CN108387532A

CN108387532A - 基于纳米银丁达尔效应检测过氧化氢的可视化光学传感方法

Info

Publication number: CN108387532A
Application number: CN201810024489.4A
Authority: CN
Inventors: 聂瑾芳; 王兵月; 张云; 肖文成
Original assignee: Guilin University of Technology
Current assignee: Guilin University of Technology
Priority date: 2018-01-10
Filing date: 2018-01-10
Publication date: 2018-08-10

Abstract

本发明公开了一种基于纳米银丁达尔效应检测过氧化氢的可视化光学传感方法。将含有过氧化氢的溶液与纳米银材料溶液混合反应；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。该信号强度与过氧化氢浓度呈反相关。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，就能实现过氧化氢或者与过氧化氢浓度相关的分析物（能通过特异性识别反应在溶液中产生过氧化氢或降低所加入过氧化氢浓度的物质）的低成本便携式定量检测。本发明具有操作简单、成本低廉、不需使用专业分析仪器、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

基于纳米银丁达尔效应检测过氧化氢的可视化光学传感方法

技术领域

本发明属于纳米传感技术领域，具体涉及一种基于纳米银丁达尔效应检测过氧化氢的可视化光学传感方法。

背景技术

以纳米银颗粒、纳米银棒、纳米银簇等纳米银材料为比色探针的液相比色分析法具有操作简单、成本经济、通过分析物介导纳米银材料团聚使得其溶液颜色发生肉眼可见变化即可实现目视定性或半定量检测等突出优点，长期以来备受分析工作者的青睐，并已在医学检测、环境分析、食品安全等领域获得广泛应用。然而，由于肉眼观察纳米银材料团聚时其溶液所发生的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，大部分现有纳米银光学传感方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、荧光分光光度计等专业分析仪器进行定量检测，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技术的不足，提供一种基于纳米银丁达尔效应的光学传感方法，并用于过氧化氢的高灵敏可视化检测。

本发明的思路：研究发现，在激光笔或激光器产生的激光束照射下，极低浓度纳米银即可产生明显的丁达尔效应光学信号。而过氧化氢可将纳米银氧化成银离子，从而降低其丁达尔效应光学信号。因此，通过利用激光束介导混合反应溶液中丁达尔效应光学信号的降低，即能极大提高过氧化氢的肉眼定性或半定量分析的灵敏度。此外，该光学信号强度反比于过氧化氢浓度。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、荧光分光光度计等专业分析仪器，进行信号（丁达尔光学信号）读取，就能实现过氧化氢或与过氧化氢浓度相关的分析物（即能通过特异性反应在溶液中产生过氧化氢或降低所加入过氧化氢浓度的物质）的低成本便携式定量检测。

具体步骤为：

（1）将含有过氧化氢的溶液与纳米银溶液混合反应。

（2）目视观察且使用便携式设备记录激光束下步骤（1）所得混合溶液的丁达尔效应光学信号，该信号强度与过氧化氢浓度呈反相关。

所述过氧化氢为目标分析物本身，或者与过氧化氢浓度相关的物质，即能通过抗原-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分子特异性识别反应在反应溶液中产生过氧化氢或降低所加入过氧化氢浓度的物质（为无机离子、有机离子、小分子、蛋白质、核酸、细胞、病毒和细菌中的一种）。

所述纳米银是指通过还原剂还原无机银盐溶液合成得到的、至少有一维尺寸处于1-100纳米范围的未经任何表面修饰的原始纳米银颗粒、纳米银棒、纳米银簇，或经后续表面修饰配体得到的纳米银颗粒、纳米银棒、纳米银簇复合功能探针中的一种。

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和手持式摄像机中的一种。

与现有的纳米银光学传感技术相比，本发明的突出优点在于：

1）由于激光束可高效介导极低浓度纳米银产生明显的丁达尔效应光学信号，而痕量过氧化氢即可将纳米银氧化成银离子，进而显著降低反应混合物溶液的丁达尔效应光学信号，获得极高的分析灵敏度。

2）仅需肉眼观测混合溶液的丁达尔信号改变，并使用价格低廉的便携式设备进行定量信号读取，从而在极大降低分析成本的同时还能实现过氧化氢或与过氧化氢浓度相关的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、特异的低成本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:

基于裸纳米银颗粒的丁达尔效应检测过氧化氢。

具体实施过程如下：

（1）在1.5 mL试管中混合900 μL待测过氧化氢样品溶液与100 μL经超纯水（电阻率为18.2 MΩ·cm）稀释1000倍的纳米银颗粒溶液（粒径约20 nm，原液由硼氢化钠还原硝酸银制得），过氧化氢将把纳米银颗粒氧化成银离子。

（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过氧化氢浓度。

按上述步骤对6个配制的过氧化氢标准溶液（浓度从10^-4到10^-9M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过氧化氢浓度作图获得标准曲线。

实施例2:

基于裸纳米银颗粒的丁达尔效应检测葡萄糖。

具体实施过程如下：

（1）在1.5 mL试管中混合2 μL待测葡萄糖样品溶液与898 μL浓度为10 μg/mL的葡萄糖氧化酶溶液（浓度为10 mmol/L的磷酸二氢钠-磷酸氢二钾缓冲溶液配制，pH 7），并于室温下反应3 分钟，葡萄糖氧化酶将催化氧化葡萄糖产生过氧化氢。

（2）在步骤（1）所得含有过氧化氢的混合溶液中继续加入100 μL经缓冲溶液（浓度为10 mmol/L的磷酸二氢钠-磷酸氢二钾缓冲溶液，pH 7）稀释1000倍的纳米银颗粒溶液（粒径约20 nm，原液由硼氢化钠还原硝酸银制得），过氧化氢将把纳米银颗粒氧化成银离子。

（3）利用激光笔产生的红色激光束照射步骤（2）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葡萄糖浓度。

按上述步骤对7个配制的葡萄糖标准溶液（浓度从10^-2到10^-8mol/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葡萄糖浓度作图获得标准曲线。

Claims

1.一种基于纳米银丁达尔效应检测过氧化氢的可视化光学传感方法，其特征在于具体步骤为：

(1)将含有过氧化氢的溶液与纳米银溶液混合反应；

(2)目视观察且使用便携式设备记录激光束下步骤（1）所得混合溶液的丁达尔效应光学信号，该信号强度与过氧化氢浓度呈反相关；

所述过氧化氢为目标分析物本身，或者与过氧化氢浓度相关的物质，即能通过抗原-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分子特异性识别反应在反应溶液中产生过氧化氢或降低所加入过氧化氢的浓度的物质,为无机离子、有机离子、小分子、蛋白质、核酸、细胞、病毒和细菌中的一种；

所述纳米银是指通过还原剂还原无机银盐溶液合成得到的、至少有一维尺寸处于1-100纳米范围的未经任何表面修饰的原始纳米银颗粒、纳米银棒、纳米银簇，或经后续表面修饰配体得到的纳米银颗粒、纳米银棒、纳米银簇复合功能探针中的一种；

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；

所述设备是指能拍照摄像的手机和手持式摄像机中的一种。