CN104316503A - 一种基于石墨烯量子点(GQDs)的传感器的用途以及检测方法 - Google Patents

一种基于石墨烯量子点(GQDs)的传感器的用途以及检测方法 Download PDF

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朱艳红
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Abstract

本发明涉及一种基于石墨烯量子点(GQDs)的传感器的用途以及检测方法，利用Cu2+与荧光性GQDs之间的能量转移作用，使得GQDs荧光得以猝灭。焦磷酸酯(PPi)作为一种ALP的自然催化底物，可以与Cu2+之间形成螯合物。以GQDs作为信号探针，可用于生物传感器的构建，实现对ALP高选择性，高灵敏性的检测。

Description

一种基于石墨烯量子点(GQDs)的传感器的用途以及检测方法
技术领域
本发明涉及生物传感技术领域，具体涉及一种基于石墨烯量子点(GQDs)生物传感器的碱性磷酸酶的用途以及检测方法。 
背景技术
ALP作为存在于哺乳动物体内一种至关重要的水解酶，已被广泛应用于生物标记及临床诊断中。近年来，各种检测ALP的方法层出不穷，但是几乎都面临着一些缺点，例如：灵敏度低、需要特殊仪器检测信号、选择性差以及各种标记物的使用等。因此开发高选择性、高灵敏性、低耗及无标记的生物传感器用于检测ALP至关重要。 
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术以检测ALP的不足(需标记信号分子、灵敏度低)，本发明提供一种基于石墨烯量子点(GQDs)的传感器的用途以及检测方法。具体技术方案如下： 
一种基于石墨烯量子点(GQDs)的传感器的用途，用于检测碱性磷酸酶(ALP)。 
进一步地，基于石墨烯量子点(GQDs)的传感器为荧光性石墨烯量子点(GQDs)生物传感器。 
进一步地，荧光性GQDs作为信号探针构建了基于GQDs的ALP传感器。 
一种上述检测碱性磷酸酶(ALP)的方法，包括如下步骤： 
(1)混合不同浓度的ALP与PPi； 
(2)对步骤(1)得到的溶液进行培养一段时间； 
(3)将Cu2+加入到步骤(2)所得溶液； 
(4)继续培养一段时间； 
(5)将GQDs加入到步骤(4)所得溶液； 
(6)培养一段时间后； 
(7)测其荧光。 
进一步地，步骤(1)中，于缓冲溶液中将不同浓度的ALP与PPi于一定温度下混合。 
进一步地，缓冲溶液为Tris-HCl。 
进一步地，所述检测为无标记检测。 
进一步地，包括如下步骤： 
取GQDs粉末溶于有机溶剂中，测其500-4000cm-1处的红外吸收光谱图； 
取GQDs与Cu2+混合溶液少许，测其500-4000cm-1处的红外吸收光谱图； 
取200μL GQDs溶液于石英比色皿中，检测波长段290nm-650nm间吸收峰； 
取GQDs与Cu2+混合溶液少许，检测波长段290nm-650nm间吸收峰； 
分别取200μL GQDs溶液及GQDs+Cu2+混合液于荧光比色皿中，检测其380nm激发处的发射光谱； 
分别取500μL GQDs溶液及GQDs+Cu2+混合液于荧光比色皿中，检测其荧光寿命； 
存在Cu2+时，GQDs的荧光寿命减小，发生了能量转移； 
测GQDs+Cu2+混合物的AFM图； 
加入不同浓度的Cu2+于GQDs溶液中。 
进一步地，包括如下步骤： 
分别取ALP、PPi、ALP+PPi于石英比色皿中，测250nm-650nm处紫外吸收； 
分别取GQDs取200μLGQDs、GQDs+ALP、GQDs+PPi+Cu2+以及GQDs+ALP+PPi+Cu2+溶液于石英比色皿中，检测波长段290nm-650nm间吸收峰； 
分别取GQDs取200μLGQDs、GQDs+ALP、GQDs+PPi+Cu2+以及GQDs+ALP+PPi+Cu2+溶液于荧光比色皿中，检测其380nm激发处的发射光谱； 
分别取GQDs取200μLGQDs、GQDs+ALP、GQDs+PPi+Cu2+以及GQDs+ALP+PPi+Cu2+溶液于荧光比色皿中，检测其荧光寿命； 
存在ALP时，GQDs的荧光寿命减小，在GQDs与Cu2+之间发生了能量转移； 
加入不同浓度的ALP于GQDs溶液中。 
与目前现有技术相比，本发明利用Cu2+与荧光性GQDs之间的能量转移作用，使得GQDs荧光得以猝灭。焦磷酸酯(PPi)作为一种ALP的自然催化底物，可以与Cu2+之间形成螯合物。以GQDs作为信号探针，可用于生物传感器的构建，实现对ALP高选择性、高灵敏性的检测。与已有技术相比，具有重现性高，耗能低，反应时间快速且易控制等优点。以此无标记的生物传感器检测ALP，线性范围宽，检测限低，且本传感器选择性佳，灵敏度高。 
附图说明
图1为基于荧光性GQDs生物传感器无标记检测ALP示意图； 
图2(A)为荧光性GQDs的红外谱图； 
其中(a)为GQDs的红外光谱图； 
(b)为GQDs与Cu2+混合溶液的红外光谱图； 
图2(B)为紫外吸收光谱图； 
其中(a)为Cu2+的紫外吸收光谱图； 
(b)为GQDs的紫外吸收光谱图； 
(c)GQDs与Cu2+混合溶液的紫外吸收光谱图； 
图2(C)为荧光发射光谱图； 
其中(a)为GQDs荧光发射光谱图； 
(b)为GQDs与Cu2+混合溶液的荧光发射光谱图； 
图2(D)为荧光寿命光谱图； 
其中(a)为GQDs的荧光寿命光谱图； 
(b)为GQDs与Cu2+混合溶液的荧光寿命光谱图； 
图3(A)为不同浓度Cu2+对应荧光光谱； 
图3(B)(C)为荧光强度与不同Cu2+浓度对数间线性关系； 
图3(D)为基于GQDs传感器的对Cu2+的选择性考察； 
图4(A)为各物质紫外吸收光谱图； 
图4(B)为GQDs加入不同物质后紫外吸收光谱图； 
其中(a)为GQDs的紫外吸收光谱图； 
(b)为GQDs+ALP的紫外吸收光谱图； 
(c)为GQDs+PPi+Cu2+的紫外吸收光谱图； 
(d)为GQDs+PPi+Cu2++ALP的紫外吸收光谱图； 
图4(C)为GQDs加入不同物质后荧光发射光谱图； 
图4(D)为GQDs加入不同物质后的荧光寿命光谱图； 
图5(A)为不同浓度ALP对应荧光光谱图； 
图5(B)(C)为荧光强度与不同ALP浓度对数间线性关系； 
图5(D)为基于GQDs传感器的对ALP的选择性考察。 
具体实施方式
下面根据附图对本发明进行详细描述，其为本发明多种实施方式中的一种优选实施例。 
在一个优选实施例中，以氧化石墨烯(GO)为碳源，利用超声-氧化还原法制得了具有荧光性质的GQDs：以氧化石墨烯(GO)为碳源，利用超声-氧化还原法制得了具有荧光性质的GQDs。此GQDs具有光稳定性佳，量子产率高，无细胞毒性等优点，因此将此纳米材料应用于生物检测具有很好的潜在应用价值。通过KMnO4的强氧化作用来打开GO中C-C单键，以及长时间的超声作用得到小尺寸的GQDs。 
一种荧光性GQDs的制备方法，步骤包括： 
(1)室温下，50ml 1M KMnO4中加入一定量1mg/ml氧化石墨烯(GO)超声数小时。 
(2)将(1)中混合溶液一定转速下离心一段时间。 
(3)取(2)中上层清夜一定转速下继续离心，得到具有荧光性的GQDs。 
所制得的GQDs的粒子均匀且分散，粒径约为3-5nm。 
进一步，利用荧光性GQDs作为信号探针构建了基于GQDs的ALP传感器，此传感器具有能量转移快、反应时间快速、无细胞毒性等优点，因此将此传感器应用于ALP的检测具有很好的潜在应用价值。本发明利用Cu2+与荧光性GQDs之间的能量转移作用，使得GQDs荧光得以猝灭。同时，PPi与铜离子之间的化学作用可以阻断Cu2+与GQDs之间的能量转移，使得GQDs的荧光发生改变。当加入ALP，ALP可以水解PPi，释放与PPi螯合的Cu2+，使得Cu2+再次与GQDs发生能量转移，以此为基础来检测ALP。此传感器实现了对ALP高灵敏、高选择性的检测。 
一种基于GQDs的生物传感器检测碱性磷酸酶(ALP)的方法，步骤包括： 
(a)于Tris-HCl缓冲溶液中将不同浓度的ALP与PPi于一定温度下混合，培养一段时间。 
(b)将Cu2+加入到(1)中溶液，继续培养一段时间。 
(c)将GQDs加入到(2)中溶液，培养一段时间后，测其荧光。 
取GQDs粉末溶于有机溶剂中，测其500-4000cm-1处的红外吸收光谱图，所得吸收如图2A(a)所示。取GQDs与Cu2+混合溶液少许，测其500-4000cm-1处的红外吸收光谱图，所得吸收如图2A(b)所示。取200μL GQDs溶液于石英比色皿中，检测波长段290nm-650nm间吸收峰，所得紫外吸收光谱如图2B(b)所示。取GQDs与Cu2+混合溶液少许，检测波长段290nm-650nm间吸收峰，所得紫外吸收光谱如图2B(c)所示。分别取200μL GQDs溶液及GQDs+Cu2+混合液于荧光比色皿中，检测其380nm激发处的发射光谱，所得光谱如图2(C)所示。分别取500μL GQDs溶液及GQDs+Cu2+混合液于荧光比色皿中，检测其荧光寿命，所得荧光寿命图如图2(D)所示，从图中可以看出，存在Cu2+时，GQDs的荧光寿命减小，发生了能量转移。测GQDs+Cu2+混合物的AFM图，当加入不同浓度的Cu2+于GQDs溶液中，所得结果如图3所示。 
分别取ALP、PPi、ALP+PPi于石英比色皿中，测250nm-650nm处紫外吸收，所得结果如图4(A)所示。分别取GQDs取200μLGQDs、GQDs+ALP、GQDs+PPi+Cu2+以及GQDs+ALP+PPi+Cu2+溶液于石英比色皿中，检测波长段290nm-650nm间吸收峰，所得紫外吸收光谱如图4(B)所示。分别取GQDs取200μLGQDs、GQDs+ALP、GQDs+PPi+Cu2+以及GQDs+ALP+PPi+Cu2+溶液于荧光比色皿中，检测其380nm激发处的发射光谱，所得光谱如图4(C)所示。分别取GQDs取200μLGQDs、GQDs+ALP、GQDs+PPi+Cu2+以及GQDs+ALP+PPi+Cu2+溶液于荧光比色皿中，检测其荧光寿命，所得荧光寿命图如图4(D)所示，从图中可以看出，存在ALP时，GQDs的荧光寿命减小，在GQDs与Cu2+之间发生了能量转移。当加入不同浓度的ALP于GQDs溶液中，所得结果如图5所示。 
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。 

Claims (9)

1.一种基于石墨烯量子点(GQDs)的传感器的用途，其特征在于，用于检测碱性磷酸酶(ALP)。
2.如权利要求1所述的基于石墨烯量子点(GQDs)的传感器的用途，其特征在于，基于石墨烯量子点(GQDs)的传感器为荧光性石墨烯量子点(GQDs)生物传感器。
3.如权利要求1或2所述的基于石墨烯量子点(GQDs)的传感器的用途，其特征在于，荧光性GQDs作为信号探针构建了基于GQDs的ALP传感器。
4.一种如权利要求1-3所述检测碱性磷酸酶(ALP)的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)混合不同浓度的ALP与PPi；
(2)对步骤(1)得到的溶液进行培养一段时间；
(3)将Cu2+加入到步骤(2)所得溶液；
(4)继续培养一段时间；
(5)将GQDs加入到步骤(4)所得溶液；
(6)培养一段时间后；
(7)测其荧光。
5.如权利要求4所述的检测碱性磷酸酶(ALP)的方法，其特征在于，步骤(1)中，于缓冲溶液中将不同浓度的ALP与PPi于一定温度下混合。
6.如权利要求5所述的检测碱性磷酸酶(ALP)的方法，其特征在于，缓冲溶液为Tris-HCl。
7.如权利要求4-6中任一项所述的检测碱性磷酸酶(ALP)的方法，其特征在于，所述检测为无标记检测。
8.如权利要求4-7中任一项所述的检测碱性磷酸酶(ALP)的方法，其特征在于，包括如下步骤：
取GQDs粉末溶于有机溶剂中，测其500-4000cm-1处的红外吸收光谱图；
取GQDs与Cu2+混合溶液少许，测其500-4000cm-1处的红外吸收光谱图；
取200μL GQDs溶液于石英比色皿中，检测波长段290nm-650nm间吸收峰；
取GQDs与Cu2+混合溶液少许，检测波长段290nm-650nm间吸收峰；
分别取200μL GQDs溶液及GQDs+Cu2+混合液于荧光比色皿中，检测其380nm激发处的发射光谱；
分别取500μL GQDs溶液及GQDs+Cu2+混合液于荧光比色皿中，检测其荧光寿命；
存在Cu2+时，GQDs的荧光寿命减小，发生了能量转移；
测GQDs+Cu2+混合物的AFM图；
加入不同浓度的Cu2+于GQDs溶液中。
9.如权利要求4-7中任一项所述的检测碱性磷酸酶(ALP)的方法，其特征在于，包括如下步骤：
分别取ALP、PPi、ALP+PPi于石英比色皿中，测250nm-650nm处紫外吸收；
分别取GQDs取200μLGQDs、GQDs+ALP、GQDs+PPi+Cu2+以及GQDs+ALP+PPi+Cu2+溶液于石英比色皿中，检测波长段290nm-650nm间吸收峰；
分别取GQDs取200μLGQDs、GQDs+ALP、GQDs+PPi+Cu2+以及GQDs+ALP+PPi+Cu2+溶液于荧光比色皿中，检测其380nm激发处的发射光谱；
分别取GQDs取200μLGQDs、GQDs+ALP、GQDs+PPi+Cu2+以及GQDs+ALP+PPi+Cu2+溶液于荧光比色皿中，检测其荧光寿命；
存在ALP时，GQDs的荧光寿命减小，在GQDs与Cu2+之间发生了能量转移；
加入不同浓度的ALP于GQDs溶液中。
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