CN108169198A - 利用荧光碳量子点检测食品中葡萄糖的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了利用荧光碳量子点检测食品中葡萄糖的方法,包括以下步骤:A、以动物肉组织为原材料,将切片好羊肉放入预热好的烤箱内,烤制一段时间;B、冷却后,采用有机溶剂浸泡,在搅拌条件下提取纳米粒子;C、除去溶剂后用蒸馏水复溶,再用有机溶剂萃取,进一步除去碳量子点溶液中的脂类杂质,取上清液,得到较高纯度碳量子点水溶液;D、将碳量子点水溶液用透析方法纯化,经真空冷冻干燥后,得到高纯度碳量子点粉末;E、将含有不同浓度葡萄糖溶液与葡萄糖氧化酶溶液混合;F、终止酶反应后,依次加入Fe2+离子溶液,碳量子点溶液,检测荧光强度,获取标准曲线。本发明检测过程操作简单方便、灵敏度高且选择性好,检测结果直观、可定量检测。
Description
技术领域
本发明属于分析化学及纳米技术领域,尤其涉及一种利用荧光碳量子点检测食品中葡萄糖的方法。
背景技术
现有技术中,葡萄糖在食品中是给人体供能的来源,对于不同人群,所需要的葡萄糖量不一样,比如当出现低血糖症状的时候,需要补充葡萄糖,这时选择含糖量高的食品,而对于营养过胜人群,在短时间内摄入大量葡萄糖,会对人体造成不良后果,所以食品标签上要标注好葡萄糖的含量,以便于我们选择适合自己的食品。
目前,国内外已经开发了一些方法,包括高效液相色谱法,电化学技术和荧光(FL)法用于检测葡萄糖,在这些方法中,荧光法是快速,简单和非破坏性的操作方法,虽然一些荧光传感器已被报道可用于检测葡萄糖,但这些荧光材料有一定的应用限制,例如高费用,低水溶性和弱荧光强度甚至高毒性,因此,开发具有优异性能和低毒性的新材料以获得具有检测葡萄糖的能力的荧光探针是非常重要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种方便、快速的利用荧光碳量子点检测食品中葡萄糖的方法。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是:一种利用荧光碳量子点检测食品中葡萄糖的方法,具体包括以下步骤:
A、以动物肉组织为原材料,将切片好的羊肉放入预热好的烤箱内,烤制一段时间;
B、冷却后,采用有机溶剂浸泡,在搅拌条件下提取纳米粒子;
C、除去溶剂后用蒸馏水复溶,再用有机溶剂萃取,进一步除去碳量子点溶液中的脂类杂质,取上清液,得到较高纯度的碳量子点水溶液;
D、将上述碳量子点水溶液用透析方法纯化,经真空冷冻干燥后,得到高纯度的碳量子点粉末;
E、将含有不同浓度葡萄糖的溶液与葡萄糖氧化酶溶液混合;
F、终止酶反应后,依次加入Fe2+离子溶液,碳量子点溶液,检测荧光强度,获取标准曲线。
所述步骤A中所用动物肉组织为陆生哺乳动物。
所述步骤A中烤箱温度在150℃ - 400℃,烤制时间为10-100min。
所述步骤B中的有机溶剂为乙醇、甲醇、乙醚或乙酸乙酯中的一种或几种。
所述步骤B中采用肉与有机溶剂的比为1:10-1:40的有机溶剂浸泡。
所述步骤C中溶剂去除的方法为旋转蒸发,条件为温度为50 ℃ - 65℃,转速为50rpm - 80 rpm。
所述步骤C中萃取所用有机溶剂为二氯甲烷、氯仿或乙酸乙酯中的一种或几种。
所述步骤C中采用溶液与二氯甲烷比为1:1-1:4的有机溶剂萃取。
所述步骤D中透析袋截留分子量为1000 Da - 3500 Da,透析时间在72 h - 96 h。
所述步骤E中酶反应体系所用的PBS缓冲液的pH值为4-7,温度为5-15摄氏度,反应时间为1-60min。
所述步骤F中终止酶反应方法为入稀盐酸,使体系的pH下降到3.0-5.0,Fe2+离子在反应体系的终浓度为7-9×10-4 mol·mL-1,碳量子点原溶液的浓度为5-10 mg·mL-1,反应时间为1-60min。
所述步骤F中荧光检测条件为在300-400 nm处的激发。
所述优选为370 nm。
所述步骤F中荧光检测波长为420-600nm。
所述优选波长为446.5 nm。
本发明一种利用荧光碳量子点检测食品中葡萄糖的方法,检测过程操作简单方便、灵敏度高且选择性好,检测结果直观、可定量检测。
附图说明
图1是本发明一种利用荧光碳量子点检测食品中葡萄糖的方法实施例一制备碳量子点的透射电镜照片。
图2是本发明一种利用荧光碳量子点检测食品中葡萄糖的方法实施例一制备碳量子点的紫外荧光光谱图。
图3是本发明一种利用荧光碳量子点检测食品中葡萄糖的方法实施例一制备碳量子点的荧光寿命图谱。
图4是本发明一种利用荧光碳量子点检测食品中葡萄糖的方法实施例一制备碳量子点的傅里叶红外光谱图。
图5是本发明一种利用荧光碳量子点检测食品中葡萄糖的方法实施例一中碳量子点的XPS谱图。
图6是本发明一种利用荧光碳量子点检测食品中葡萄糖的方法实施例二中碳量子点荧光淬灭程度和葡萄糖浓度的线性关系。
图7是本发明一种利用荧光碳量子点检测食品中葡萄糖的方法实施例三二碳量子点检测系统的特异性。
具体实施方式
如图1至图7所示,利用荧光碳量子点检测食品中葡萄糖的方法,具体包括以下步骤:A、以动物肉组织为原材料,将切片好的羊肉放入预热好的烤箱内,烤制一段时间,所用动物肉组织为陆生哺乳动物,烤箱温度在150oC - 400oC,烤制时间为10-100min;B、冷却后,采用有机溶剂浸泡,在搅拌条件下提取纳米粒子,有机溶剂为乙醇、甲醇、乙醚、乙酸乙酯中的一种或几种;C、除去溶剂后用蒸馏水复溶,再用有机溶剂萃取,进一步除去碳量子点溶液中的脂类杂质,取上清液,得到较高纯度的碳量子点水溶液,溶剂去除的方法为旋转蒸发,条件为温度为:50 oC - 65 oC,转速为50 rpm - 80 rpm,萃取所用有机溶剂为二氯甲烷、氯仿、乙酸乙酯中的一种或几种;D、将上述碳量子点水溶液用透析方法纯化,经真空冷冻干燥后,得到高纯度的碳量子点粉末,透析袋截留分子量为1000 Da - 3500 Da,透析时间在72h - 96 h;E、将含有不同浓度葡萄糖的溶液与葡萄糖氧化酶溶液混合,酶反应体系所用的PBS缓冲液的pH值为4-7,酶反应体系所用的PBS缓冲液的pH值为4-7,温度为5-15摄氏度,反应时间为1-60min;F、终止酶反应后,依次加入Fe2+离子溶液,碳量子点溶液,检测荧光强度,获取标准曲线,终止酶反应方法为入稀盐酸,使体系的pH下降到3.0-5.0,Fe2+离子在反应体系的终浓度为7-9×10-4 mol·mL-1,碳量子点原溶液的浓度为5-10 mg·mL-1,反应时间为1-60min,荧光检测条件为在300-400 nm处的激发,优选波长为370 nm,荧光检测波长为420-600 nm,优选446.5 nm。
实施例一,制备纳米粒子:以动物肉组织为原材料,将切片好的羊肉放入预热好的250oC烤箱内,烤制30 min,待肉冷却后,将肉取下用无水乙醇(肉:无水乙醇=1:20)浸泡24h,并通过磁力搅拌使碳量子点充分被提取出来,得到具有碳点的醇溶液,用布式漏斗过滤,去除溶液里的可见杂质,使用旋转蒸发仪,除去乙醇,并用蒸馏水复溶,用二氯甲烷萃取(上述溶液:二氯甲烷=1:4),并离心,进一步除去碳量子点溶液中的脂类杂质,取上清液,得到较高纯度的碳量子点水溶液。将上述碳量子点溶液放入截留分子量为3500 Da的透析袋中,室温下在2000 mL蒸馏水环境下透析3天,取透析袋外环境溶液,经真空冷冻干燥后,得到高纯度的碳量子点粉末,通过透射电镜(TEM)观察到(如图1),经250oC烤制的羊肉所提取的纳米粒子,具有良好的分散性和类球形结构,这些纳米粒子的尺寸分布相对较窄,基于100个颗粒的统计分析,大部分在0.8-3.8 nm范围内,平均尺寸约为2.0 nm,检测紫外-可见吸收光谱和荧光光谱,表征从250oC烤羊肉中提取的纳米粒子的光学性质,在紫外-可见吸收光谱中观察到约260 nm处的吸收带,其与C = C的n-π*跃迁有关(如图2),当在300-400 nm的范围内激发时,纳米颗粒发射约430-470 nm的荧光,如图2所示,纳米粒子的最大荧光激发波长和发射波长为370 nm和426 nm,在室温下分散在水溶液中的纳米粒子的荧光衰减曲线平均寿命为8.05 ns(如图3),通过FT-IR研究纳米粒子的表面基团,如图4所示,在3300 cm-1处的峰可能与-NH2和-OH带的伸缩振动吸收峰有关,在2963 cm-1处的峰对应于亚甲基的C-H振动,1670 cm-1附近峰的出现被确定为C = O伸展,1558 cm-1的峰来自C = C伸缩。另外,在1404 cm-1附近出现的峰可能由COOH的对称伸缩振动引起,引入X射线光电子能谱(XPS)谱进一步确定FT-IR分析,纳米颗粒的XPS谱图在285 eV,400 eV, 532 eV处显示三个主要峰(如图5),其分别归因于C,N和O三种元素,以积分面积计算,他们的相对含量是约78.31%,1.77%和19.7%,这个结果进一步证明了纳米颗粒富碳的性质。
实施例二,碳量子点检测葡萄糖含量标准曲线的建立:将含有10 mmol·L-1葡萄糖的溶液100 μL,与400 μL的浓度为10 U·mL-1的葡萄糖氧化酶混合,最后用pH 5.7 的PBS缓冲液将反应体系体积控制在2 mL,然后至于35oC水浴加热5-15 min;再通过Fenton反应产生的自由基淬灭碳量子点的荧光强度:向酶反应体系加入100 μL的0.1mol·L-1的HCl,使体系的pH下降到3.0左右,在取出1800 μL调整好pH酶反应体系溶液与石英荧光比色皿中,依次加入Fe2+离子溶液(10 mmol·L-1)160 μL,碳量子点溶液(5 mg·mL-1) 40 μL,常温下静置10 min后放于荧光分光光度计中,检测荧光强度,对比加酶与不加酶的荧光强度,发现加酶后荧光淬灭了24 %,在最佳实验条件下,评价了葡萄糖定量检测系统的分析性能,如图6所示,荧光强度的降低于葡萄糖浓度有依赖关系,(F 0 -F)/F 0 =0.03338+0.0014 C (R2=0.9941),荧光淬灭程度和葡萄糖浓度在10-300 μmol·L-1范围内呈现良好的线性关系,检测限低至2.9 μmol·L-1,所开发的生物传感器的特异性对于检测葡萄糖非常重要,因此,研究了小生物分子(D-果糖,α-乳糖,蔗糖,壳聚糖,D-半乳糖,D-甘露糖,D-麦芽糖,D-木糖和葡聚糖)对荧光猝灭的影响(如图7),结果表明,与葡萄糖相比,上述干扰物质可以忽略不计。高特异性可归因于葡萄糖氧化酶对葡萄糖的高亲和力,这一结果证明,基于烤羊肉碳量子点的生物传感器可以选择性检测葡萄糖的浓度,即使干扰物达到高浓度,也能提供可靠的结果。
实施例三,分析实际样品中的葡萄糖,在荧光分析之前,将饮料用100 mmol·L-1磷酸盐缓冲液(pH 5.7)稀释100倍,如上所述测量饮料中的葡萄糖浓度,另外,还在配备有Dionex CarboPac PA1柱的DIONEX ICS-5000离子色谱仪上检测葡萄糖浓度,样品用水稀释并在分析之前用0.22 μm滤膜处理,流动相为水和NaOH(250 mmol·L-1),流速为0.25 mL·min-1,结果显示,饮料样品的葡萄糖含量为272±14 mmol·L-1,与离子色谱法测定的288±12 mmol·L-1的结果非常相似。
Claims (15)
1.一种利用荧光碳量子点检测食品中葡萄糖的方法,其特征在于,具体包括以下步骤:
A、以动物肉组织为原材料,将切片好的羊肉放入预热好的烤箱内,烤制一段时间;
B、冷却后,采用有机溶剂浸泡,在搅拌条件下提取纳米粒子;
C、除去溶剂后用蒸馏水复溶,再用有机溶剂萃取,进一步除去碳量子点溶液中的脂类杂质,取上清液,得到较高纯度的碳量子点水溶液;
D、将上述碳量子点水溶液用透析方法纯化,经真空冷冻干燥后,得到高纯度的碳量子点粉末;
E、将含有不同浓度葡萄糖的溶液与葡萄糖氧化酶溶液混合;
F、终止酶反应后,依次加入Fe2+离子溶液,碳量子点溶液,检测荧光强度,获取标准曲线。
2.根据权利要求1所述的一种利用荧光碳量子点检测食品中葡萄糖的方法,其特征在于:所述步骤A中所用动物肉组织为陆生哺乳动物。
3.根据权利要求1所述的一种利用荧光碳量子点检测食品中葡萄糖的方法,其特征在于:所述步骤A中烤箱温度在150℃ - 400℃,烤制时间为10-100min。
4.根据权利要求1所述的一种利用荧光碳量子点检测食品中葡萄糖的方法,其特征在于:所述步骤B中的有机溶剂为乙醇、甲醇、乙醚或乙酸乙酯中的一种或几种。
5.根据权利要求4所述的一种利用荧光碳量子点检测食品中葡萄糖的方法,其特征在于:所述步骤B中采用肉与有机溶剂的比为1:10-1:40的有机溶剂浸泡。
6.根据权利要求1所述的一种利用荧光碳量子点检测食品中葡萄糖的方法,其特征在于: 所述步骤C中溶剂去除的方法为旋转蒸发,条件为温度为50 ℃ - 65℃,转速为50 rpm- 80 rpm。
7.根据权利要求1所述的一种利用荧光碳量子点检测食品中葡萄糖的方法,其特征在于:所述步骤C中萃取所用有机溶剂为二氯甲烷、氯仿或乙酸乙酯中的一种或几种。
8.根据权利要求7所述的一种利用荧光碳量子点检测食品中葡萄糖的方法,其特征在于:所述步骤C中采用溶液与二氯甲烷比为1:1-1:4的有机溶剂萃取。
9.根据权利要求1所述的一种利用荧光碳量子点检测食品中葡萄糖的方法,其特征在于:所述步骤D中透析袋截留分子量为1000 Da - 3500 Da,透析时间在72 h - 96 h。
10.根据权利要求1所述的一种利用荧光碳量子点检测食品中葡萄糖的方法,其特征在于:所述步骤E中酶反应体系所用的PBS缓冲液的pH值为4-7,温度为5-15摄氏度,反应时间为1-60min。
11.根据权利要求1所述的一种利用荧光碳量子点检测食品中葡萄糖的方法,其特征在于:所述步骤F中终止酶反应方法为入稀盐酸,使体系的pH下降到3.0-5.0,Fe2+离子在反应体系的终浓度为7-9×10-4 mol·mL-1,碳量子点原溶液的浓度为5-10 mg·mL-1,反应时间为1-60min。
12.根据权利要求1所述的一种利用荧光碳量子点检测食品中葡萄糖的方法,其特征在于:所述步骤F中荧光检测条件为在300-400 nm处的激发。
13.根据权利要求12所述的一种利用荧光碳量子点检测食品中葡萄糖的方法,其特征在于:所述优选为370 nm。
14.根据权利要求1所述的一种利用荧光碳量子点检测食品中葡萄糖的方法,其特征在于:所述步骤F中荧光检测波长为420-600nm。
15.根据权利要求14所述的一种利用荧光碳量子点检测食品中葡萄糖的方法,其特征在于:所述优选波长为446.5 nm。
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