CN109932345B - 一种基于量子点和纳米金的赖氨酸检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于量子点和纳米金可逆荧光高选择性和灵敏检测赖氨酸的方法，通过测定加入不同浓度赖氨酸前后镉量子点和改性纳米金混合体系的荧光强度变化，并建立其与赖氨酸浓度的线性关系，实现对赖氨酸的含量检测主要包括荧光量子点。本发明采用的荧光量子点为碲化镉量子点，纳米金为十二烷基三甲基溴化铵自组装柠檬酸盐封端的纳米金，可形成一种新的可逆荧光探针；该可逆荧光探针能高效、快速、准确地检测赖氨酸的含量，检测范围为0.5‑100μmol/L，检测限可达到3.22nmol/L；且涉及的合成过程简单，分析成本低廉，并可显著提高对赖氨酸检测的选择性。
Description
技术领域
本发明属于分析检测技术领域，具体涉及一种基于量子点和纳米金的赖氨酸检测方法。
背景技术
赖氨酸是人体的八大必需氨基酸之一，对人体内代谢过程起着至关重要的作用，赖氨酸作为代谢途径的重要中间体，能促进人体发育、增强免疫功能，并可发挥提高中枢神经组织功能的作用。但是，赖氨酸代谢异常将导致某些生理机能性疾病，如高肌氨酸疾病、血液或胱氨酸尿症等。
目前，已经尝试开发了众多用于检测赖氨酸的传感器，如基于碳点、纳米金、硫磺素-T-肝素等的传感器系统，虽然这些传感器可以快速实现赖氨酸的分析检测，但是同时对精氨酸、组氨酸等有一定程度的响应，从而干扰赖氨酸的准确定量。另外传统方法对赖氨酸的响应灵敏性较差，因此进一步开发一种高灵敏性的目标传感器仍然是赖氨酸检测技术亟需解决的一大问题。
发明内容
本发明的主要目的在于针对现有赖氨酸检测技术特异性差、检测过程繁琐等问题，提供一种基于量子点和纳米金的赖氨酸检测方法，该方法基于纳米金与赖氨酸的高特异性反应，并利用量子点作为荧光传感，将纳米材料与传感技术相结合构建一种可逆荧光传感器，可对赖氨酸表现出优异的选择性和灵敏性，且涉及的检测方法简便，适合推广应用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于量子点和纳米金的赖氨酸检测方法，包括如下步骤：
1)分别测定加入不同浓度赖氨酸前后量子点和改性纳米金混合体系的荧光强度F0和F1，并计算荧光强度变化(F1-F0)/F0；
2)建立荧光强度变化(F1-F0)/F0与赖氨酸浓度的线性关系，实现对赖氨酸的含量检测。
上述方案中，所述碲化镉量子点为CdTe量子点，其制备方法包括如下步骤：取镉盐和N-乙酰-L-半胱氨酸分散于水中，搅拌均匀，并调节所得溶液体系的pH值至8，封口冰浴后，向其中充入氮气并搅拌；然后加碲源继续搅拌，最后转移至反应釜中于200℃下加热反应1小时，即得荧光量子点CdTe的水溶液。
上述方案中，所述改性纳米金为利用阳离子表面活性剂自组装改性的柠檬酸盐封端的纳米金。
上述方案中，所述阳离子表面活性剂可选用十二烷基三甲基溴化铵或十六烷基三甲基溴化铵等。
上述方案中，所述改性纳米金的制备方法包括如下步骤：
i)将柠檬酸盐分散于水中，在搅拌条件下加入氯金酸和沸水，微波加热进行反应，冷却得柠檬酸盐封端的纳米金；
ii)将柠檬酸盐封端的纳米金放加入阳离子表面活性剂溶液中，在37-60℃温度下孵化30-40min，冷却，即得所述改性纳米金。
上述方案中，所述柠檬酸盐与氯金酸的摩尔比为1:(0.3～0.7)。
上述方案中，步骤i)中所述微波加热功率为750～950W，时间为3～5min。
上述方案中，所述柠檬酸盐封端的纳米金与阳离子表面活性剂的质量比为1:(1.20×103～1.86×103)。
上述方案中，所述量子点和改性纳米金混合体系中，量子点的浓度为4.6×10-9～7.2×10-8mol/L；改性纳米金的浓度为3×10-9～5.0×10-7mol/L。
上述方案中，所述荧光强度为360nm激发波长下630nm处的荧光强度。
本发明的原理为：
本发明借助阳离子表面活性剂自组装的改性纳米金与碲化镉量子点之间的荧光共振能量转移(促进纳米金的紫外吸收光谱红移并与量子点的发射光谱重叠)和静电作用导致碲化镉量子点荧光发生猝灭,并借助赖氨酸与阳离子表面活性剂自组装的改性纳米金与赖氨酸的特异性反应(未改性的纳米金对赖氨酸无响应，且DTAB对赖氨酸响应很弱)，使碲化镉量子点的荧光释放出来，形成一种可逆荧光探针，并快速体现引入赖氨酸后的荧光强度变化(630nm处)，且该荧光强度变化与赖氨酸浓度呈线性关系，可通过碲化镉量子点-纳米金可逆荧光探针检测赖氨酸的浓度。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1)发明涉及的检测方法简单，并可高特异性地实现赖氨酸浓度的检测，可为赖氨酸的高效检测技术提供一条全新思路。
2)本发明所述检测方法对赖氨酸浓度检测的选择性和灵敏度高，可实现0-100μmol/L范围内对赖氨酸的高效检测,有效改善传统方法对赖氨酸的响应灵敏性较差等问题。
3)本发明涉及的合成工艺简单、反应条件温和、成本低，适合推广应用。
附图说明
图1为实施例1所得不同混合体系的荧光强度曲线；
图2为实施例2中所述不同氨基酸对可逆荧光探针的荧光响应图；
图3为实施例3所得镉量子点和改性纳米金混合体系对赖氨酸(2,6-二氨基已酸)A、1,5-二氨基戊酸B、6-氨基己酸C和DL-正亮氨酸D的荧光强度曲线；
图4为实施例4中将不同浓度赖氨酸加入镉量子点和改性纳米金混合体系的荧光强度变化曲线；
图5为荧光强度变化(F0-F1)/F0与赖氨酸浓度的线性关系。
图6为对比例1所述荧光强度变化曲线。
图7为对比例1所述荧光强度变化图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
以下实施例中，采用的量子点为CdTe量子点，其制备方法包括如下步骤：取0.12g氯化镉粉和0.09g N-乙酰-L-半胱氨酸粉末分散于40mL二次蒸馏水中，搅拌15min，随后用氢氧化钠调节溶液pH值至8，封口冰浴后，边向其中充入氮气边搅拌20min；接着加入0.02g亚碲酸钠继续搅拌，最后转移至反应釜中于200℃下加热反应1小时，即可获得CdTe荧光量子点的水溶液。
以下实施例中，采用的改性纳米金为十二烷基三甲基溴化铵自组装改性的柠檬酸盐封端的纳米金，其制备方法包括如下步骤：
1)取0.29g一水合柠檬酸钠分散于1mL二次蒸馏水中，边搅拌边加入2mL浓度为0.3mol/L的氯金酸溶液和98mL沸水(二次蒸馏水)，移至微波炉中于950W功率下加热3min，冷却至室温，即可获得柠檬酸盐封端的纳米金；
2)取步骤1)所得柠檬酸盐封端的纳米金与阳离子表面活性剂按1:1.52×103的质量比混合，然后于37℃下孵育半小时后冷至室温，即可获得阳离子表面活性剂自组装的纳米金(改性纳米金)。
实施例1
一种基于量子点和纳米金的赖氨酸检测方法(可行性研究)，包括如下步骤：
1)取552nmol/L的碲化镉量子点溶液100μL，加入900μL二次蒸馏水于360nm激发波长下测定其在630nm下的荧光强度，记录为F(结果见图1A)；
2)取552nmol/L的碲化镉量子点溶液100μL、47.2nmol/L的改性纳米金溶液90μL、810μL二次蒸馏水，混合后于360nm激发波长下测定其在630nm下的荧光强度，记录为F0(结果见图1C)；
3)取552nmol/L的碲化镉量子点溶液100μL、47.2nmol/L的改性纳米金溶液90μL、1mmol/L的赖氨酸溶液100μL及710μL二次蒸馏水，混合后于360nm激发波长下测定其在630nm下的荧光强度，记录为F1(结果见图1B)。
由图1可以看出，本发明所得阳离子表面活性剂自组装的改性纳米金与碲化镉量子点之间的荧光共振能量转移和静电作用导致碲化镉量子点荧光发生猝灭；引入赖氨酸后阳离子表面活性剂自组装的改性纳米金与赖氨酸将发生特异性反应，使碲化镉量子点的荧光释放出来，可形成一种可逆荧光探针，实现对赖氨酸的快速、高效检测。
实施例2
一种基于量子点和纳米金的赖氨酸检测方法(高选择性研究)，包括如下步骤：
1)取552nmol/L的碲化镉量子点溶液100μL、47.2nmol/L的改性纳米金溶液90μL、810μL二次蒸馏水，混合后于360nm激发波长下测定其在630nm下的荧光强度，记录为F0；
2)取552nmol/L的碲化镉量子点溶液100μL、47.2nmol/L的改性纳米金溶液90μL、100μL十三种氨基酸溶液(赖氨酸100μmol/L；丝氨酸、组氨酸、亮氨酸、脯氨酸、丝氨酸、天冬氨酸、苏氨酸、精氨酸、苯丙氨酸、谷氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸浓度为1000μmol/L)、710μL二次蒸馏水，混合后于360nm激发波长下测定其在630nm下的荧光强度，记录为F1；
3)计算加入不同氨基酸溶液后的荧光强度变化(F1-F0)/F0；结果见图2。
由图2可以看出，本实施例所得基于量子点和纳米金的可逆荧光探针对赖氨酸具有高选择性。
实施例3
一种基于量子点和纳米金的赖氨酸检测方法(特异性研究)，包括如下步骤：
1)取552nmol/L的碲化镉量子点溶液100μL、47.2nmol/L的改性纳米金溶液90μL、810μL二次蒸馏水，混合后于360nm激发波长下测定其在630nm下的荧光强度，记录为F0；
2)取552nmol/L的碲化镉量子点溶液100μL、47.2nmol/L的改性纳米金溶液90μL、100μL赖氨酸溶液(2,6-二氨基已酸)A和相较于赖氨酸缺少羧基、α-NH2和ε-NH2的1,5-二氨基戊酸溶液(B)、6-氨基己酸溶液(C)和DL-正亮氨酸溶液(D)，再加入710μL二次蒸馏水，混合后于360nm激发波长下测定其在630nm下的荧光强度，记录为F1；
3)计算加入不同氨基酸溶液后的荧光强度变化(F1-F0)/F0；结果见图3。
由图3可以看出，仅有赖氨酸对碲化镉量子点和十二烷基三甲基溴化铵自组装柠檬酸盐稳定的纳米金具有荧光恢复效果，表明赖氨酸的特殊氨基和羧基可以和该可逆荧光探针特异性作用。
实施例4
一种基于量子点和纳米金的赖氨酸检测方法(灵敏性研究)，包括如下步骤：
1)取552nmol/L的碲化镉量子点溶液100μL、47.2nmol/L的改性纳米金溶液90μL、810μL二次蒸馏水，混合后于360nm激发波长下测定其在630nm下的荧光强度，记录为F0；
2)取552nmol/L的碲化镉量子点溶液100μL，47.2nmol/L的改性纳米金溶液90μL、100μL不同浓度赖氨酸(0-100μmol/L)，再加入710μL二次蒸馏水，混合后于360nm激发波长下测定其在630nm下的荧光强度，记录为F1，荧光强度变化曲线见图4；
3)计算加入不同浓度赖氨酸溶液后的荧光强度变化(F1-F0)/F0；所得荧光强度变化(F0-F1)/F0与赖氨酸浓度的线性关系见图5。
由图4可以看出，随赖氨酸浓度增加，可逆荧光探针在630nm处的荧光强度增强；且荧光强度变化(F0-F1)/F0与赖氨酸浓度呈线性关系，可以实现0-100μmol/L范围内对赖氨酸的检测。
对比例1
一种基于量子点和纳米金的赖氨酸检测方法，包括如下步骤：
1)取552nmol/L的碲化镉量子点溶液100μL加入至900μL二次蒸馏水中，混合后于360nm激发波长下测定其在630nm下的荧光强度，记录为F0；
2)分别取三份552nmol/L的碲化镉量子点溶液100μL与810μL二次蒸馏水的混合溶液，向其中分别加入90μL的47.2nmol/L的纳米金(AuNPs)溶液、47.2nmol/L的改性纳米金(DTAB-AuNPs)溶液和1.2×10-3mol/L的DTAB溶液混合，然后于360nm激发波长下分别测定其在630nm下的荧光强度，记录为F1，F2，F3(荧光强度变化曲线见图6)；
由图6可以看出，随着AuNPs的加入，碲化镉量子点的荧光强度F1不仅没有猝灭，甚至产生微弱的增强作用，表明未改性的纳米金无法猝灭碲化镉量子点的荧光。而在加入DTAB和DTAB-AuNPs后碲化镉量子点的荧光强度减弱，但改性后的纳米金F2(DTAB-AuNPs)猝灭效果更为显著，表明改性后的纳米金对量子点的猝灭起着至关重要的作用。
对比例2
一种基于量子点和纳米金的赖氨酸检测方法(对比实验研究)，包括如下步骤：
1)取552nmol/L的碲化镉量子点溶液100μL加入至900μL二次蒸馏水中，混合后于360nm激发波长下测定其在630nm下的荧光强度，记录为F0
2)分别取三份552nmol/L的碲化镉量子点溶液100μL与810μL二次蒸馏水的混合溶液，向其中分别加入90μL浓度为47.2nmol/L的纳米金(AuNPs)溶液、1.2×10-3mol/L的DTAB溶液、4.72nmol/L的改性纳米金(DTAB-AuNPs)溶液混合后于360nm激发波长下分别测定其在630nm下的荧光强度，记录为F1，F2，F3。
3)再分别取三份552nmol/L的碲化镉量子点溶液100μL与710μL二次蒸馏水混合溶液，向其中分别加入90μL浓度为47.2nmol/L的纳米金(AuNPs)溶液、1.2×10-3mol/L的DTAB溶液、4.72nmol/L的改性纳米金(DTAB-AuNPs)溶液，然后分别再加入100μL浓度为100μmol/L的赖氨酸溶液，混合后于360nm激发波长下分别测定其在630nm下的荧光强度记录为F1’，F2’，F3’(荧光强度变化见图7)；
由图7可以看出，改性后的纳米金对量子点的猝灭起着至关重要的作用；且赖氨酸的加入可以增强DTAB和DTAB-AuNPs猝灭CdTe量子点后的荧光强度，但赖氨酸对DTAB-AuNPs猝灭量子点后荧光强度的恢复效果(F3’)更为明显，这归因于赖氨酸与改性纳米金之间的特异性作用。
本发明所列举的各原料都能实现本发明，以及各原料的上下限取值、区间值都能实现本发明；在此不一一列举实施例。本发明的工艺参数的上下限取值、区间值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。
Claims (8)
1.一种基于量子点和纳米金的赖氨酸检测方法，包括如下步骤：
1)分别测定加入不同浓度赖氨酸前后的量子点和改性纳米金混合体系的荧光强度F0和F1，并计算荧光强度变化(F1-F0)/F0；
2)建立荧光强度变化(F1-F0)/F0与赖氨酸浓度的线性关系，实现对赖氨酸的含量检测；
所述改性纳米金为利用阳离子表面活性剂进行自组装改性的柠檬酸盐封端的纳米金；
所述阳离子表面活性剂为十二烷基三甲基溴化铵或十六烷基三甲基溴化铵。
2.根据权利要求1所述的赖氨酸检测方法，其特征在于，所述量子点为CdTe量子点。
3.根据权利要求1所述的赖氨酸检测方法，其特征在于，所述改性纳米金的制备方法包括如下步骤：
i)将柠檬酸盐分散于水中，在搅拌条件下加入氯金酸和沸水，微波加热进行反应，冷却得柠檬酸盐封端的纳米金；
ii)将柠檬酸盐封端的纳米金放加入阳离子表面活性剂溶液中，在37-60℃温度下孵化30-40min，冷却，即得所述改性纳米金。
4.根据权利要求3所述的赖氨酸检测方法，其特征在于，所述柠檬酸盐与氯金酸的摩尔比为1:(0.3～0.7)。
5.根据权利要求3所述的赖氨酸检测方法，其特征在于，步骤i)中所述微波加热功率为750～950W，时间为3～5min。
6.根据权利要求3所述的赖氨酸检测方法，其特征在于，所述柠檬酸盐封端的纳米金与阳离子表面活性剂的质量比为1:(1.20×103～1.86×103)。
7.根据权利要求1所述的赖氨酸检测方法，其特征在于，所述量子点和改性纳米金混合体系中，量子点的浓度为4.6×10-9～7.2×10-8mol/L；改性纳米金的浓度为3×10-9～5.0×10-7mol/L。
8.根据权利要求1所述的赖氨酸检测方法，其特征在于，所述荧光强度为360nm激发波长下630nm处的荧光强度。
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