CN108226149A - 基于丁达尔效应检测目标介导纳米金探针凝集反应的目视光学传感方法 - Google Patents
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Abstract
发明公开了一种基于丁达尔效应检测目标介导纳米金探针凝集反应的目视光学传感方法。利用样品溶液中的分析物，通过特异性分子识别反应，得到含有可介导裸纳米金探针或生物功能化复合纳米金探针发生凝集反应的目标的反应溶液；将所得反应溶液与纳米金探针溶液混合反应；在激光笔或激光器产生的激光束下观察混合溶液的丁达尔效应光学信号。该信号强度与分析物浓度呈正相关。通过使用廉价便携式设备进行信号（丁达尔效应光学信号）读取，就能实现分析物的低成本便携式定量检测。本发明方法具有操作简单、成本低廉、不需使用专业分析仪器设备、适于现场分析和即时检测等突出优点;能直接推广应用于医学诊断、环境监测、食品安全等诸多领域。
Description
技术领域
本发明属于纳米传感技术领域，具体涉及一种基于丁达尔效应检测目标介导纳米金探针凝集反应的目视光学传感方法。
背景技术
纳米金是最常见的纳米金属比色探针之一。基于纳米金探针的液相光学传感方法操作简单、分析成本低。特别是，分析物诱导纳米金探针凝集反应可使得反应溶液发生由红变蓝的颜色改变，从而实现分析物的简单快速目视定性分析或半定量分析。正由于其具有诸多优点，纳米金液相光学传感法已在医学诊断、环境监测和食品安全等领域获得广泛的应用。尽管如此，由于肉眼观察纳米金探针凝集反应时其溶液所发生的红-蓝颜色改变的灵敏度有限，使得基于该类探针的光学定性分析或半定量分析的目标物检测下限往往局限在微摩尔水平。此外，大部分现有纳米金液相光学传感法需要借助价格昂贵且缺乏便携性的紫外-可见分光光度计进行定量检测，分析成本较高，也不适于现场分析与即时检验应用。
发明内容
本发明的目的是针对现有方法的不足，提供一种基于丁达尔效应检测目标介导纳米金探针凝集反应的目视光学传感方法。
本发明的思路：利用样品溶液中的分析物，通过特异性分子识别反应，得到含有可介导裸纳米金探针或生物功能化复合纳米金探针发生凝集反应的目标的反应溶液；进而将所得反应溶液与纳米金探针溶液混合反应；在激光笔或激光器产生的激光束下观察混合溶液的丁达尔效应光学信号。本发明利用激光束介导混合反应溶液中凝集的纳米金探针产生丁达尔效应光学信号，可极大提高肉眼定性或半定量分析的灵敏度。此外，该光学信号强度正比于样品中分析物浓度。通过使用廉价的便携式设备代替价格昂贵且缺乏便携性的紫外可见分光光度计，进行信号（丁达尔光学信号）读取，可实现分析物的低成本便携式定量检测。
具体步骤为：
（1）利用样品溶液中的分析物，通过特异性分子识别反应，得到含有可介导纳米金探针发生凝集反应的目标的反应溶液。
（2）将步骤（1）所得的反应溶液与纳米金探针溶液混合反应。
（3）目视观察且使用便携式设备记录激光束下步骤（2）所得混合溶液的丁达尔效应光学信号，该信号强度与样品中分析物浓度呈正相关。
所述分析物是指无机离子、有机离子、小分子、蛋白质、核酸、细胞、病毒和细菌中的一种。
所述特异性分子识别反应是指抗原-抗体之间的免疫反应、核酸之间的杂交反应、分析物与其核酸适配体之间的结合反应、酶与底物之间的反应、以及分析物与其分子印迹材料之间的结合反应中的一种。
所述可介导纳米金探针发生凝集反应的目标是指可介导纳米金探针发生凝集反应的分析物本身、通过特异性分子识别反应额外引入到反应溶液中的且可介导纳米金探针发生凝集反应的无机离子、有机离子、小分子与核酸中的一种，目标的浓度与样品中分析物浓度呈正比。
所述纳米金探针是指通过还原剂还原氯金酸溶液合成得到的原始纳米金颗粒和在该原始纳米金颗粒表面通过物理化学作用进一步修饰上易于使纳米金发生特异性凝集反应的配体的复合纳米金探针中的一种。
所述激光束是指由市面上常见的波长不可调节型激光笔产生的红色激光束、绿色激光束，或由波长可调型专业激光器产生的激光束中的一种。
所述便携式设备是指可拍照摄像手机、数码相机和手持式摄像机中的一种。
与现有的纳米金液相光学传感方法相比，本发明的突出优点在于：
1）由于激光束能高效介导混合反应溶液中少量凝集纳米金探针产生明显的丁达尔效应光学信号，能有效地放大单个特异性分子识别反应的响应信号，从而获得极高的分析灵敏度。
2）仅需肉眼观测混合反应溶液的丁达尔信号改变，或使用价格低廉的便携式设备进行定量信号读取，即可在极大降低分析成本的同时还能实现分析物的现场分析和即时检测。
3）将本发明中的方法与抗原-抗体之间的免疫反应、核酸之间的杂交反应、分析物与其核酸适配体之间的结合反应、酶与底物之间的反应、或分析物与其分子印迹材料之间的反应相结合，能直接推广应用于医学诊断、环境监测、食品安全等诸多领域里各类型样本中无机离子、有机离子、小分子、蛋白质、核酸、细胞、病毒，或细菌分析物的简单、经济、快速、灵敏、特异的便携式定性与定量检测。
具体实施方式
以下实施例将对本发明予以进一步的说明，但并不因此而限制本发明。
实施例1:
基于丁达尔效应和裸纳米金探针凝集反应目视检测半胱胺。
具体实施过程如下：
（1）在1.5 mL试管中混合900 μL待测半胱胺样品溶液与100 μL经超纯水（电阻率为18.2 MΩ·cm）稀释1000倍的无色纳米金溶液（粒径约15 nm，原液由柠檬酸钠还原氯金酸制得，且制备好的纳米金颗粒表面因吸附了柠檬酸根阴离子而呈负电荷性），半胱胺分子质子化后带正电荷，通过静电吸附作用与表面带负电荷的纳米金探针结合，诱导后者发生凝集反应。
（2）利用激光笔产生的红色激光束照射步骤（1）所得混合物溶液，使其产生丁达尔效应光学信号，并使用手机拍摄记录该信号的灰度值。根据如下标准曲线即可测定待测样品溶液中半胱胺浓度。
按上述步骤对8个配制的半胱胺标准溶液（浓度从10-4到10-11mol/L每隔一个数量级一个）进行检测，记录各标准溶液样品的丁达尔光学信号的灰度值，用灰度值对标准溶液中半胱胺浓度作图获得标准曲线。
实施例2:
基于丁达尔效应和单克隆抗体修饰纳米金探针凝集反应目视检测人IgG蛋白。
具体实施过程如下：
（1）在1.5 mL试管中混合900 μL待测人IgG蛋白样品溶液与100 μL经缓冲溶液（浓度为10mmol/L的磷酸二氢钠-磷酸氢二钾缓冲溶液配制，pH 7）稀释1000倍的IgG蛋白单克隆抗体修饰的功能化纳米金探针（粒径约15 nm，原液由柠檬酸钠还原氯金酸制得，且制备好的纳米金颗粒表面因吸附了柠檬酸根阴离子而呈负电荷性）无色溶液。
（2）利用激光笔产生的红色激光束照射步骤（1）所得溶液，使其产生丁达尔效应光学信号，并使用手机拍摄记录该信号的灰度值。根据如下标准曲线即可测定待测样品溶液中人IgG蛋白浓度。
按上述步骤对7个配制的人IgG蛋白标准溶液（浓度从10-4到10-10 g/mL每隔一个数量级一个）进行检测，记录各标准溶液样品的丁达尔光学信号的灰度值，用灰度值对标准溶液中人IgG蛋白浓度作图获得标准曲线。
Claims (1)
1.一种基于丁达尔效应检测目标介导纳米金探针凝集反应的目视光学传感方法，其特征在于具体步骤为：
（1）利用样品溶液中的分析物，通过特异性分子识别反应，得到含有可介导纳米金探针发生凝集反应的目标的反应溶液；
（2）将步骤（1）所得的反应溶液与纳米金探针溶液混合反应；
（3）目视观察且使用便携式设备记录激光束下步骤(2)所得混合溶液的丁达尔效应光学信号，该信号强度与样品中分析物浓度呈正相关；
所述分析物是指无机离子、有机离子、小分子、蛋白质、核酸、细胞、病毒和细菌中的一种；
所述特异性分子识别反应是指抗原-抗体之间的免疫反应、核酸之间的杂交反应、分析物与其核酸适配体之间的结合反应、酶与底物之间的反应、以及分析物与其分子印迹材料之间的结合反应中的一种；
所述可介导纳米金探针发生凝集反应的目标是指可介导纳米金探针发生凝集反应的分析物本身、通过特异性分子识别反应额外引入到反应溶液中的且可介导纳米金探针发生凝集反应的无机离子、有机离子、小分子与核酸中的一种，目标的浓度与样品中分析物浓度呈正比；
所述纳米金探针是指通过还原剂还原氯金酸溶液合成得到的原始纳米金颗粒和在该原始纳米金颗粒表面通过物理化学作用进一步修饰上易于使纳米金发生特异性凝集反应的配体的复合纳米金探针中的一种；
所述激光束是指由市面上常见的波长不可调节型激光笔产生的红色激光束、绿色激光束，或由波长可调型专业激光器产生的激光束中的一种；
所述便携式设备是指能拍照摄像手机、数码相机和手持式摄像机中的一种。
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