样品中，然后在365nm的光源下观察是否有红色的发光，大于2.5μM的汞离子会使荧光猝灭，如果有荧光，通过测试溶液的荧光光谱，在470nm波长下激发，在638～655nm处有很强的发射峰，依据汞离子浓度与荧光强度的线性关系来判断待测样品是否有汞离子的存在。

Claims

1.一种汞离子荧光检测探针，其特征是：探针为牛血清白蛋白功能化的纳米金颗粒，尺寸为1～3nm，在365nm的光源下，溶液发出红色的光，测试紫外光谱，在460～480nm波长激发下，在630～655nm有很强的发射光谱。

2.如权利要求1所述的荧光探针的制备方法，其特征是：

在30～40℃的水浴条件下，按牛血清白蛋白与氯金酸二种反应物的质量比为1.5～3∶1配成水溶液，二种溶液在磁力搅拌下混合，2～5分钟后，加入占混合溶液体积5％的1M的NaOH溶液调节混合溶液的pH值，然后在恒温条件下，持续搅拌10～24小时，便得到牛血清白蛋白功能化的纳米金颗粒(BSA-GNPs)。

3.一种汞离子荧光检测探针应用于检测重金属离子汞的方法，其特征是：

使用牛血清白蛋白功能化的纳米金颗粒作为荧光探针检测汞离子时，将荧光探针溶液或稀释10～50倍后的荧光探针溶液按其与样品的体积比为1∶3～20的比例加入待测的实时原位检测生物组织和环境污水的样品中，然后在365nm紫外光源下观察，有汞离子存在时荧光强度明显降低或发生猝灭；进行荧光光谱测试，得到的荧光光谱在470nm波长下激发，在638-655nm处有发射峰，荧光强度与汞离子浓度有良好的线性关系，牛血清白蛋白功能化的金纳米颗粒可以作为荧光探针快速并定量检测水溶液中汞离子的存在。