CN102854181A

CN102854181A - 一种纳米金比色测糖方法

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Publication number: CN102854181A
Application number: CN2012103297858A
Authority: CN
Inventors: 黄和; 江凌; 李燕萍; 田丹碧; 李霜
Original assignee: Nanjing Tech University
Current assignee: Nanjing Tech University
Priority date: 2012-09-07
Filing date: 2012-09-07
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2032-09-07
Also published as: CN102854181B

Abstract

本发明属于分析化学领域，涉及纳米金比色测糖方法。一种的纳米金比色测糖法，在含有苯硼酸或苯硼酸衍生物和纳米金的溶液体系中加入含糖样品，样品中的糖类物质与苯硼酸或苯硼酸衍生物结合从而抑制苯硼酸或苯硼酸衍生物和纳米金的结合，使溶液颜色发生变化，通过检测或者观测溶液颜色的变化实现样品中糖类物质的定量、半定量或定性检测。该方法步骤简单，成本廉价，不需要特殊的仪器设备，亦不需要对纳米金进行化学修饰，是一种在食品科学、分析化学、医学等领域中具有广阔应用前景的检测方法。

Description

一种纳米金比色测糖方法

技术领域

本发明属于分析化学领域，涉及纳米金比色测糖方法。

背景技术

糖的研究在工业生产和生命科学领域中意义重大，例如在食品工业中，通过测定食品及原料的含糖量，能对食品加工过程进行监测；通过快速准确测定无糖和低糖食品中糖含量，保障无糖食品的食用安全；通过对人体血糖含量的测定可以了解人的健康状况；对细胞膜表面糖链的研究，可以探索癌症、细菌和病毒感染等疾病的机理。然而，由于糖类物质自身的结构复杂，研究手段局限，多年来糖类物质的研究明显落后于蛋白质和核酸的研究。因此，糖的快速检测和识别对食品安全、糖生物学、医学等领域的发展具有重要意义。

纳米金颗粒是指金的微小颗粒，粒径在1-100nm之间，通常在水溶液中以胶体金的形态存在。近年来，纳米金颗粒作为一种新型的材料，凭借其独特的物理化学特性，如高比表面积、高表面反应活性、强吸附性等，在催化，光学，电子学和生物传感等领域显示了诱人的应用前景。13nm直径的金颗粒的吸光系数为2.7x10⁸L/mol·cm，比传统的有机发色团大了3个数量级。即使是纳摩尔每升浓度的纳米金溶液，也能显示出明显的颜色。此外，分散在溶液中的纳米金在相互聚集之后，颜色会从红色变成蓝色。因此，在比色分析法中，纳米金是一种理想的颜色信号元件。

近几年来，苯硼酸以及基于苯硼酸衍生物作为糖类的识别元件的化学传感器得到了广泛重视。有机硼酸在水溶液中有带电荷与不带电荷两种形式，其中只有带电荷的形式可与1,2-二羟基化合物或1,3-二羟基化合物在水溶液中可逆性地共价结合，经脱水后形成五元或六元环状酯。糖环结构中的顺式邻二羟基与硼酸的结合能力比简单链状邻二羟基化合物（如乙二醇）更强，并且，硼酸来源广泛、价格低廉、稳定性好，因此硼酸基团越来越多地被用作糖分子的识别单元。

但是苯硼酸本身并不能作为信号元件完成检测过程，因此，目前基于苯硼酸衍生物的检测方法多需伴随有机荧光基团、染料等信号分子，通过荧光吸收光谱来独处识别信息。如以蒽基为荧光团的硼酸类的有机发光体用于糖识别，受体分子与糖反应生成酯后影响其光致电子转移过程，使其荧光光谱发生明显变化；又如，将新合成的既含有萘环又含有苯酸基的双功能化合物自组装成双分子囊泡，当往囊泡内加糖之后，囊泡的荧光强度会剧烈下降。虽然这类检测手段的检测限和灵敏度都较高，但同时也存在着很大的局限性：有机发色团成本高，修饰过程需要大量时间，检测设备昂贵。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于检测样品中糖类物质的简单廉价的比色分析法。此方法使用苯硼酸或苯硼酸衍生物作为糖的特异性识别元件，纳米金作为信号元件。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种的纳米金比色测糖法，在含有苯硼酸或苯硼酸衍生物和纳米金的溶液体系中加入含糖样品，或者向含糖样品中加入苯硼酸或苯硼酸衍生物和纳米金，样品中的糖类物质与苯硼酸或苯硼酸衍生物结合从而抑制苯硼酸或苯硼酸衍生物和纳米金的结合，使溶液颜色发生变化，通过检测或者观测溶液颜色的变化实现样品中糖类物质的定量、半定量或定性检测。

所述的苯硼酸衍生物优选氨基苯硼酸，进一步优选3-氨基苯硼酸或4-氨基苯硼酸。

所述的糖类物质选自单糖、寡糖、糖醇、糖脂或糖蛋白中的任意一种。

所述的单糖优选葡萄糖、果糖、木糖等单糖，蔗糖、麦芽糖、海藻糖或棉子糖中的任意一种；所述的寡糖优选蔗糖、麦芽糖、海藻糖或棉子糖中的任意一种；所述的糖醇优选山梨糖醇、木糖醇或甘露糖醇。

本发明方法中，可通过检测溶液的紫外可见光谱来检测溶液颜色的变化。

随着苯硼酸或苯硼酸衍生物浓度的增加，纳米金的吸光度比值迅速变小。这说明随着苯硼酸或苯硼酸衍生物浓度的增加，纳米金的聚集程度会加速。体系中苯硼酸或苯硼酸衍生物和纳米金的摩尔浓度比范围在2.0×10³-1.5×10⁴：1。

本发明方法中，分别向含有苯硼酸或苯硼酸衍生物和纳米金的溶液中加入一系列浓度的糖标准品，检测溶液中的紫外可见光谱，得到不同浓度糖分子对应的紫外可见光谱，然后使用吸光度比值E₅₂₀/E₆₅₀作为纵坐标，糖分子浓度为横坐标，绘制糖分子的标准曲线；采用同样方法检测样品的紫外可见光谱，利用外标法实现对样品中含糖物质的定量检测。

本发明方法中，分别向含有苯硼酸或苯硼酸衍生物和纳米金的溶液中加入一系列浓度的糖标准品和含糖样品，根据反应溶液显色程度，通过对比含糖样品与糖标准品反应溶液显色程度，半定量判断所测含糖样品中糖类物质的含量及限度。

本发明方法中，向含有苯硼酸或苯硼酸衍生物和纳米金的溶液中加入样品，如果反应后溶液颜色发生变化，则说明样品中含有糖类物质；如果反应后溶液颜色没有发生变化，则说明样品中没有含有糖类物质。

本发明中，采用柠檬酸钠还原法将氯金酸还原，制得酒红色纳米金溶液。

本发明纳米金比色测糖法的原理是：由于合成的纳米金被带负电荷的柠檬酸根包围，通过静电排斥才能在溶液中保持分散，因此纳米金必定对溶液的离子强度非常敏感。当溶液中的离子强度达到一定程度时，纳米金表面的负电荷被中和，就会发生聚集。而苯硼酸或苯硼酸衍生物中的氮原子会吸附于纳米金表面，从而破坏纳米金表面的电荷平衡，纳米金聚集。但是，当检测体系中含有葡萄糖时，葡萄糖与硼酸根的结合作用使其整体带有负电荷，从而与表面带有负电荷的纳米金粒子之间存在着静电斥力。含糖量越高，越有利于苯硼酸或苯硼酸衍生物向带电形式转变，苯硼酸或苯硼酸衍生物-葡萄糖与纳米金之间的静电作用力也越强。也就是说，葡萄糖能够有效抑制由苯硼酸或苯硼酸衍生物引起的纳米金聚集。而这种抑制能力与葡萄糖的浓度有关系，在一定范围内，葡萄糖浓度越高，其抑制纳米金聚集的能力就越强。因此，可以利用葡萄糖、苯硼酸或苯硼酸衍生物以及纳米金三者的相互关系，来测定各类样品中糖类物质的含量。

有益效果：

这种比色分析法不需要化学修饰，同时打破了常规苯硼酸或苯硼酸衍生物必须结合昂贵的有机发色团的局限性，方法简单廉价，整个检测过程在10min内就能完成，因此具有实际应用的潜力。尤其是在发展中国家及不发达国家，快速廉价的检测手段显得尤为必要。同时，这种比色手段还能够设定为半定量模式，通过肉眼直接观测其颜色的变化就能够很好的确定检测样品中糖类物质是否超标，无需任何受训的技术人员，具有很好的普遍适用性。

附图说明

图1是(a)13nm纳米金的透射电镜图；(b)13nm纳米金聚集后的透射电镜图；

图2反应溶液紫外可见光谱

纳米金溶液的紫外吸收峰在520nm，当加入5μmol/L3-氨基苯硼酸时，3-氨基苯硼酸能快速诱导纳米金聚集；而在含有150μmol/L葡萄糖的纳米金溶液中加入3-氨基苯硼酸时，葡萄糖能有效抑制3-氨基苯硼酸对纳米金的聚集作用，紫外可见光谱几乎没有变化；图中，AuNPs：纳米金；APBA：3-氨基苯硼酸；glu：葡萄糖。

图3是分别含葡萄糖分子(a)0μmol/L；(b)15μmol/L；(c)30μmol/L；(d)45μmol/L；(e)75μmol/L；(f)150μmol/L的13nm纳米金溶液中加入5μmol/L3-氨基苯硼酸后的紫外可见光谱（glu：葡萄糖）；由图可见随着葡萄糖浓度的增加，由3-氨基苯硼酸引起的纳米金聚集程度不断减弱，因此，纳米金在520nm处的可见吸收峰不断增大，而在650nm处的吸收峰不断减弱。

图4是葡萄糖分子的标准曲线。

具体实施方式：

实施例1

(1)纳米金的制备

纳米金采用柠檬酸钠还原氯金酸法制得（见图1）。首先，所有玻璃仪器都需要使用王水浸泡以出去玻璃容器中残留的还原性物质。准确称取HAuCl₄·4H₂O 0.0123g于250mL三口烧瓶中，然后三口烧瓶中加入100mL水。剧烈搅拌，加热沸腾回流。准确称取C₆H₅Na₃O₇·2H₂O0.2849g于25mL容量瓶中。取一定量的柠檬酸钠溶液，水浴加热到50°C后快速加入烧瓶。15min后溶液从无色到浅蓝色再到紫色最后到酒红色，继续加热10min后停止加热，继续搅拌10min后冷却到室温。纳米金的大小与加入的柠檬酸钠的量有关。

(2)葡萄糖的检测

在纳米金溶液中先分别加入一定浓度的葡萄糖溶液，然后再加入5μmol/L 3-氨基苯硼酸溶液，5min后检测溶液中的紫外可见光谱，得到不同浓度葡萄糖对应的紫外可见光谱（见图3）。然后使用吸光度比值E₅₂₅/E₆₅₀作为纵坐标，糖浓度为横坐标，绘制糖物质的标准曲线（见图4）。

（3）样品检测

分别对购于超市的统一冰糖雪梨（含糖12.6%）、美汁源果粒橙（含糖10.3%）、统一冰红茶（含糖9.7%）和雪碧（含糖11.3）进行检测，利用本方法测得的各样品中糖含量分别为12.72%、10.25%、9.89%和11.46%，通过与高效液相色谱检测值12.66%、10.29%、9.79%、11.34%进行对比。实验表明，与高效液相色谱等色谱方法相比，本法样品虽然灵敏度略微降低，但其操作简单，成本低廉，显著提高了检测效率，同时准确度亦能满足检测要求，适用于快速测定无糖、低糖食品中糖含量。

Claims

1.一种纳米金比色测糖法，其特征在于在含糖样品中加入纳米金和苯硼酸或苯硼酸衍生物，苯硼酸或苯硼酸衍生物能够有效的促使纳米金发生聚集作用，而当样品中的糖类物质与苯硼酸或苯硼酸衍生物结合时，则能够抑制苯硼酸或苯硼酸衍生物和纳米金的结合，不同糖含量使溶液颜色发生不同的变化，通过检测或者观测溶液颜色的变化实现样品中糖类物质的定量、半定量或定性检测。

2.根据权利要求1所述的纳米金比色测糖法，其特征在于所述的苯硼酸衍生物为氨基苯硼酸，优选3-氨基苯硼酸或4-氨基苯硼酸。

3.根据权利要求1所述的纳米金比色测糖法，其特征在于所述的糖类物质选自单糖、寡糖、糖醇、糖脂或糖蛋白中的任意一种。

4.根据权利要求3所述的纳米金比色测糖法，其特征在于所述的单糖选自葡萄糖、果糖、木糖等单糖；所述的寡糖选自蔗糖、麦芽糖、乳糖、海藻糖或棉子糖中的任意一种；所述的糖醇选自山梨糖醇、木糖醇或甘露糖醇。

5.根据权利要求1所述的纳米金比色测糖法，其特征在于通过检测溶液的紫外可见光谱来检测溶液颜色的变化。

6.根据权利要求1所述的纳米金比色测糖法，其特征在于苯硼酸或苯硼酸衍生物和纳米金的摩尔浓度比为2.0×10³-1.5×10⁴：1。

7.根据权利要求1所述的纳米金比色测糖法，其特征在于分别向含有苯硼酸或苯硼酸衍生物和纳米金的溶液中加入一系列浓度的糖标准品，检测溶液中的紫外可见光谱，得到不同浓度糖分子对应的紫外可见光谱，然后使用吸光度比值E₅₂₀/E₆₅₀作为纵坐标，糖分子浓度为横坐标，绘制糖分子的标准曲线；采用同样方法检测样品的紫外可见光谱，利用外标法实现对样品中含糖物质的定量检测。

8.根据权利要求1所述的纳米金比色测糖法，其特征在于分别向含有苯硼酸或苯硼酸衍生物和纳米金的溶液中加入一系列浓度的糖标准品和含糖样品，根据反应溶液显色程度，通过对比含糖样品与糖标准品反应溶液显色程度，半定量判断所测含糖样品中糖类物质的含量和/或限度。

9.根据权利要求1所述的纳米金比色测糖法，其特征在于向含有苯硼酸或苯硼酸衍生物和纳米金的溶液中加入样品，如果反应后溶液颜色发生变化，则说明样品中含有糖类物质；如果反应后溶液颜色没有发生变化，则说明样品中没有含有糖类物质。

10.根据权利要求1所述的纳米金比色测糖法，其特征在于所述的纳米金通过柠檬酸钠还原法将氯金酸还原制得。