CN103115905A

CN103115905A - 一种铅离子的荧光检测探针

Info

Publication number: CN103115905A
Application number: CN2013100292486A
Authority: CN
Inventors: 柴芳; 代起君; 李井申
Original assignee: Harbin Normal University
Current assignee: The majority of Jiangsu Ruikang Agriculture Development Co. Ltd.
Priority date: 2013-01-27
Filing date: 2013-01-27
Publication date: 2013-05-22
Anticipated expiration: 2033-01-27
Also published as: CN103115905B

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。本发明将谷胱苷肽功能化的金纳米簇按一定的比例配成乙醇溶液作为检测探针，将Pb²⁺溶液与等量的检测探针溶液混合均匀，在紫外光源下观察，通过荧光检测方法，用于检测水体中的铅离子，取得了高的灵敏度和选择性。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

一种铅离子的荧光检测探针

技术领域

本发明属于纳米应用技术领域，具体涉及一种铅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铅离子的应用。

背景技术

重金属污染指由重金属或其化合物造成的环境污染，国家总量控制的重金属主要有五种，即汞、铬、镉、铅和类金属砷（汞Hg；铬Cr；镉Cd；铅Pb；砷As），具有显著的生物毒性。重金属污染的主要特点：污染范围广、持续时间长、污染隐蔽性、无法被生物降解，并可能通过食物链不断地在生物体内富集，对食物链中某些生物产生毒害，或最终在人体内蓄积而危害健康。

其中，铅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），由于铅是不可降解的，因为，它会在环境中是持久存在的，必然会对植物和动物产生毒害，并进一步对人体健康造成严重的不良影响（参考文献：Shen L, Chen Z, Li Y H, et al. Electrochemical DNAzyme Sensor for Lead Based on Amplification of DNA−Au Bio-Bar Codes [J]. Anal. Chem. 2008, 80 (16): 6323–6328. Li Y, Chen C, Li B, et al. Elimination efficiency of different reagents for the memory effect of mercury using ICP-MS [J]. J. Anal. At. Spectrom. 2006, 21 (1): 94–96.）。铅对神经、血液、消化、血管和肾脏均有毒性。环境中的铅经食物和呼吸途径进入人体，引起消化、神经、呼吸和免疫系统急性或慢性毒性影响，通常导致肠绞痛、贫血和肌肉瘫痪等病症，严重时可发生脑病甚至导致死亡的现象。

重金属铅进入人体的途径主要有三种，分别是吃的食物、水和大气。而水体中重金属污染最为突出。重金属污染也是危害最大的水污染问题之一。国家环保部的调查显示，我国水体重金属污染问题十分突出，江河湖库底质的污染率高达80.1%。针对重金属污染的特点，对其发现和检测是致关重要的，因此，对人们日常生活的环境进行重金属离子进行例行的检测及监测，应对突发事件，日常对河或大的水体环境监测检验和评估水体中提供的食物安全是至关重要的。因而，实现环境领域或生物体中的铅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簇制备探针，用于检测Pb²⁺ [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.] 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。具有强荧光性质的量子点（CdSe, CdTe等）［Wu P, Yan X P, Chem. Commun., 2010, 46, 7046–7048.］可作为用于检测重金属离子的荧光探针，但由于镉是重金属，具有毒性，因此应用范围也受到了限制。

针对以上问题，我们研究了一种利用功能化的纳米金簇簇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铅的方法。

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铅离子的荧光检测探针。

本发明的另一目的是提供一种铅离子荧光检测探针在重金属离子检测中的应用方法。

谷胱苷肽（GSH）是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸组成的三肽，谷胱苷肽含活泼的巯基（—SH）。谷胱苷肽可以作为还原剂将氯金酸还原，生成尺寸在2-3nm范围内的谷胱苷肽功能化荧光金纳米簇（GSH- GNPs），在波长为395nm处激发，在610nm得到最大发射峰，在紫外灯（波为365nm）照射下，谷胱苷肽功能化的荧光金纳米簇（GSH- GNPs）的水溶液发橙色光。（Zheng J., PhD Dissertation, Georgia Institute of Technology, 2005; Chen C. T. , Chen W. J., Liu C. Z., Chang L.Y.，Chen Y. C.，Chem. Commun., 2009, 7515–7517.）由于谷胱苷肽是植物体内产生的成分，具有抗氧化、清除自由基、解毒等功能，是重要的功能因子，在食品、医药中应用非常广泛；而金纳米簇又具有良好的生物相容性，因此两种成分都是绿色健康的，将具有强荧光性质的谷胱苷肽功能化的荧光金纳米簇（GSH- GNPs）作为试剂，用于检测重金属离子，不但具有目前常用的荧光材料如量子点的强荧光性质，更重要的是，谷胱苷肽功能化的荧光金纳米簇（GSH- GNPs）无毒副作用，还环保，无论在制备还是使用过程中，均无毒无损，是理想荧光探针。荧光探针通常有二种，即淬灭探针（turn off）和打开或点亮探针（turn on），淬灭是指荧光探针遇到待测物会使原来的荧光强度消失，且随着待测物的浓度的增加荧光荧光强度减弱直至消失，而点亮是指荧光探针在不发光的状态遇到待测物发出荧光，并随着待测物的浓度的增加荧光逐渐增强。

本发明所述的铅离子荧光检测探针为谷胱苷肽（GSH- GNPs）功能化的荧光金纳米簇。

谷胱苷肽分子表面富含各种氨基酸，用谷胱苷肽功能化的纳米金簇表面富含氨基和羧基基团，重金属离子Pb²⁺能与其表面的氨基酸作用发生配位。将谷胱苷肽功能化的纳米金簇用乙醇大量稀释直至无荧光的状态，加入Pb²⁺溶液，可以将谷胱苷肽功能化的纳米金簇溶液的荧光增强，成为一个Pb²⁺溶液的点亮探针，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Pb²⁺。

一、荧光探针谷胱苷肽功能化的纳米金簇(GSH- GNPs)的合成：

依照文献方法制备谷胱苷肽功能化的具有荧光性质的金纳米簇，将谷胱苷肽配制成2.5-5 mM/L的溶液备用，将氯金酸在暗室中配制成2.5-5 mM/L的溶液备用，取5ml的2.5 mM/L谷胱苷肽溶液与5ml的2.5 μM/L氯金酸溶液在遮光的条件下混合，在温度为32-37˚C的水浴中匀速搅拌，在正常的日光下，恒温反应36-72小时，得到的溶液经离心除去未反应的谷胱苷肽，便得到谷胱苷肽功能化的金纳米簇水溶液，在波长为395nm处激发，在610nm得到最大发射峰如图2，在紫外灯（波为365nm）照射下，谷胱苷肽功能化的荧光金纳米簇（GSH- GNPs）的水溶液发橙色光。将溶液在4˚C的条件下保存备用。附图1为谷胱苷肽功能化的金纳米簇的透射电镜照片，从图中可以看出，金纳米簇的颗粒为圆球型，粒径大小在1-3nm范围内，

二、检测铅离子（Pb²⁺）

1、检测灵敏度

使用谷胱苷肽功能化的纳米金簇（GSH-GNPs）作为检测荧光探针检测Pb²⁺时，将谷胱苷肽功能化的金纳米簇按1：40-1：50的比例配成乙醇溶液，此时，溶液在紫外灯下已经几乎没有光，将1：40-1：50的谷胱苷肽功能化的金纳米簇的乙醇溶液作为检测探针，用来检测水溶液中是否有重金属Pb²⁺的存在。将0.001-500μM浓度的Pb²⁺溶液与等量的检测探针溶液混合均匀，然后在365 nm紫外光源下观察，有铅离子存在时，检测探针由原来不发光，变为发光，并且荧光强度随着铅离子的浓度的增加而增强；进行荧光光谱测试，得到的荧光光谱在395nm nm条件下激发，在600～610 nm处有发射峰，如附图4所示，因此，谷胱苷肽功能化的金纳米簇可以作为检测铅离子的探针快速并定量地检测水溶液中铅离子的存在，对铅离子的检测限可达到10 nM。

2、选择性

使用谷胱苷肽功能化的纳米金簇作为荧光探针检测Pb²⁺，具有很高的选择性。相同条件下，用500uM其它二价的金属离子（Hg²⁺, Cu²⁺, Mg²⁺, Ni²⁺, Co²⁺, Ca²⁺, Mn²⁺, Fe²⁺, Mg²⁺和Cd²⁺）中，铅离子对荧光探针表现出非常好的响应，检测Pb²⁺的浓度比Hg²⁺, Mg²⁺, Ni²⁺, Cu²⁺, Co²⁺, Ca²⁺, Mn²⁺, Fe²⁺, Mg²⁺和Cd²⁺离子的浓度低100～5000倍，说明具有高的选择性。因此，谷胱苷肽功能化的纳米金簇作为荧光探针可应用于在生物组织和环境污水中铅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°C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、谷胱苷肽（GSH）保护的荧光金纳米簇的透射电镜图片

附图2、谷胱苷肽（GSH）保护的荧光金纳米簇的水溶液和乙醇溶液的荧光光谱图

附图3、谷胱苷肽（GSH）保护的荧光金纳米簇的铅离子响应图片

附图4、谷胱苷肽（GSH）保护的荧光金纳米簇检测不同浓度铅离子的荧光光谱图

附图5、谷胱苷肽（GSH）保护的荧光金纳米簇检测铅离子与其它离子(500μM)比较的荧光光谱图

具体实施方式

实施例1：

使用谷胱苷肽功能化的纳米金簇（GSH-GNPs）作为检测荧光探针检测Pb²⁺时，将谷胱苷肽功能化的金纳米簇按1：50的比例配成乙醇溶液，此时，溶液在紫外灯下已经几乎没有光，将1：50的谷胱苷肽功能化的金纳米簇的乙醇溶液作为检测探针，用来检测水溶液中是否有重金属Pb²⁺的存在。将0.001-500μM浓度的Pb²⁺溶液与等量的检测探针溶液混合均匀，然后在365 nm紫外光源下观察，有铅离子存在时，检测探针由原来不发光，变为发光，并且荧光强度随着铅离子的浓度的增加而增强；进行荧光光谱测试，得到的荧光光谱在395nm nm条件下激发，在600～610 nm处有发射峰，从而可以用谷胱苷肽功能化的金纳米簇作为检测铅离子的探针快速并定量地检测水溶液中铅离子的存在。

实施例2：

使用谷胱苷肽功能化的金纳米簇作为荧光探针检测Pb²⁺时，将谷胱苷肽功能化的金纳米簇按1：40的比例配成乙醇溶液，此时，溶液在紫外灯下已经几乎没有光，将1：40的谷胱苷肽功能化的金纳米簇的乙醇溶液作为检测探针，用来检测水溶液中是否有重金属Pb²⁺的存在。将将0.001-500μM浓度的Pb²⁺溶液与等量的检测探针溶液混合均匀，然后在365 nm紫外光源下观察，有铅离子存在时，检测探针由原来不发光，变为发光，并且荧光强度随着铅离子的浓度的增加而增强；进行荧光光谱测试，得到的荧光光谱在395nm nm条件下激发，在600～610 nm处有发射峰，从而可以用谷胱苷肽功能化的金纳米簇作为检测铅离子的探针快速并定量地检测水溶液中铅离子的存在。

Claims

1.谷胱苷肽功能化的纳米金簇作为检测荧光探针在检测Pb²⁺方面的应用。

2.谷胱苷肽功能化的纳米金簇作为检测荧光探针检测Pb²⁺的方法，其特征是将谷胱苷肽功能化的金纳米簇按1：40-1：50的比例配成乙醇溶液，此时，溶液在紫外灯下已经几乎没有光，将此谷胱苷肽功能化的金纳米簇的乙醇溶液作为检测探针与等量的0.001-500μM浓度的Pb²⁺溶液混合均匀，然后在365 nm紫外光源下观察，有铅离子存在时，检测探针由原来不发光，变为发光，并且荧光强度随着铅离子的浓度的增加而增强；进行荧光光谱测试，得到的荧光光谱在395nm nm条件下激发，在600～610 nm处有发射峰，谷胱苷肽功能化的金纳米簇能够作为检测铅离子的探针快速并定量地检测水溶液中铅离子的存在。