CN107084956A - 一种基于醇溶剂诱导银纳米簇荧光增强的尿液中碘离子检测方法 - Google Patents

一种基于醇溶剂诱导银纳米簇荧光增强的尿液中碘离子检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于醇溶剂诱导银纳米簇荧光增强的尿液中碘离子检测方法。首先采用生物矿化的途径制备具有银纳米簇材料，进而利用醇溶剂诱导，改变银纳米簇对阴离子的选择性识别与响应性能，形成醇诱导荧光增强银纳米簇探针，并建立了一种简便、快速、特异、灵敏、可视化的荧光检测碘离子的方法，实现了对复杂人体排泄物样品如尿液中碘离子的特异性速测。检测结果可与经典仪器检测方法相比拟，其尿碘检测过程不涉及复杂的仪器操作，具有简便、快速、特异、高灵敏、可视化等优点，可望在生物与医学监控及检测领域得到广泛的应用。

Description

一种基于醇溶剂诱导银纳米簇荧光增强的尿液中碘离子检测 方法
技术领域
本发明属于生物医学分析检测技术领域，涉及一种基于醇溶剂诱导银纳米簇荧光增强的尿液中碘离子检测方法。
背景技术
溶剂效应可分为一般溶剂效应和特殊溶剂效应。一般溶剂效应是由于溶剂的物理性质所引起，是所有溶剂对荧光物质共同作用的结果，与溶剂折射率和介电常数等物理量有关，随着以上性质的改变，弛豫效应的影响，荧光发射峰出现红移或蓝移现象；而特殊的溶剂效应是物质与溶剂分子之间的化学作用所产生的，一般而言取决于溶剂和荧光物质的结构式。例如，黄保军课题组在罗丹明B荧光光谱机理的研究中报道，罗丹明B的荧光强度受特殊溶剂效应的影响。
碘是机体所必需的微量元素之一,它是合成甲状腺激素必不可少的基本成份，对人体的正常生长发育和新陈代谢有至关重要的作用。机体碘摄入不足，导致甲状腺激素合成不足是碘营养缺乏病的主要发病机理。研究还发现，若胚胎期或生后早期发生碘缺乏，将影响大脑的发育,导致智力下降。长期碘摄入量过高或一次性摄入相当高剂量的碘也会对机体带来损伤，造成碘过多病，甚至导致某些肿瘤的发生。因此，碘的摄入量过高或过低，都对人体健康造成很大的影响。碘在机体每天都在进行代谢，人体吸收的碘一部分输送到甲状腺，一部分输送到肾脏。肾脏是碘的主要排泄器官，机体每天摄入的碘约85%到90%随尿液排出。机体碘状况可用尿碘来衡量。尿碘主要是源于血浆中的无机碘，尿碘的主要成分是碘离子。在人体碘平衡的情况下，尿碘排泄量可反映碘摄入量与人体碘平衡情况。因此，尿碘是评估人群碘营养水平的主要指标。有关研究发现，对于个体而言，尿碘排泄量每天甚至每时都在变化；然而，对于群体而言，这些变化会相互抵消而趋于平稳，只要样本量足够，晨尿或任何一次随机尿样的碘含量足以用于评估人群的碘营养状况。
目前，传统的检测方法主要有：原子吸收光谱法、离子选择性电极法、电感耦合等离子体-质谱法、气相色谱法、离子色谱法和毛细管电泳法等等，但是这些方法大都操作较为复杂、成本高、费时或者需要复杂样品的预处理过程等。例如，气相色谱法虽然操作简单，适用于大批样品测定，但仪器庞大、昂贵，测定耗时，且环境要求高。近年来，检测离子的荧光探针相继报道，荧光探针检测法灵敏度较高，检测限较低等优点，具有很好的发展前景。因此，建立一种简便、快速、特异和灵敏的碘离子速测方法，实现对尿液中碘离子速测具有十分重要意义。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述缺点，提供了一种醇溶剂诱导银纳米簇荧光增强的尿液中碘离子检测方法。本发明方法是一种基于醇溶剂来诱导改变银纳米簇对碘离子的特异性识别与响应的检测技术, 并应用于实现对尿液样品中碘离子的荧光速测分析；检测方法具有简便、快速、灵敏、特异、可视化等优点。
本发明技术方案如下：
一种基于醇溶剂诱导银纳米簇荧光增强的尿液中碘离子检测方法 ，包括以下步骤：
1）制备银纳米簇（AgNCs）材料：
a）室温下，将浓度为20 mM的硝酸银（AgNO3）水溶液与浓度为50 mM谷胱甘肽(GSH)水溶液按体积比5:4～8混合，然后加入16～20倍体积的超纯水，搅拌混合均匀，采用1.0 M NaOH水溶液调节pH为9～10，得溶液A；
b）将α-硫辛酸（LA）与硼氢化钠（NaBH4）按摩尔比4:1混合于超纯水中，搅拌至α-硫辛酸完全溶解，得溶液B，按体积比1:5～9将溶液B和溶液A混合，搅拌20 min后，于室温下静置反应1.5 h，然后，分离纯化，制得红色荧光银纳米簇（AgNCs）材料，于4℃避光储存，备用；
2）制备醇诱导荧光增强的银纳米簇（AgNCs）探针：
室温下，将步骤1）制备的银纳米簇材料与醇溶剂混合均匀，搅拌5 min，得到醇诱导的荧光增强银纳米簇探针，置于4℃储存，备用；
3）尿液中碘离子的测定：
将步骤2）制备的醇诱导的荧光增强银纳米簇探针，依次等量地加入到100 μl等体积的含有浓度梯度I- 的尿液中，调节 pH为6～8后，反应5 min，在波长365 nm的紫外投射仪下观察溶液的颜色变化，并采用荧光光谱仪，在最大激发波长425 nm处测定其荧光光谱与强度，绘制校准曲线；按上述方法，测定探针加入待测尿样前后的荧光强度变化，计算得待测样品中碘离子的含量。
步骤1）中，硝酸银、谷胱甘肽、NaOH的摩尔比最优选3：1：8。
步骤1）中，制得的银纳米簇材料，为淡黄色透亮液体，其中的银纳米簇粒径为3.0～5.0 nm。
步骤2）中，所述的醇溶剂为澄清、无色，并可与水互溶的醇液体，优选具有支链结构和空间位阻的异丙醇。
步骤2）中，所述的银纳米簇材料与醇溶剂混合体积比优选1:1。
步骤3）中，所述的待测样品为尿液，所述的尿液为成人或儿童的任一次尿样，尤其适用于晨尿中碘离子的测定。
步骤3）中，所述的醇诱导的荧光增强银纳米簇探针，优选加入到尿液中的浓度为1.05 mM。
步骤3）中，所述的浓度梯度I-，浓度范围为0.10～10.0 μM，配制方法：准确称取0.0166 g碘化钾标准品固体试剂，加入10 ml超纯水，然后混匀，得碘化钾贮备液，然后将上述碘化钾贮备液依次稀释不同浓度得I-的标准水溶液，避光待用。
步骤3）中，调节pH时，采用HCl水溶液或NaOH水溶液，浓度1.0 M。
上述基于醇溶剂诱导银纳米簇荧光增强的尿液中碘离子检测方法，其检测I- 的相关性系数为0.9928。
本发明与现有技术相比，其优势和有益效果在于：
（1）本发明方法制备的醇诱导荧光增强的银纳米簇探针，利用醇类溶剂，诱导改变了纳米簇对阴离子的选择性识别功能，借以实现了对碘离子的特异性响应；
（2）本发明检测方法，利用的醇溶剂，可显著增强银纳米簇的荧光强度，借以放大了目标离子的响应信号，提高了其检测灵敏度，获得的检测结果与经典精密仪器法（离子色谱法）的定量结果基本一致，具有操作简便、特异、响应快、灵敏度高、可视化等优点，适于尿液样品中碘含量的快速、特异、高灵敏、可视化速测，具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为醇诱导荧光增强的银纳米簇探针检测尿液中碘离子的检测曲线；
图2为异丙醇诱导荧光增强的银纳米簇荧光检测与IC方法检测碘离子的差异性曲线；
图3为不同溶剂对银纳米簇荧光强度的影响；
图4为异丙醇诱导荧光增强的银纳米簇探针对碘离子的特异性响应；
图5为异丙醇诱导荧光增强的银纳米簇探针对不同干扰离子的荧光强度响应变化；
图6为异丙醇诱导荧光增强的银纳米簇探针的最佳用量的优化；
图7为异丙醇诱导荧光增强的银纳米簇探针与碘离子作用的最佳pH区间优化；
图8为异丙醇诱导荧光增强的银纳米簇探针与碘离子作用响应时间考察。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步描述本发明，在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均包括在本发明的范围内。
实施例1
制备醇诱导荧光增强的银纳米簇（AgNCs）探针，步骤为：
1）制备银纳米簇（AgNCs）材料：
a）室温下，将125 μL浓度为20 mM的硝酸银（AgNO3）水溶液与150 μL浓度为50 mM谷胱甘肽(GSH)混合，然后加入5.0 mL超纯水，搅拌混合均匀，采用1.0 M NaOH水溶液调节pH为9～10，得溶液A；
b）将4.2 mg α-硫辛酸（LA）与1.9 mg硼氢化钠（NaBH4）与1 ml超纯水中混合，搅拌至LA完全溶解，得溶液B，取700 μl溶液 B逐滴加入到溶液A中，搅拌20 min后，于室温下静置反应1.5 h，然后经离心分离纯化，制得银纳米簇（AgNCs）材料，于4℃避光储存，备用；
2）醇诱导荧光增强的银纳米簇（AgNCs）探针的制备：
室温下，将步骤1）制备的银纳米簇材料与异丙醇按体积比1:1混合均匀，搅拌5 min，得到醇诱导荧光增强的银纳米簇探针，置于4℃储存，备用；制得的银纳米簇材料，为淡黄色透亮液体，其中的银纳米簇粒径为3.0～5.0 nm。
实施例2
基于醇溶剂诱导银纳米簇荧光增强的尿液中碘离子检测方法，采用实施例1制备的醇诱导荧光增强的银纳米簇探针测定尿液（孩童晨尿）中碘离子，步骤包括：
将醇诱导的荧光增强银纳米簇探针，依次等量加入到等体积（100 μl）的含有浓度梯度（0.050、0.10、0.25、0.50、0.75、1.0、2.5、5.0、7.5和10 μM）的I- 的尿液中，探针加入浓度均为1.05 mM，采用浓度1.0 M的 HCl水溶液或NaOH水溶液，调节 pH为6～8后，反应5 min，在波长365 nm的紫外投射仪下观察溶液的颜色变化，并采用荧光光谱仪，在最大激发波长425nm处测定其荧光光谱与强度，绘制校准曲线；按上述方法，测定探针加入待测尿样前后的荧光强度变化，计算得待测样品中碘离子的含量，结果如表1。
实施例3
基于醇溶剂诱导银纳米簇荧光增强的尿液中碘离子检测方法，采用实施例1制备的醇诱导荧光增强银纳米簇探针测定待测尿液（孕妇晨尿）中碘离子，步骤同实施例2，结果如表1。
实施例4
基于醇溶剂诱导银纳米簇荧光增强的尿液中碘离子检测方法，采用实施例1制备的醇诱导的红色荧光银纳米簇探针测定待测尿液（成人晨尿）中碘离子，步骤同实施例2，结果如表1。
表1待测样品中I-含量的测定结果
一、本发明基于醇溶剂诱导银纳米簇荧光增强的尿液中碘离子检测方法可行性验证：
1、将本发明实施例1步骤1）制备的具有银纳米簇（AgNCs）材料用于实施例3检测，该银纳米簇对阴离子无直接选择性响应，对I-也无直接选择性响应。
有实施例3可见该银纳米簇（AgNCs）材料在醇类溶剂的诱导后，对碘离子的识别能力发生改变，将此醇诱导后的银纳米簇作为探针，实现了对碘离子的选择性识别与响应，详见图4。
2、本发明基于醇诱导荧光增强的银纳米簇探针检测方法与经典精密仪器法的检测结果对照：以检测尿液中不同浓度的I- 离子为例。
本发明方法采用实施例1制备的醇诱导荧光增强银纳米簇探针，通过实施例2检测步骤进行检测，发现不同浓度I- 可不同程度地猝灭探针的荧光，即随着I- 浓度的增大，使得探针的荧光猝灭程度增大，计算得到的荧光猝灭效率对I- 浓度绘制成标准曲线（即校准曲线），结果如图1所示，测得其检测I- 的浓度范围为0.10～10.0 μM，相关性系数为0.9825。
将荧光的检测结果与经典的离子色谱检测方检测方法得到的结果进行对比，结果如图4所示，发现两种检测方法并没有明显的差异性。
结果比较表明，本发明速测方法与采用经典离子色谱法测定的结果相一致。
二、本发明技术方案优化试验：
1、诱导溶剂选择性
将甲醇、乙醇、异丙醇、正丙醇、乙二醇、水、二甲基亚砜、丙酮、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺10种溶剂与具有银纳米簇（AgNCs）按体积比1:1混合均匀得到溶剂诱导荧光增强银纳米簇探针，然后采用荧光光谱仪，在最大激发波长425 nm处测定荧光光谱与强度如图3所示，从上到下a→j依次为异丙醇、正丙醇、乙二醇、乙醇、甲醇、水、丙酮、 N，N- 二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃）。从图3中可以看出，醇溶剂可以增强银纳米簇的荧光强度，其中异丙醇效果最好。同时，将异丙醇诱导荧光增强银纳米簇作为探针检测碘离子，发现该探针对碘离子作用效果最好，荧光猝灭效率最高。因此，本发明中优选采用异丙醇作为诱导剂，实现了对阴离子中碘离子的特异性识别。
2、干扰离子选择性
本发明考察了醇诱导荧光增强银纳米簇探针对其它干扰离子的响应，干扰离子包括Cl-、 HPO4 2-、H2PO4 -、 SO4 2-、 Ac-、 C2O4 2-、 I-、 CO3 2-、 HCO3 2-、 Br-、 IO3 -、 NO3 - 和 S2-，结果表明（如图5所示），该探针对I- 响应最好，对其它离子的响应远远低于对I- 。因此，该探针对I- 具有较高的特异性的响应，其它常见离子干扰较小。
3、探针浓度的优化
将醇诱导荧光增强银纳米簇探针稀释至不同的浓度，与等量的相同浓度的碘离子作用一定时间后，采用荧光光谱仪，在最大激发波长425 nm处测得荧光光谱与强度。同时，对照组不与碘离子作用，采用荧光光谱仪，在最大激发波长425 nm处测得荧光光谱与强度，计算出相应的荧光猝灭效率并绘图（如图6所示），探针浓度为1.05 mM时，荧光猝灭效率最大，因此，最佳探针浓度为1.05 mM。
4、pH的优化
采用1.0 M的HCl和NaOH水溶液，调节待测样品的pH分别至4、6、7、8、10和12，一定时间后，采用荧光光谱仪，在最大激发波长425 nm处测得荧光光谱与强度，计算猝灭效率，结果表明（如图7所示）最佳响应pH范围为6～8。
5、响应时间的考察
在最优的探针用量、最优的pH和离子强度的条件下，探针和I- 作用不同时间后，采用荧光光谱仪，在最大激发波长425 nm处测得荧光光谱与强度，结果表明（如图8所示），在5min前，两者反应较为迅速，在反应5 min及5 min后荧光强度趋于稳定。因此，选择最佳反应时间为5 min。

Claims (10)

1.一种基于醇溶剂诱导银纳米簇荧光增强的尿液中碘离子检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）银纳米簇材料的制备：
a）室温下，将浓度为20 mM的硝酸银水溶液与浓度为50 mM谷胱甘肽水溶液按体积比5:4～8混合，然后加入16～20倍体积的超纯水，搅拌混合均匀，采用1.0 M NaOH水溶液调节pH为9～10，得溶液A；
b）将α-硫辛酸与硼氢化钠按摩尔比4:1混合于超纯水中，搅拌至α-硫辛酸完全溶解，得溶液B，按体积比1:5～9将溶液B和溶液A混合，搅拌20 min后，于室温下静置反应1.5 h，然后，分离纯化，制得红色荧光银纳米簇材料，于4℃避光储存，备用；
2）醇溶剂诱导荧光增强的银纳米簇探针的制备：
室温下，将步骤1）制备的银纳米簇材料与醇溶剂混合均匀，搅拌5 min，得到醇诱导的荧光增强的银纳米簇探针，置于4℃储存，备用；
3）尿液中碘离子的检测：
将步骤2）制备的醇诱导的荧光增强银纳米簇探针，依次等量地加入到100 μl等体积的含有浓度梯度I- 的尿液中，调节 pH为6～8后，反应5 min，在波长365 nm的紫外投射仪下观察溶液的颜色变化，并采用荧光光谱仪，在最大激发波长425 nm处测定其荧光光谱与强度，绘制校准曲线；按上述方法，测定探针加入待测尿样前后的荧光强度变化，计算得待测样品中碘离子的含量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1）中，硝酸银、谷胱甘肽、NaOH的摩尔比为3：1：8。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1）中，制得的银纳米簇材料，为淡黄色透亮液体，其中的银纳米簇粒径为3.0～5.0 nm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2）中，所述的醇溶剂为澄清、无色，并可与水互溶的醇液体。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述的醇溶剂为具有支链结构和空间位阻的异丙醇。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2）中，所述的银纳米簇材料与醇溶剂混合体积比为1:1。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤3）中，所述的待测样品为尿液，所述的尿液为成人或儿童的任一次尿样。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤3）中，所述的醇诱导的荧光增强银纳米簇探针，加入到尿液中的浓度为1.05 mM。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤3）中，所述的浓度梯度I-，浓度范围为0.10～10.0 μM，配制方法：准确称取0.0166 g碘化钾标准品固体试剂，加入10 ml超纯水，然后混匀，得碘化钾贮备液，然后将上述碘化钾贮备液依次稀释不同浓度得I-的标准水溶液，避光待用。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：其检测I- 的相关性系数为0.9928。
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