CN105067547A - 一种基于氧化石墨烯/纳米金的氨基酸快速光学检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于氧化石墨烯/纳米金的氨基酸快速光学检测方法，通过一步法合成了氧化石墨烯/纳米金复合物，并利用其对谷氨酸、天冬氨酸和半胱氨酸光学响应的特点成功将其用于这三种氨基酸的快速检测。通过一分钟混合振荡，该方法即可对不同浓度的这三种待测氨基酸表现出不同位置的吸收度比值的浓度依赖变化，进而完成对不同浓度、不同种类氨基酸的快速检测。本发明检测方法步骤简单、操作简便、成功率高、检测稳定性好，且易于推广使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种传感方法的设计，尤其涉及一种基于氧化石墨烯/纳米金的氨基酸快速光学检测方法。
背景技术
氧化石墨烯是近年来一种热门的碳纳米片材料。其上丰富的含氧官能团使得它具有如良好的亲水性、独特的光学性质以及可修饰性等特性，并使其可以与诸如纳米金等成熟纳米材料复合形成新型纳米复合材料。这些复合物集合了氧化石墨烯及其上复合的纳米物质的优异特性，展现出更为优良的光学、电学、化学性质，在生物传感、荧光检测等领域具有很大应用价值。氨基酸作为蛋白的基础组成单位，是大多数生命过程的重要参与者，氨基酸的检测对研究复杂生命活动、探究蛋白作用机理具有指导作用。利用氧化石墨烯与纳米金的复合物(氧化石墨烯/纳米金)的优异特性，发展一种基于该复合物的快速检测特定氨基酸的传感方法，不仅有助于探究该复合物在生物传感方面的特性，同时在药物效能检测、临床监测等方面具有广泛的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于氧化石墨烯/纳米金的氨基酸快速光学检测方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于氧化石墨烯/纳米金的氨基酸快速光学检测方法，包括以下步骤：
(1)氧化石墨烯纳米片分散液的配置：取氧化石墨烯粉末分散在去离子水中，获得1mg/mL的氧化石墨烯分散液，然后进行冰水浴超声30分钟，再以3000r.p.m.的速度离心30分钟，取上清液，得到氧化石墨烯分散液；
(2)氧化石墨烯/纳米金复合物的合成：所有待用的玻璃器皿需要先用王水浸泡10分钟，以防引入杂质影响合成。然后将1.225mL质量分数1％的氯金酸溶液和3mL氧化石墨烯分散液混合静置30分钟后不停搅拌并加热至80℃。再向混合液中一次性加入2.1mL质量分数1％的柠檬酸钠溶液，继续在80℃下搅拌加热1小时。之后，先停止加热，再搅拌15分钟后将获得的溶液避光放凉至室温，然后以3000r.p.m.的速度离心10分钟并取上清液，即得氧化石墨烯/纳米金复合胶体溶液，置于4℃冷藏备用；
(3)标准浓度依赖曲线的建立：将谷氨酸、天冬氨酸和半胱氨酸三种氨基酸分别配置10-3mol/L～0.1mol/L之间的任意五种浓度的氨基酸标准样品溶液，分别将0.2mL的这些溶液与2mL氧化石墨烯/纳米金复合胶体溶液混合，即溶液体积比10:1，并以2800r.p.m.振荡一分钟，然后将得到的混合液加入光谱仪比色皿，设置积分时间为100ms，扫描范围为400nm～800nm，对这些氨基酸标准样品溶液进行可见光吸收度检测，每个浓度重复测量5次，之后以每种浓度的这些溶液在680nm与528nm的吸收度比值的平均值为纵坐标，以溶液浓度为横坐标绘制标准浓度依赖曲线，作为后续氨基酸检测的标定曲线；
(4)基于氧化石墨烯/纳米金的氨基酸快速光学检测：取0.2mL待测氨基酸溶液与2mL氧化石墨烯/纳米金复合胶体溶液混合，所述待测氨基酸溶液为谷氨酸、天冬氨酸或半胱氨酸中的一种，重复步骤3的测量步骤测量3-5次，得到该溶液稳定的特征光谱及其在680nm与528nm稳定的吸收度比值，当待测溶液已知种类未知浓度时，将该吸收度比值代入步骤3得到的对应的氨基酸标准浓度依赖曲线，得到对应浓度，即完成待测溶液的浓度检测；而当带测溶液已知浓度(10-3mol/L～0.1mol/L之间)未知种类时，将得到的吸收度比值和浓度同时代入三种标准浓度依赖曲线，该点距离最近的曲线对应的氨基酸种类即为该溶液的氨基酸种类，即完成待测溶液氨基酸种类检测，综上即完成基于氧化石墨烯/纳米金的氨基酸快速光学检测过程。
本发明的有益效果是，本发明将通过一步法合成了氧化石墨烯/纳米金复合物并成功构建了基于该复合物的光学传感方法用于特定氨基酸(谷氨酸、天冬氨酸和半胱氨酸)的快速检测。该方法步骤简单、操作简便、成功率高、检测稳定性好，易于推广使用。
附图说明
图1为本发明氧化石墨烯/纳米金复合物制备并传感检测氨基酸过程图；
图2为本发明氧化石墨烯/纳米金复合物紫外吸收光谱表征图；
图3为本发明氧化石墨烯/纳米金复合物动态光散射表征图；
图4为本发明氧化石墨烯/纳米金复合物分别与不同浓度谷氨酸溶液发生反应后紫外吸收光谱图；
图5为本发明氧化石墨烯/纳米金复合物分别与不同浓度天冬氨酸溶液发生反应后紫外吸收光谱图；
图6为本发明氧化石墨烯/纳米金复合物分别与不同浓度半胱氨酸溶液发生反应后紫外吸收光谱图；
图7为本发明氧化石墨烯/纳米金复合物分别检测不同浓度谷氨酸、天冬氨酸和半胱氨酸溶液得到的680nm和528nm处紫外吸收度与物质浓度之间的统计对比图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明作详细描述，但并不是限制本发明。
本发明基于氧化石墨烯/纳米金的氨基酸快速光学检测方法如图1所示，包括以下步骤：
1、配置氧化石墨烯纳米片分散液
取5mgHummers法制得的纯净氧化石墨烯粉末加入5mL去离子水中，加入冰水浴(0℃)中在40W功率下超声30分钟，使得氧化石墨烯在水中呈棕色片状分散，再将该液体以3000r.p.m.离心30分钟去除多余悬浮物质，滤去少量沉淀，得到的离心上清液即为棕色氧化石墨烯分散液。
2、一步法合成氧化石墨烯/纳米金复合物
所有待用的玻璃器皿需要先用王水浸泡10分钟，以防引入杂质影响合成。然后将1.225mL的质量分数1％的氯金酸溶液和3mL的上述获得的氧化石墨烯分散液混合，静置30分钟后开始搅拌加热。加热至80℃后向混合液中一次性加入2.1mL的质量分数为1％的柠檬酸钠溶液，保持温度在80℃继续搅拌一小时。之后停止加热，再搅拌15分钟后停止搅拌。将获得溶液避光放置至室温后，将溶液以3000r.p.m.的速度离心10分钟，取上清液，即得氧化石墨烯/纳米金复合物溶液，置于4℃条件下备用。
得到的氧化石墨烯/纳米金复合物的特征表征如下：
首先对本发明最终获得的氧化石墨烯/纳米金胶体溶液进行紫外-可见光吸收光谱扫描，取2mL氧化石墨烯/纳米金胶体溶液加入光谱仪测试腔(石英皿)中，光谱仪可以采用海洋光学的USB2000+产品，具体测试参数为积分时间100ms，扫描波长400nm～800nm，得到氧化石墨烯的可见光吸收光谱。如图2所示，在230nm和528nm各出现一个特征峰，分别对应氧化石墨烯和纳米金的特征峰，表明溶液中确实存在氧化石墨烯和纳米金胶体。其次对该胶体溶液进行动态光散射粒径表征，取1mL氧化石墨烯/纳米金胶体溶液加入纳米粒度电位仪样品槽中，纳米粒度电位仪可采用英国马尔文的ZetasizerNanoZS产品，通过5次重复测量得到氧化石墨烯/纳米金复合物的粒径大小。如图3所示，表面本发明合成的氧化石墨烯/纳米金复合物中氧化石墨烯纳米片集中在3.6nm左右，而片上的纳米金颗粒集中在37.8nm左右，由此推测纳米金的特征峰应该在525nm左右，而本发明合成的氧化石墨烯/纳米金在可见光范围内的特征峰与之相比出现红移，表明氧化石墨烯和纳米金在溶液中不是单独存在而是复合关系。综合两种表征，证明本发明用于氨基酸检测的氧化石墨烯/纳米金复合物合成成功。
3、建立基于氧化石墨烯/纳米金复合物的氨基酸检测标准浓度依赖曲线，具体包括以下步骤：
3.1配制氨基酸标准样品溶液：针对谷氨酸、天冬氨酸和半胱氨酸三种氨基酸，以去离子水为溶剂，分别配制5种浓度梯度(混合液中氨基酸最终浓度：谷氨酸2mmol/L、3mmol/L、4mmol/L、5mmol/L和6mmol/L；天冬氨酸或半胱氨酸2mmol/L、3mmol/L、5mmol/L、6mmol/L和8mmol/L)的标准样品溶液；
3.2检测氨基酸标准样品溶液，建立光照波长-紫外吸收度曲线，具体包括如下子步骤：
3.2.1进行空白对照溶液紫外吸收光谱的测量，选取去离子水作为空白对照实验中的目标检测物，为了排除水对氧化石墨烯/纳米金复合胶体溶液胶体体系的影响，氧化石墨烯/纳米金胶体溶液2mL与0.2mL的去离子水混合，经过一分钟振荡后再将该混合液加入到光谱仪的测量腔中。设置光谱仪测量参数：积分时间100毫秒，平均次数50次，平滑度为20，扫描波长为400～800nm，以光谱仪为仪器平台对该空白对照溶液进行紫外吸收光谱扫描，测量结束后，先缓慢吸出上述测量溶液，然后加入3mL的去离子水，静置5min后缓慢吸出去离子水，该步骤重复3次，用于清洗上次测量残留的混合溶液；
3.2.2进行氨基酸标准样品溶液的测量：向测量腔中加入氧化石墨烯/纳米金胶体溶液2mL与0.2mL的2mmol/L的谷氨酸标准样品溶液，振荡一分钟后对得到的混合液重复上述测量步骤，用于该样品溶液的紫外吸收光谱检测；由于氧化石墨烯/纳米金胶体溶液与氨基酸标准样品溶液的体积比同样为10:1，因此得到的是0.2mmol/L的氨基酸样品溶液对应的紫外吸收光谱，该样品溶液被反复测量五次，一次测量结束后，先缓慢吸出上述测量溶液，然后加入3mL的去离子水，静置5min后缓慢吸出去离子水，该步骤重复3次，用于清洗上次测量残留的混合溶液；
3.2.3重复上述空白测量和氨基酸标准样品溶液的测量，直至完成步骤3.1中配置的所有浓度的氨基酸标准样品溶液的测量，最终得到氧化石墨烯/纳米金复合物对不同浓度下的特定氨基酸谷氨酸、天冬氨酸和半胱氨酸标准样品溶液检测的紫外吸收光谱；图4、5、6所示分别为本发明氧化石墨烯/纳米金复合物进行五种浓度的谷氨酸、天冬氨酸和半胱氨酸标准样品溶液测量后得到的紫外吸收光谱，从图中可以看到，加入了这三种氨基酸的混合溶液响应曲线的吸收峰值(528nm处)随着三种氨酸浓度增长而降低，而680nm处的吸收度却随着三种氨酸浓度增加而增大，即得到的可见光范围内的光学响应呈现浓度依赖特性；
3.2.4根据光谱图的变化，将680nm和528nm处的吸收度比值作为本发明用于氨基酸快速检测的氧化石墨烯/纳米金复合传感平台的传感探针，以该比值为纵坐标，以测量的氨基酸标准样品溶液的浓度为横坐标，作特定氨基酸(谷氨酸、天冬氨酸和半胱氨酸)的标准浓度依赖曲线，每个浓度氨基酸标准样品溶液取样测量3～5次，统计每个浓度氨基酸标准样品溶液的680nm和528nm处的可见光范围吸收度比值，得到氨基酸标准样品浓度与其对应吸收度比值之间的关系曲线y＝ax+b，其中，x为氨基酸标准样品溶液的浓度，y为680nm和528nm处的吸收度比值，a和b为常数。图7所示为5个浓度不同氨基酸标准样品分别取样5次测量后得到的吸收度比值统计结果，图上的标准误差对应根据5次测量可见光光谱得到的吸收度比值标准差(SD)，从图7可以看出本发明用于氨基酸快速检测的氧化石墨烯/纳米金复合传感平台可以在加样后通过振荡快速检测不同浓度的氨基酸，并且结果稳定，重复性好。
4、基于氧化石墨烯/纳米金复合物对氨基酸进行快速光学检测
取0.2mL待测氨基酸溶液与2mL氧化石墨烯/纳米金复合胶体溶液混合，所述待测氨基酸溶液为谷氨酸、天冬氨酸或半胱氨酸中的一种，重复步骤3的测量步骤测量3-5次，得到该溶液稳定的特征光谱及其在680nm与528nm稳定的吸收度比值，当待测溶液已知种类未知浓度时，将该吸收度比值代入步骤3得到的对应的氨基酸标准浓度依赖曲线，得到对应浓度，即完成待测溶液的浓度检测；而当带测溶液已知浓度(10-3mol/L～0.1mol/L之间)未知种类时，将得到的吸收度比值和浓度同时代入三种标准浓度依赖曲线，该点距离最近的曲线对应的氨基酸种类即为该溶液的氨基酸种类，即完成待测溶液氨基酸种类检测，综上即完成基于氧化石墨烯/纳米金的氨基酸快速光学检测过程。
Claims (1)
1.一种基于氧化石墨烯/纳米金的氨基酸快速光学检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)氧化石墨烯纳米片分散液的配置：取氧化石墨烯粉末分散在去离子水中，获得1mg/mL的氧化石墨烯分散液，然后进行冰水浴超声30分钟，再以3000r.p.m.的速度离心30分钟，取上清液，即得氧化石墨烯分散液；
(2)氧化石墨烯/纳米金复合物的合成：所有待用的玻璃器皿需要先用王水浸泡10分钟，以防引入杂质影响合成；然后将1.225mL质量分数1％的氯金酸溶液和3mL氧化石墨烯分散液混合静置30分钟后不停搅拌并加热至80℃；再向混合液中一次性加入2.1mL质量分数1％的柠檬酸钠溶液，继续在80℃下搅拌加热1小时；之后，先停止加热，再搅拌15分钟后将获得的溶液避光放凉至室温，然后以3000r.p.m.的速度离心10分钟并取上清液，即得氧化石墨烯/纳米金复合胶体溶液，置于4℃冷藏备用；
(3)标准浓度依赖曲线的建立：将谷氨酸、天冬氨酸和半胱氨酸三种氨基酸分别配置10-3mol/L～0.1mol/L之间的任意五种浓度的氨基酸标准样品溶液，分别将0.2mL的这些溶液与2mL氧化石墨烯/纳米金复合胶体溶液混合，即溶液体积比10:1，并以2800r.p.m.振荡一分钟，然后将得到的混合液加入光谱仪比色皿，设置积分时间为100ms，扫描范围为400nm～800nm，对这些氨基酸标准样品溶液进行可见光吸收度检测，每个浓度重复测量5次，之后以每种浓度的这些溶液在680nm与528nm的吸收度比值的平均值为纵坐标，以溶液浓度为横坐标绘制标准浓度依赖曲线，作为后续氨基酸检测的标定曲线；
(4)基于氧化石墨烯/纳米金的氨基酸快速光学检测：取0.2mL待测氨基酸溶液与2mL氧化石墨烯/纳米金复合胶体溶液混合，所述待测氨基酸溶液为谷氨酸、天冬氨酸或半胱氨酸中的一种，重复步骤3的测量步骤测量3-5次，得到该溶液稳定的特征光谱及其在680nm与528nm稳定的吸收度比值，当待测溶液已知种类未知浓度时，将该吸收度比值代入步骤3得到的对应的氨基酸标准浓度依赖曲线，得到对应浓度，即完成待测溶液的浓度检测；而当待测溶液已知浓度(10-3mol/L～0.1mol/L之间)未知种类时，将得到的吸收度比值和浓度同时代入三种标准浓度依赖曲线，该点距离最近的曲线对应的氨基酸种类即为该溶液的氨基酸种类，即完成待测溶液氨基酸种类检测，综上即完成基于氧化石墨烯/纳米金的氨基酸快速光学检测过程。
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