CN109884017A - 基于ZGC和MnO2纳米片的荧光传感器对谷胱甘肽的检测 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种操作简便、环境友好且信噪比高，灵敏度高的荧光传感器并成功应用于现场检测。该传感器成功将长余辉纳米粒子应用到荧光传感器上，利用负载在长余辉纳米粒子上的MnO2与谷胱甘肽的反应引发荧光信号的变化，实现对谷胱甘肽的超灵敏检测。该传感器的构建过程如下：水热法合成ZGC长余辉纳米材料；ZGC荧光性能的检测；在ZGC表面负载MnO2纳米片；ZGC‑MnO2荧光性能的检测；ZGC‑MnO2对样品中谷胱甘肽的检测；ZGC‑MnO2对食品中谷胱甘肽的检测。
Description
技术领域
本发明涉及长余辉纳米材料ZnGa2O4Cr0.004与MnO2联用对谷胱甘肽超灵敏检测的方法，属于谷胱甘肽的检测技术领域。
背景技术
谷胱甘肽（γ-L-glutamyl-L-cysteineglycine，简称GSH）是人类细胞系统中发现的最常见的三肽硫醇，在对抗氧化应激和维持氧化还原稳态方面发挥着核心作用，这对细胞的生长和功能至关重要。细胞谷胱甘肽以还原形式(GSH)和氧化形式(GSSG)存在，它们的比值控制着各种生化反应，决定着细胞的活性。谷胱甘肽是细胞中最丰富的硫醇之一，被认为是对抗有毒物质的第一道防线。谷胱甘肽作为一种潜在的抗氧化剂对抗自由基，从而解除外部有毒物质的影响。谷胱甘肽稳态的改变与神经退行性疾病、衰老、囊性纤维化、HIV感染和癌症有关。
各种分析检测谷胱甘肽的方法包括电化学，电致化学发光，发光分析，比色，高效液相层析（HPLC），表面增强拉曼散射（SERS），质谱法和荧光法。与其他方法相比，荧光法具有简单、灵敏度高、无损等显著优势。因此，开发一种运用荧光法检测谷胱甘肽的传感器显得尤为重要。
长余辉纳米粒子（PLNPs）在体外激发后可持续发光数小时，近年来在生物成像领域受到越来越多的关注。在体外激发后不需要现场再次激发，避免了现场激发产生的背景噪声，信噪比可以显著提高。PLNPs的激发和发光具有时间分离的特性，使其成为理想的体内发光成像对比剂，为体内肿瘤的长期高灵敏成像提供了新的可能。因此，PLNPs的开发和应用越来越受到关注。
发明内容
与传统的检测谷胱甘肽的方法不同，本发明所要解决的技术问题是提供一种设计合理，操作简便，环境友好且信噪比高，灵敏度高的检测方法，其特征是包括以下步骤：
1. 水热法合成ZGC长余辉纳米材料：分别量取2 mM Zn(NO3)2·6H2O、2 mM Ga(NO3)3·H2O和0.04 mM Cr(NO3)3·9H2O在1000 rpm的搅拌下，加入到15mL去离子水中，持续搅拌并加入28%的氢氧化铵溶液调整pH到9-9.5；将上述混合物在25 ℃下搅拌30 min后转移到25mL PPL内衬的高压反应釜中并在220 ℃下反应10 h，待反应完成后使反应釜自然冷却至室温；随后，离心收集获得的白色产物并将其分散在盐酸溶液中以除去杂质；最后，依次用过量的异丙醇和水离心洗涤ZGC纳米颗粒各三次并在低温干燥箱中干燥。
2. ZGC荧光性能的检测：在紫外灯下预处理ZGC，光照激活5分钟，分别取0 mM，0.05 mM，0.1 mM，0.15 mM，0.2mM，0.25 mM，0.3 mM，0.35 mM，0.4 mM的ZGC分散在2 mL水溶液中，随后将上述溶液转入荧光皿中并在0 nm的激发波长下检测样品的荧光强度。
3. ZGC表面负载MnO2纳米片：量取100μL 100mM ZGC纳米颗粒的储备水溶液加入到0.1 M，pH=6.0含有250μL 2-(N-吗啉)乙磺酸（MES）缓冲液中；量取10 mM的KMnO4加入上述溶液中，将上述混合物超声处理30 min直至形成棕色胶体；离心收集负载有MnO2的ZGC纳米颗粒，用去离子水洗涤三次以除去过量的钾离子和锰离子并将其分散在1 mL的去离子水中。
4. ZGC-MnO2荧光性能的检测：将已制备的ZGC-MnO2在紫外灯下预处理，光照激活5分钟；分别取0 mM，0.05 mM，0.1 mM，0.15 mM，0.2mM，0.25 mM，0.3 mM，0.35 mM，0.4 mM的ZGC-MnO2分散在2 mL水溶液中，随后将溶液转入荧光皿中在0 nm的激发波长下检测样品的荧光强度。
5. ZGC-MnO2对样品中谷胱甘肽的检测：取0.3 mM的ZGC-MnO2，在紫外灯下光照激活5分钟后将其分散在50 μL的去离子水中，量取10 μL上述溶液并与2 mL的谷胱甘肽样品溶液充分混合，随后将上述混合溶液转入荧光皿中在0 nm的激发波长下检测荧光信号强度，根据荧光强度数据计算获知谷胱甘肽的浓度。
本发明的有益效果：
1. 长余辉纳米材料ZnGa2O4Cr0.004与MnO2联用对谷胱甘肽超灵敏检测的方法，实现了对谷胱甘肽灵敏检测的同时又提高了其信噪比，降低了检测线。
2. 通过长余辉纳米材料与MnO2的荧光信号的变化，可实现对谷胱甘肽的分析与检测。
3. 该传感体系使用了长余辉纳米材料，与传统方法相比，有效降低了谷胱甘肽的检测限，且操作简单，检测效率高。
4. 长余辉纳米材料ZnGa2O4Cr0.004与MnO2 的合成条件不苛刻，不会产生污染环境的物质，符合可持续发展的要求。
5. 合成的材料荧光信号灵敏，有利于目标物的检测和分析。
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
实施例1（食品中的谷胱甘肽的检测）
长余辉纳米材料ZnGa2O4Cr0.004与MnO2联用对谷胱甘肽超灵敏检测的方法，包括以下步骤:
1. 水热法合成ZGC长余辉纳米材料：分别量取2 mM Zn(NO3)2·6H2O、2 mM Ga(NO3)3·H2O和0.04 mM Cr(NO3)3·9H2O在1000 rpm的搅拌下，加入到15mL去离子水中，持续搅拌并加入28%的氢氧化铵溶液调整pH到9-9.5；将上述混合物在25 ℃下搅拌30 min后转移到25mL PPL内衬的高压反应釜中并在220 ℃下反应10 h，待反应完成后使反应釜自然冷却至室温；随后，离心收集获得的白色产物并将其分散在盐酸溶液中以除去杂质；最后，依次用过量的异丙醇和水离心洗涤ZGC纳米颗粒各三次并在低温干燥箱中干燥。
2. ZGC荧光性能的检测：在紫外灯下预处理ZGC，光照激活5分钟，分别取0 mM，0.05 mM，0.1 mM，0.15 mM，0.2mM，0.25 mM，0.3 mM，0.35 mM，0.4 mM的ZGC分散在2 mL水溶液中，随后将上述溶液转入荧光皿中并在0 nm的激发波长下检测样品的荧光强度。
3. ZGC表面负载MnO2纳米片：量取100μL 100mM ZGC纳米颗粒的储备水溶液加入到0.1 M，pH=6.0含有250μL 2-(N-吗啉)乙磺酸（MES）缓冲液中；量取10 mM的KMnO4加入上述溶液中，将上述混合物超声处理30 min直至形成棕色胶体；离心收集负载有MnO2的ZGC纳米颗粒，用去离子水洗涤三次以除去过量的钾离子和锰离子并将其分散在1 mL的去离子水中。
4. ZGC-MnO2荧光性能的检测：将已制备的ZGC-MnO2在紫外灯下预处理，光照激活5分钟；分别取0 mM，0.05 mM，0.1 mM，0.15 mM，0.2mM，0.25 mM，0.3 mM，0.35 mM，0.4 mM的ZGC-MnO2分散在2 mL水溶液中，随后将溶液转入荧光皿中在0 nm的激发波长下检测样品的荧光强度。
5. ZGC-MnO2对样品中谷胱甘肽的检测：取0.3 mM的ZGC-MnO2，在紫外灯下光照激活5分钟后将其分散在50 μL的去离子水中，量取10 μL上述溶液并与2 mL的谷胱甘肽样品溶液充分混合，随后将上述混合溶液转入荧光皿中在0 nm的激发波长下检测荧光信号强度，根据荧光强度数据计算获知谷胱甘肽的浓度
6. ZGC-MnO2对食品中谷胱甘肽的检测：用超纯水冲洗番茄、紫葡萄、菠菜、黄瓜等样品，使其在空气中自然风干，精确称重并在榨汁机中搅拌均匀；用冷冻离心机将混合物在4500 rpm下离心10 min后用0.45μm的滤膜过滤上清液，并用去离子水稀释至适当浓度；将上述番茄、紫葡萄、菠菜、黄瓜的汁液分别稀释10倍、10倍、1倍和1倍并保存在4 ℃冰箱中待用；取0.3 mM的ZGC-MnO2，在紫外灯下光照激活5分钟后将其分散在50 μL的去离子水中，量取四份10 μL上述溶液并与2 mL的番茄、紫葡萄、菠菜、黄瓜等食品溶液充分混合，随后将上述混合溶液转入荧光皿中在0 nm的激发波长下检测荧光信号强度，根据荧光强度数据计算获知谷胱甘肽的浓度。
7. 为了进一步评估该荧光检测体系在实际样品中的适用性，我们按公式Recovery = (C measured— C initial) / C added 计算实际样品中检测谷胱甘肽的回收率。
Claims (7)
1.基于ZGC和MnO2纳米片的荧光传感器对谷胱甘肽的检测，其特征是包含以下步骤：
（1）水热法合成ZGC长余辉纳米材料；
（2）ZGC荧光性能的检测；
（3）在ZGC表面负载MnO2纳米片；
（4）ZGC-MnO2荧光性能的检测；
（5）ZGC-MnO2对样品中谷胱甘肽的检测
（6）ZGC-MnO2对食品中谷胱甘肽的检测。
2.根据权利要求1所述的基于ZGC和MnO2纳米片的荧光传感器对谷胱甘肽的检测，步骤（1）中所述的水热法合成ZGC长余辉纳米材料，其特征为：分别量取2 mM Zn(NO3)2·6H2O、2mM Ga(NO3)3·H2O和0.04 mM Cr(NO3)3·9H2O在1000 rpm的搅拌下，加入到15mL去离子水中，持续搅拌并加入28%的氢氧化铵溶液调整pH到9-9.5；将上述混合物在25 ℃下搅拌30min后转移到25 mL PPL内衬的高压反应釜中并在220 ℃下反应10 h，待反应完成后使反应釜自然冷却至室温；随后，离心收集获得的白色产物并将其分散在盐酸溶液中以除去杂质；最后，依次用过量的异丙醇和水离心洗涤ZGC纳米颗粒各三次并在低温干燥箱中干燥。
3.根据权利要求1所述的基于ZGC和MnO2纳米片的荧光传感器对谷胱甘肽的检测，步骤（2）中所述的ZGC荧光性能的检测，其特征为：在紫外灯下预处理ZGC，光照激活5分钟，分别取0 mM，0.05 mM，0.1 mM，0.15 mM，0.2mM，0.25 mM，0.3 mM，0.35 mM，0.4 mM的ZGC分散在2mL水溶液中，随后将上述溶液转入荧光皿中并在0 nm的激发波长下检测样品的荧光强度。
4.根据权利要求1所述的基于ZGC和MnO2纳米片的荧光传感器对谷胱甘肽的检测，步骤（3）中所述的在ZGC表面负载MnO2纳米片，其特征为：量取100μL 100mM ZGC纳米颗粒的储备水溶液加入到0.1 M，pH=6.0含有250μL 2-(N-吗啉)乙磺酸（MES）缓冲液中；量取10 mM的KMnO4加入上述溶液中，将上述混合物超声处理30 min直至形成棕色胶体；离心收集负载有MnO2的ZGC纳米颗粒，用去离子水洗涤三次以除去过量的钾离子和锰离子并将其分散在1mL的去离子水中。
5.根据权利要求1所述的基于ZGC和MnO2纳米片的荧光传感器对谷胱甘肽的检测，步骤（4）中所述的ZGC-MnO2荧光性能的检测，其特征为：将已制备的ZGC-MnO2在紫外灯下预处理，光照激活5分钟；分别取0 mM，0.05 mM，0.1 mM，0.15 mM，0.2mM，0.25 mM，0.3 mM，0.35 mM，0.4 mM的ZGC-MnO2分散在2 mL水溶液中，随后将溶液转入荧光皿中在0 nm的激发波长下检测样品的荧光强度。
6.根据权利要求1所述的基于ZGC和MnO2纳米片的荧光传感器对谷胱甘肽的检测，步骤（5）中所述的ZGC-MnO2对样品中谷胱甘肽的检测，其特征为：取0.3 mM的ZGC-MnO2，在紫外灯下光照激活5分钟后将其分散在50 μL的去离子水中，量取10 μL上述溶液并与2 mL的谷胱甘肽样品溶液充分混合，随后将上述混合溶液转入荧光皿中在0 nm的激发波长下检测荧光信号强度，根据荧光强度数据计算获知谷胱甘肽的浓度。
7.根据权利要求1所述的基于ZGC和MnO2纳米片的荧光传感器对谷胱甘肽的检测，步骤（6）中所述的ZGC-MnO2对食品中谷胱甘肽的检测，其特征为：用超纯水冲洗番茄、紫葡萄、菠菜、黄瓜等样品，使其在空气中自然风干，精确称重并在榨汁机中搅拌均匀；用冷冻离心机将混合物在4500 rpm下离心10 min后用0.45μm的滤膜过滤上清液，并用去离子水稀释至适当浓度；将上述番茄、紫葡萄、菠菜、黄瓜的汁液分别稀释10倍、10倍、1倍和1倍并保存在4℃冰箱中待用；取0.3 mM的ZGC-MnO2，在紫外灯下光照激活5分钟后将其分散在50 μL的去离子水中，量取四份10 μL上述溶液并与2 mL的番茄、紫葡萄、菠菜、黄瓜等食品溶液充分混合，随后将上述混合溶液转入荧光皿中在0 nm的激发波长下检测荧光信号强度，根据荧光强度数据计算获知食品中谷胱甘肽的浓度并按公式Recovery = (C measured— C initial) / C added 计算回收率。
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