CN103217406A - 基于Au/Ag核/壳量子点的半胱氨酸和Cu2+荧光探针的制法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于Au/Ag核/壳量子点的半胱氨酸和Cu²⁺荧光探针的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)选用牛血清白蛋白BSA为还原剂/稳定剂，在碱性水溶液中与氯金酸反应，制备出Au纳米粒；2)将此纳米粒与BSA和硝酸银混合，在碱性水溶液中反应，制备出Au/Ag核/壳量子点；3)该Au/Ag核/壳量子点的荧光强度与外加的半胱氨酸/Cu²⁺的摩尔浓度呈线性关系，可发展为一种新型的半胱氨酸/Cu²⁺荧光探针。与现有技术相比，本发明方法简单、制备产物具有生物相容性，可发展为双功能荧光探针用于混合水样和生物样品的检测，且检测过程快捷、灵敏度高、选择性好、检测限低，对于其它生物相容性荧光探针的设计与应用具有一定的参考价值。

Description

基于Au/Ag核/壳量子点的半胱氨酸和Cu2+荧光探针的制法

技术领域

本发明属于生化分析检测技术领域，具体涉及基于Au/Ag核/壳量子点的半胱氨酸和Cu²⁺荧光探针及其制法。

背景技术

半胱氨酸是一种含有巯基的氨基酸，是构成蛋白质的二十种氨基酸之一。由于半胱氨酸分子结构中的巯基具有较高的亲质子活性，且极易被氧化，使其具有较强的还原性。半胱氨酸还具有抗氧化性、解毒及清除自由基的能力，在多种细胞的生理过程中发挥着不可替代的作用。此外，半胱氨酸是细胞和组织生长的必备分子，半胱氨酸的缺乏可导致一系列综合病症，例如：头发褪色、水肿、皮肤损伤、肝脏受损、幼儿发育不良等。因此，半胱氨酸的检测显得尤为重要。

迄今为止，关于半胱氨酸的检测方法有分光光度法、荧光光谱法、高效液相法、流动注射法、毛细管区带电泳法及循环伏安法等。但这些方法普遍存在分析时间较长、分析过程繁琐、成本较高、灵敏度较低和选择性较差等问题，在一定程度上制约了其在实际样品测试中的应用与推广。目前，建立简单、快速、成本低、灵敏度高和选择性好的半胱氨酸检测方法逐渐成为相关研究者关注的焦点。相比其它方法，荧光光谱法是一种基于光学信号而建立的检测方法，半胱氨酸的荧光探测具有化学/光稳定性好、灵敏度高、选择性好、响应快、对细胞毒害作用小，可进行快速、实时、原位检测等诸多优点，受到很高的重视。

近年来，科研工作者致力于半胱氨酸高效荧光探测方法的研究，并取得许多研究进展。例如，Hyo Sung Jung等制备了一系列具有荧光发射的香豆素分子，并用于发展分子调控型半胱氨酸选择性荧光探针(Molecular modulated cysteine-selectivefluorescent probe，Biomaterials，2012，33：8495-8502)。Li Shang等发展了一种基于聚甲基丙烯酸稳定的纳米银荧光量子点的半胱氨酸高选择性探针(Sensitive detectionof cysteine based on fluorescent silver clusters，Biosensors and Bioelectronics，2009，24：1569-1573)。另外，有关半胱氨酸的荧光探测也有中国专利报道。例如，于晓强等设计了一种基于咔唑吡啶醛类化合物的单、双光子半胱氨酸荧光探针(公布号：CN 102127055A)。黄珊等公开了一种半胱氨酸的荧光纳米CdS量子点探针(公布号：CN 102796516A)。

尽管采用以上实例中的方法可以获得半胱氨酸的荧光探针，但依然存在某些关键的技术问题亟待解决，如探针的制备成本、敏感性、选择性、生物相容性、可降解性、低毒性等。故此，发展一种可替代的、高效的荧光探测方法，对于半胱氨酸探针的实际应用具有十分重要的意义。截止目前，尚未见基于牛血清白蛋白稳定的生物相容性Au/Ag核/壳量子点的半胱氨酸荧光探针，且此探针可同时用于Cu²⁺的高效探测的相关中国专利报道。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种方法简单，快速、成本低的基于Au/Ag核/壳量子点的半胱氨酸和Cu²⁺荧光探针的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于Au/Ag核/壳量子点的半胱氨酸和Cu²⁺荧光探针的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)溶解氯金酸和牛血清白蛋白BSA形成均质的水溶液，在一定的温度和磁力搅拌下，在碱性环境下反应一定的时间，制得Au纳米粒；

(2)溶解硝酸银和牛血清白蛋白BSA形成均质的水溶液，然后加入一定量的Au纳米粒形成混合溶液体系，在一定的温度和磁力搅拌下，在碱性环境下反应一定的时间，制得Au/Ag核/壳量子点；

(3)将Au/Ag核/壳量子点配成量子点溶液，向此量子点溶液中加入半胱氨酸/Cu²⁺，测定含不同半胱氨酸/Cu²⁺摩尔浓度的量子点荧光强度，拟合该荧光强度与半胱氨酸/Cu²⁺摩尔浓度之间的关系，以构建基于此量子点的荧光探针。

步骤(1)中所述的氯金酸摩尔浓度为1～10mM，BSA的用量为10～50mg/mL，反应温度为20～40℃，反应时间为6～24h，所述的碱性环境是指采用NaOH调节碱性pH为7.5～9.0。

步骤(2)中所述的硝酸银摩尔浓度为1～5mM，BSA的用量为5～20mg/mL，反应温度为20～40℃，反应时间为12～48h，采所述碱性环境是指用NaOH调节碱性pH为7.5～9.0，Au纳米粒的用量为0.1～1mg/mL。

步骤(3)中所述的量子点溶液的浓度为0.5mg/mL，半胱氨酸/Cu²⁺摩尔浓度为0～40/0～10μM，荧光强度与半胱氨酸和Cu²⁺摩尔浓度之间均呈线性关系。

在待检测的混合水样和生物样品中加入Au/Ag核/壳量子点，根据所述的线性关系探测混合水样和生物样品中半胱氨酸/Cu²⁺的荧光强度。

与现有技术相比，本发明选用牛血清白蛋白为还原剂/稳定剂，氯金酸和硝酸银为原料，在碱性水溶液中反应，制备出生物相容性的Au/Ag核/壳量子点，该量子点溶液的荧光强度与外加的半胱氨酸/Cu²⁺摩尔浓度均呈线性关系，因而可发展为半胱氨酸/Cu²⁺的荧光探针。与现有技术相比，本发明方法简单，快速、成本低，制备产物具有生物相容性，可对生物样品和复杂体系中的半胱氨酸/Cu²⁺进行准确、灵敏、简便、快捷的探测，为生物检测、化学分析等领域的研究提供了一种新的发展方向。

附图说明

图1为牛血清白蛋白BSA稳定的Au/Ag核/壳量子点作为半胱氨酸和Cu²⁺荧光探针的制备过程示意图；

图2为Au/Ag核/壳量子点的透射电子显微镜照片(TEM)；

图3为Au/Ag核/壳量子点的紫外-可见吸收光谱和荧光发射光谱；

图4为Au/Ag核/壳量子点的荧光强度随半胱氨酸摩尔浓度[cys]依次增加而逐渐淬灭的变化，插图为荧光强度与[cys]之间的线性拟合；

图5为Au/Ag核/壳量子点的荧光强度随Cu²⁺摩尔浓度[Cu²⁺]依次增加而逐渐淬灭的变化，插图为荧光强度与[Cu²⁺]之间的线性拟合。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

基于Au/Ag核/壳量子点的半胱氨酸和Cu²⁺荧光探针的制备过程参见图1，详细的制备步骤如下：将氯金酸与BSA溶于20mL去离子水，调节氯金酸的摩尔浓度为2mM，BSA的用量为10mg/mL，在20℃和磁力搅拌下，在pH 7.5的磷酸缓冲液中反应6h，制备出BSA稳定的Au纳米粒。将此Au纳米粒加入溶有硝酸银和BSA的20mL均质水溶液中，调节硝酸银的摩尔浓度为1mM，BSA的用量为5mg/mL，Au纳米粒的用量为0.2mg/mL，在20℃和磁力搅拌下，在pH7.5的磷酸缓冲液中反应12h，制备出BSA稳定的Au/Ag核/壳量子点。通过渗析，旋转蒸发、离心分离、真空干燥，然后得到量子点干粉溶于去离子水，配置成0.5mg/mL的量子点溶液备用。向此溶液中加入不同摩尔浓度的半胱氨酸(0～40μM)/Cu²⁺(0～10μM)，测定混合体系的荧光强度，并拟合半胱氨酸/Cu²⁺摩尔浓度与对应的荧光强度之间的关系，以构建相应的荧光探针体系。

采用透射电子显微镜观察Au/Ag核/壳量子点的形貌与尺寸(参见图2)；采用紫外-可见光谱仪和荧光光谱仪测定Au/Ag核/壳量子点的吸收光谱和发射光谱；(参见图3)；采用荧光光谱法测定Au/Ag核/壳量子点的荧光强度随半胱氨酸/Cu²⁺摩尔浓度增加而逐渐淬灭的变化，及半胱氨酸/Cu²⁺摩尔浓度与对应的荧光强度之间的线性拟合(参见图4和图5)。

采用上述荧光探针探测样品中的半胱氨酸/Cu²⁺的浓度，可将Au/Ag核/壳量子点溶于混合水样和生物样品中，量子点浓度为0.5mg/mL，根据拟合的线性关系，计算出样品中半胱氨酸/Cu²⁺的浓度。

实施例2

详细的制备步骤如下：将氯金酸与BSA溶于20mL去离子水，调节氯金酸的摩尔浓度为5mM，BSA的用量为20mg/mL，在25℃和磁力搅拌下，在pH 8.0的磷酸缓冲液中反应12h，制备出BSA稳定的Au纳米粒。将此Au纳米粒加入溶有硝酸银和BSA的20mL均质水溶液中，调节硝酸银的摩尔浓度为2mM，BSA的用量为10mg/mL，Au纳米粒的用量为0.5mg/mL，在25℃和磁力搅拌下，在pH 8.0的磷酸缓冲液中反应24h，制备出BSA稳定的Au/Ag核/壳量子点。通过渗析，旋转蒸发、离心分离、真空干燥，然后得到量子点干粉溶于去离子水，配置成0.5mg/mL的量子点溶液备用。向此溶液中加入不同摩尔浓度的半胱氨酸(0～40μM)/Cu²⁺(0～10μM)，测定混合体系的荧光强度，并拟合半胱氨酸/Cu²⁺摩尔浓度与对应的荧光强度之间的关系，以构建相应的荧光探针体系。Au/Ag核/壳量子点的性能表征方法同实施例1。

实施例3

详细的制备步骤如下：将氯金酸与BSA溶于20mL去离子水，调节氯金酸的摩尔浓度为8mM，BSA的用量为30mg/mL，在37℃和磁力搅拌下，在pH 8.5的磷酸缓冲液中反应18h，制备出BSA稳定的Au纳米粒。将此Au纳米粒加入溶有硝酸银和BSA的20mL均质水溶液中，调节硝酸银的摩尔浓度为3mM，BSA的用量为15mg/mL，Au纳米粒的用量为0.8mg/mL，在37℃和磁力搅拌下，在pH 8.5的磷酸缓冲液中反应36h，制备出BSA稳定的Au/Ag核/壳量子点。通过渗析，旋转蒸发、离心分离、真空干燥，然后得到量子点干粉溶于去离子水，配置成0.5mg/mL的量子点溶液备用。向此溶液中加入不同摩尔浓度的半胱氨酸(0～40μM)/Cu²⁺(0～10μM)，测定混合体系的荧光强度，并拟合半胱氨酸/Cu²⁺摩尔浓度与对应的荧光强度之间的关系，以构建相应的荧光探针体系。Au/Ag核/壳量子点的性能表征方法同实施例1。

实施例4

详细的制备步骤如下：将氯金酸与BSA溶于20mL去离子水，调节氯金酸的摩尔浓度为10mM，BSA的用量为40mg/mL，在40℃和磁力搅拌下，在pH9.0的磷酸缓冲液中反应24h，制备出BSA稳定的Au纳米粒。将此Au纳米粒加入溶有硝酸银和BSA的20mL均质水溶液中，调节硝酸银的摩尔浓度为4mM，BSA的用量为20mg/mL，Au纳米粒的用量为1.0mg/mL，在40℃和磁力搅拌下，在pH 9.0的磷酸缓冲液中反应48h，制备出BSA稳定的Au/Ag核/壳量子点。通过渗析，旋转蒸发、离心分离、真空干燥，然后得到量子点干粉溶于去离子水，配置成0.5mg/mL的量子点溶液备用。向此溶液中加入不同摩尔浓度的半胱氨酸(0～40μM)/Cu²⁺(0～10μM)，测定混合体系的荧光强度，并拟合半胱氨酸/Cu²⁺摩尔浓度与对应的荧光强度之间的关系，以构建相应的荧光探针体系。Au/Ag核/壳量子点的性能表征方法同实施例1。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于Au/Ag核/壳量子点的半胱氨酸和Cu²⁺荧光探针的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)溶解氯金酸和牛血清白蛋白BSA形成均质的水溶液，在一定的温度和磁力搅拌下，在碱性环境下反应一定的时间，制得Au纳米粒；

(2)溶解硝酸银和牛血清白蛋白BSA形成均质的水溶液，然后加入一定量的Au纳米粒形成混合溶液体系，在一定的温度和磁力搅拌下，在碱性环境下反应一定的时间，制得Au/Ag核/壳量子点；

(3)将Au/Ag核/壳量子点配成量子点溶液，向此量子点溶液中加入半胱氨酸/Cu²⁺，测定含不同半胱氨酸/Cu²⁺摩尔浓度的量子点荧光强度，拟合该荧光强度与半胱氨酸/Cu²⁺摩尔浓度之间的关系，以构建基于此量子点的荧光探针。

2.根据权利要求1所述的一种基于Au/Ag核/壳量子点的半胱氨酸和Cu²⁺荧光探针的制法，其特征在于，步骤(1)中所述的氯金酸摩尔浓度为1～10mM，BSA的用量为10～50mg/mL，反应温度为20～40℃，反应时间为6～24h，所述的碱性环境是指采用NaOH调节碱性pH为7.5～9.0。

3.根据权利要求1所述的一种基于Au/Ag核/壳量子点的半胱氨酸和Cu²⁺荧光探针的制法，其特征在于，步骤(2)中所述的硝酸银摩尔浓度为1～5mM，BSA的用量为5～20mg/mL，反应温度为20～40℃，反应时间为12～48h，采所述碱性环境是指用NaOH调节碱性pH为7.5～9.0，Au纳米粒的用量为0.1～1mg/mL。

4.根据权利要求1所述的一种基于Au/Ag核/壳量子点的半胱氨酸和Cu²⁺荧光探针的制法，其特征在于，步骤(3)中所述的量子点溶液的浓度为0.5mg/mL，半胱氨酸/Cu²⁺摩尔浓度为0～40/0～10μM，荧光强度与半胱氨酸和Cu²⁺摩尔浓度之间均呈线性关系。

5.根据权利要求4所述的一种基于Au/Ag核/壳量子点的半胱氨酸和Cu²⁺荧光探针的制法，其特征在于，在待检测的混合水样和生物样品中加入Au/Ag核/壳量子点，根据所述的线性关系探测混合水样和生物样品中半胱氨酸/Cu²⁺的荧光强度。

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