CN105424664A - 一种基于硼掺杂石墨烯量子点荧光淬灭作用的血红素的检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种基于硼掺杂石墨烯量子点荧光淬灭作用的血红素的检测方法，包括以下步骤：1)、配制硼掺杂石墨烯量子点B-GQDs溶液；2)、配制血红素溶液；3)、配制标准溶液；4)、建立B-GQDs检测血红素浓度的工作曲线；5)、检测待测样品中血红素的浓度。本发明基于血红素对硼掺杂石墨烯量子点的荧光淬灭作用，将该量子点首次应用于血红素测定中，通过荧光分析方法实现了血红素快速、高效的检测。本发明方法具有响应速度快、灵敏度高、操作简单、成本低廉、光学抗干扰能力强等优点；通过荧光信号变化检测血红素含量，既可以实现血红素生化指标快速、灵敏的定性检测，也能够进行定量测定。
Description
技术领域
本发明属于生物荧光检测技术领域，涉及一种血红素的检测方法，特别是涉及一种基于硼掺杂石墨烯量子点荧光淬灭作用的血红素的检测方法。
背景技术
血红素是天然的铁卟啉，是生物体中血红蛋白和肌红蛋白的活性中心，主要存在于生物体的血液和肌肉中，具有重要的生理功能和很高的实用价值，在医药、食品、化工等行业中有广泛应用。血红素不仅可用作发色剂代替亚硝酸盐和人工合成色素，还可用于制备抗癌药物、抗贫血药物，是目前公认的吸收率最高、效果最好的生物铁剂。
血液检测中，除了检测血糖和胆固醇之外，血红素也是一项重要的生化检测标准。因此，建立快速、灵敏的血红素检测方法具有重要的意义。目前，检测血红素的方法主要有比色法、紫外分光光度法、电化学方法以及HPLC法等。如利用3,3,5,5’-四甲基联苯胺、过氧化氢与血红素反应，通过比色法检测血红素；利用铁氰化钾能与血红素作用形成变性血红素，再与氰化钠或者氰化钾作用形成氰基变性血红素，在特定波长的条件下测量具有吸光质的氰化高铁血红素，实现检测血红素的目的；利用经环状糊精改质的四硫富瓦烯作为电子传递物，在恒定电位下直接与血红素作用，得到血红素的含量；利用血红素中具有过氧化酶活性的Heme结构，进行氧化还原反应的化学法检测血红素。但这些方法仍存在操作复杂，测定不稳定，加入的试剂具有生物毒性等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于硼掺杂石墨烯量子点荧光淬灭作用的血红素的检测方法，将硼掺杂石墨烯量子点应用于血红素的检测，建立一种基于量子点荧光淬灭作用的血红素检测的新方法，所述方法能够快速、高效的检测血红素，而且灵敏度高、操作简单、成本低廉。
本发明首先通过电化学方法合成硼掺杂石墨烯量子点(B-GQDs)；通过评价所制备的B-GQDs的荧光性能，并将其与血红素作用，发现血红素对量子点B-GQDs的荧光淬灭作用，进而提出一种采用荧光光谱法进行血红素的定量检测的方法。
完成上述发明任务的技术方案是：
一种基于硼掺杂石墨烯量子点荧光淬灭作用的血红素的检测方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
1)、配制量子点溶液：将硼掺杂的石墨烯量子点分散在磷酸盐缓冲液中得到量子点溶液；
2)、配制血红素溶液：将血红素溶解在磷酸盐缓冲液中得到血红素溶液；
3)、配制标准溶液：取一定量的步骤1)和步骤2)所配制的溶液，混合后加入磷酸盐缓冲液稀释，配制一组包括空白标样在内的不同已知血红素浓度的标准溶液；其中B-GQDs浓度为15μg/mL，血红素浓度为10～1000μmol/L；
4)、建立B-GQDs检测血红素浓度的工作曲线：通过荧光光谱仪检测步骤3)所配制的标准溶液的荧光光谱，记录荧光响应信号；空白标样的响应信号为F0，含有血红素的标样的响应信号为Fi，响应信号的差值ΔF定义为空白标样的响应信号F0减去含有血红素的标样的响应信号Fi；将所述的ΔF与血红素的浓度c绘制成ΔF-c工作曲线，或采用线性回归法得到ΔF-c线性回归方程，建立基于血红素对B-GQDs的荧光淬灭作用的血红素检测工作曲线；
5)、检测待测样品中血红素的浓度：将适量的待测样品与步骤1)中配制的量子点溶液混合，加入磷酸盐缓冲液稀释，稀释后混合液中硼掺杂的石墨烯量子点浓度为15μg/mL，血红素的浓度在10～1000μmol/L范围内，按照与步骤4)相同的方法检测其荧光光谱，根据荧光淬灭程度ΔF，由步骤4)中得到的标准曲线，计算出待测样品中血红素的含量。
上述血红素的检测方法，其线性范围为10～1000μmol/L；检测限为2μmol/L。
所述的硼掺杂石墨烯量子点，其粒径大小为3～8nm。可以采用现有技术中已知的方法合成，如实施例采用恒电位计时电流法合成。有关硼掺杂石墨烯量子点的合成，可参见文献(ZetanFan,YunchaoLi,XiaohongLi,LouzhenFan,ShixinZhou,DecaiFang,andShiheYangSurroundingmediasensitivephotoluminescenceofboron-dopedgraphemequantumdotsforhighlyfluorescentdyedcrystals,chemicalsensingandbioimaging.Carron2014,70,149-156.)。
优选地，
所述方法中，磷酸盐缓冲液的pH值为7～8；
所述方法中，步骤1)配制的量子点溶液中，硼掺杂的石墨烯量子点的浓度为2～4mg/mL；
所述方法中，步骤2)配制的血红素溶液中，血红素的摩尔浓度为5～15mmol/L；
所述方法中，荧光光谱仪的激发波长为380nm，发射波长为530nm。
本发明方法采用硼掺杂石墨烯量子点为荧光探针，申请人发现，当加入血红素后，会对量子点的荧光信号产生淬灭，而这种淬灭程度与加入血红素的含量有关，从而以所述的硼掺杂石墨烯量子点为荧光探针，可以采用荧光光谱法实现高灵敏的血红素定量检测。
石墨烯量子点(GQDs)是准零维的纳米材料，其粒径在10nm左右，具有很强的量子约束效应和边缘效应。GQDs具有大的比表面积且表面含有丰富的-OH、-COOH、-COO等含氧官能团，不仅具有良好的光电效应，荧光效应，还具有良好的生物相容性。而掺杂石墨烯量子点则进一步提高的荧光量子产率，有利于检测限和灵敏度的提高。
有益效果：根据本发明的基于硼掺杂石墨烯量子点的荧光淬灭作用的血红素检测方法，其检测原理及优势如下：
1、本发明方法所采用的硼掺杂的石墨烯量子点与有机相量子点相比，这种量子点是水溶性的，且与血红素具有更好的生物相容性和亲和性，更适用于生化检测。
2、本发明的检测方法中，采用的硼掺杂的石墨烯量子点无需进行额外修饰，不需要使用价格比较昂贵、连接步骤繁琐的有机或生化材料进行前处理，因此操作简单。
3、本发明通过荧光分析方法实现了血红素快速、高效的检测。荧光检测具有信息量大、响应速度快、灵敏度高、操作简单、成本低廉、光学抗干扰能力强等优点。通过荧光信号变化检测血红素含量，既可以实现血红素生化指标快速、灵敏的定性检测，也能够进行定量测定。
附图说明
图1.是本发明制备的硼掺杂的石墨烯量子点B-GQDs的透射电镜图。
图2.是本发明制备的B-GQDs的XPS全谱图。
图3.是本发明制备的B-GQDs的荧光光谱图。
图4.是本发明制备的B-GQDs的荧光强度随血红素浓度变化的荧光光谱图。
图5.是本发明中血红素浓度检测的工作曲线。
图6.是pH对B-GQDs的荧光强度的影响。
具体实施方式
实施例1B-GQDs制备和溶液配制
1、硼掺杂的石墨烯量子点的制备
通过电化学工作站(CHI660B)采用恒电位计时电流法合成硼掺杂的石墨烯量子点(B-GQDs)。具体方法是：配制0.1mol/L的硼砂水溶液，取20mL作为电解液。以高纯石墨棒作为工作电极，铂丝电极作为对电极，甘汞电极作为参比电极，工作电位为3V。反应2小时后，将溶液通过0.22μm的滤膜过滤，除去石墨烯片层。通过3500Da透析袋透析，除去溶液中Na+和B4O7 2-，得到B-GQDs。
2、配制硼掺杂的石墨烯量子点溶液：将上述合成B-GQDs分散在磷酸盐缓冲液(浓度为0.1mol/L，pH值为7.4)中，得到量子点溶液，其中B-GQDs浓度为3mg/mL；
3、配制血红素溶液：将血红素溶解在磷酸盐缓冲液(浓度为0.1mol/L，pH值为7.4)中得到血红素溶液，浓度为10mmol/L。
实施例2B-GQDs荧光性能评价
通过荧光光谱仪检测B-GQDs溶液研究其荧光性能；其中激发波长为380nm，发射波长为530nm。
将实施例1配制的量子点溶液以磷酸盐缓冲液(浓度为0.1mol/L，pH值为7.4)稀释至其中B-GQDs浓度为15μg/mL，检测该溶液的荧光光谱；
取一定量的实施例1配制的量子点溶液和血红素溶液混合，加入磷酸盐缓冲液(浓度为0.1mol/L，pH值为7.4)稀释得到混合溶液；其中B-GQDs浓度为15μg/mL，血红素浓度为1000μmol/L。通过荧光光谱仪检测该混合溶液的荧光光谱。
如图3所示，图中曲线a是不含有血红素的B-GQDs空白样的荧光信号，b是加入1000μmol/L血红素后检测到的B-GQDs荧光信号。可以发现，在加入1000μmol/L的血红素后，B-GQDs的荧光信号明显减弱，说明血红素对B-GQDs具有良好的荧光淬灭作用。
实施例3建立B-GQDs检测血红素浓度的工作曲线
取一定量的实施例1所配制的量子点溶液和血红素溶液，混合后加入磷酸盐缓冲液(浓度为0.1mol/L，pH值为7.4)稀释，配制一组包括空白标样在内的不同血红素浓度的标准溶液；其中B-GQDs浓度为15μg/mL，空白标样血红素浓度为0μmol/L，其它标准溶液血红素浓度为10～1000μmol/L；通过荧光光谱仪检测一系列不同浓度的血红素和B-GQDs(15μg/mL)标准溶液的荧光信号，如图4所示，其中a-n血红素浓度依次为0μmol/L、10μmol/L、50μmol/L、100μmol/L、150μmol/L、200μmol/L、300μmol/L、400μmol/L、600μmol/L、800μmol/L、1000μmol/L、1200μmol/L、1400μmol/L、1500μmol/L。
将空白标样的响应信号F0与含有血红素的标样的响应信号Fi的差值ΔF与标准溶液中血红素的浓度c绘制成ΔF-c工作曲线(如图5所示)，并进行线性拟合，得到其线性方程为ΔF＝39.50c+1025.34。据此建立荧光淬灭强度与血红素浓度的工作曲线，其线性范围为10～1000μmol/L。
实施例4
按照实施例2的方法评价B-GQDs荧光性能，将磷酸盐缓冲液的pH分别改为3.0、4.0、5.0、6.0、8.0、9.0、10.0、11.0、12.0，其他操作均与实施例2相同。如图6所示，结果表明在磷酸盐缓冲液的pH在7.0-8.0范围内，检测效果最好。
实施例5
按照实施例2的方法评价B-GQDs荧光性能，将荧光的激发波长分别改为320nm、340nm、360nm、400nm、420nm，其他操作均与实施例2相同。结果表明，激发波长的红移导致B-GQDs的荧光信号强度和位置发生变化。激发波长在320nm-380nm时，B-GQDs的荧光信号强度逐渐增强，且发射峰从470nm逐渐向530nm红移，在380nm处荧光强度达到最大值；尔后，随着激发波长的红移，荧光信号强度逐渐减弱。因此，在激发波长为380nm时可达到最佳检测效果。
实施例6
采用本发明的方法测定人血液样品。取一定量的实施例1所配制的量子点溶液和待检测的血液，混合后加入磷酸盐缓冲液(浓度为0.1mol/L，pH值为7.4)稀释，配制一组具有不同血液含量的检测溶液；其中B-GQDs浓度为15μg/mL，待检测溶液中血液加入的体积分别为0μL、10μL、50μL、100μL。采用荧光光谱仪检测待测溶液，得到各待测溶液的荧光光谱。根据实施例3建立的工作曲线，得到血液中血红素含量约为8.57±0.05mmol/L，转换成血红蛋白的含量约为140.53g/L(人体正常血红蛋白含量为110-150g/L)，结果与之一致。
Claims (7)
1.一种基于硼掺杂石墨烯量子点荧光淬灭作用的血红素的检测方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
1)、配制量子点溶液：将硼掺杂的石墨烯量子点分散在磷酸盐缓冲液中得到量子点溶液；
2)、配制血红素溶液：将血红素溶解在磷酸盐缓冲液中得到血红素溶液；
3)、配制标准溶液：取一定量的步骤1)和步骤2)所配制的溶液，混合后加入磷酸盐缓冲液稀释，配制一组包括空白标样在内的不同已知血红素浓度的标准溶液；其中B-GQDs浓度为15μg/mL，血红素浓度为10～1000μmol/L；
4)、建立B-GQDs检测血红素浓度的工作曲线：通过荧光光谱仪检测步骤3)所配制的标准溶液的荧光光谱，记录荧光响应信号；空白标样的响应信号为F0，含有血红素的标样的响应信号为Fi，响应信号的差值ΔF定义为空白标样的响应信号F0减去含有血红素的标样的响应信号Fi；将所述的ΔF与血红素的浓度c绘制成ΔF-c工作曲线，或采用线性回归法得到ΔF-c线性回归方程，建立基于血红素对B-GQDs的荧光淬灭作用的血红素检测工作曲线；
5)、检测待测样品中血红素的浓度：将适量的待测样品与步骤1)中配制的量子点溶液混合，加入磷酸盐缓冲液稀释，稀释后混合液中硼掺杂的石墨烯量子点浓度为15μg/mL，血红素的浓度在10～1000μmol/L范围内，按照与步骤4)相同的方法检测其荧光光谱，根据荧光淬灭程度ΔF，由步骤4)中得到的标准曲线，计算出待测样品中血红素的含量。
2.根据权利要求1所述的一种基于硼掺杂石墨烯量子点荧光淬灭作用的血红素的检测方法，其特征在于，所述血红素的检测方法，其线性范围为10～1000μmol/L；检测限为2μmol/L。
3.根据权利要求1所述的一种基于硼掺杂石墨烯量子点荧光淬灭作用的血红素的检测方法，其特征在于，所述的硼掺杂石墨烯量子点，其粒径大小为3～8nm。
4.根据权利要求1所述的一种基于硼掺杂石墨烯量子点荧光淬灭作用的血红素的检测方法，其特征在于，所述磷酸盐缓冲液的pH值为7～8。
5.根据权利要求1所述的一种基于硼掺杂石墨烯量子点荧光淬灭作用的血红素的检测方法，其特征在于，所述步骤1)配制的量子点溶液中，硼掺杂的石墨烯量子点的浓度为2～4mg/mL。
6.根据权利要求1所述的一种基于硼掺杂石墨烯量子点荧光淬灭作用的血红素的检测方法，其特征在于，所述步骤2)配制的血红素溶液中，血红素的摩尔浓度为5～15mmol/L。
7.根据权利要求1所述的一种基于硼掺杂石墨烯量子点荧光淬灭作用的血红素的检测方法，其特征在于，荧光光谱仪的激发波长为380nm，发射波长为530nm。
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