CN110006857A - 一种碘离子定量即时检测技术 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碘离子定量即时检测技术。该技术主要包括将含有碘离子的溶液与纳米金溶液混合反应；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。该信号强度与碘离子浓度呈反相关。通过使用廉价便携式拍照设备进行信号（丁达尔效应光学信号）读取，就能实现碘离子或者与碘离子浓度相关的分析物（即可通过特异性识别反应在溶液中产生碘离子或降低所加入碘离子浓度的物质）的低成本便携式定量即时检测。本发明技术具有操作简单、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里各类型样本的定性与定量检测。

Description

一种碘离子定量即时检测技术

技术领域

本发明属于化学传感技术领域，具体涉及一种碘离子定量即时检测技术。

背景技术

以纳米金颗粒、纳米金棒、纳米金簇等纳米金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金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，由于肉眼观察纳米金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，大部分现有纳米金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（Point-of-Care Testing）应用。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种碘离子定量即时检测技术，该技术基于纳米金颗粒丁达尔效应。

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，极低浓度纳米金即可产生明显的丁达尔效应光学信号。而碘离子可将纳米金颗粒刻蚀成金离子，从而降低其丁达尔效应光学信号。该光学信号强度反比于碘离子浓度。通过使用廉价的便携式拍照设备代替价格昂贵且缺乏便携性的紫外-可见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，就能实现碘离子或与碘离子浓度相关的分析物（即可通过特异性反应在溶液中产生碘离子或降低所加入碘离子浓度的物质）的低成本便携式定量即时检测。

具体步骤为：

步骤一，将含有碘离子的溶液与纳米金溶液混合反应，制得混合溶液。

步骤二，使用激光束照射步骤一中制得的混合溶液使之产生丁达尔效应光学信号，并拍照记录结果，该信号强度与碘离子浓度呈反相关。

所述碘离子为目标分析物本身，或者与碘离子浓度相关的物质，即能够通过抗原-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碘离子或降低所加入碘离子浓度的物质，包括无机离子、有机离子、小分子、蛋白质、核酸、细胞、病毒和细菌中的一种。

所述纳米金是指通过还原剂还原无机金盐溶液合成得到的纳米金属材料，至少有一维尺寸处于1~100 nm范围，是未经任何表面修饰的原始纳米金颗粒、纳米金棒、纳米金簇，或经后续表面修饰配体得到的纳米金颗粒、纳米金棒、纳米金簇复合功能探针中的一种，而且当激光束照射溶液时能够产生丁达尔效应光学信号。

所述激光束是由激光笔或手持式激光器产生，该激光束照射纳米金颗粒溶液时能够产生丁达尔效应光学信号。

所述拍照记录是指使用具有拍照和摄像功能的手机、手持式相机或摄像机，对最终反应溶液的丁达尔效应光学结果进行拍照用于后续分析。

与现有的纳米金光学传感技术相比，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金产生明显的丁达尔效应光学信号，而痕量碘离子即可将纳米金刻蚀成金离子，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拍照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碘离子或与碘离子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，可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。

附图说明

图1为本发明的碘离子定量即时检测技术的原理示意图。

图中标记：1-透明试管；2-无色溶液；3-纳米金；4-碘离子；5-纳米金被碘离子刻蚀后形成的金离子；6-激光笔；7-从激光笔发射的激光束；8-激光束在含有剩余纳米金的溶液中形成的丁达尔光效应光路；9-手机拍照。

图2为本发明实施例1中使用本发明的碘离子定量即时检测技术检测100 nM碘离子时所记录的丁达尔效应光学信号强度值（灰度值，Grayscale）与空白样品（blank）所得丁达尔效应光学信号强度值（灰度值，Grayscale）的比较。

图3为本发明实施例2中使用本发明的碘离子定量即时检测技术检测一系列不同浓度的碘离子时所记录的丁达尔效应光学信号强度值（灰度值，Grayscale）与碘离子浓度的Log值（LogC_I-）之间的工作曲线。

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:

使用本发明的碘离子定量即时检测技术检测100 nM 碘离子和空白样品（blank，电阻率为18.2 MΩ·cm的超纯水）。

如图1所示，本实施例的具体步骤为：步骤一，在1.5 mL透明试管中混合900 μLNaI水溶液（100 nM）与100 μL经超纯水（电阻率为18.2 MΩ·cm）稀释1000倍的纳米金颗粒溶液（粒径约20 nm，原液由柠檬酸钠还原氯金酸制得），碘离子（I^-）将把部分纳米金颗粒刻蚀成金离子；步骤二，利用激光笔产生的红色激光束照射该混合物溶液，使其产生丁达尔效应光学信号，并使用手机拍照记录该信号的灰度值（Grayscale）。此外，根据相同的步骤，将方法用于分析空白样品（blank，电阻率为18.2 MΩ·cm的超纯水），并使用手机拍照记录最终混合溶液的丁达尔效应光学信号的灰度值（Grayscale）。从图2可以看出，与检测空白样品所得的最终混合溶液的丁达尔效应光学信号的灰度值（85）相比，检测100 nM碘离子样品所得的丁达尔效应光学信号的灰度值（12）有了显著降低。这是因为，样品溶液中的碘离子已把大量的纳米金颗粒刻蚀成了金离子，而金离子没有丁达尔效应光学信号。图2中的对比实验结果表明，本发明的碘离子定量即时检测技术切实可行。

实施例2:

使用本发明的碘离子定量即时检测技术检测浓度范围为0.9 ~ 1000 nM 的碘离子样品。

如图1所示，本实施例中每个碘离子样品分析的具体步骤为：步骤一，在1.5 mL透明试管中混合900 μL 含有某一浓度的NaI水溶液与100 μL经超纯水（电阻率为18.2 MΩ·cm）稀释1000倍的纳米金颗粒溶液（粒径约20 nm，原液由柠檬酸钠还原氯金酸制得），碘离子将把部分纳米金颗粒刻蚀成金离子；步骤二，利用激光笔产生的红色激光束照射该混合物溶液，使其产生丁达尔效应光学信号，并使用手机拍照记录该信号的灰度值（Grayscale）。将从所有的碘离子样品得到的溶液丁达尔效应光学信号灰度值对碘离子浓度的Log值（LogC_I-）作图（图3），即完成碘离子的定量即时检测。由图3可知，随着碘离子浓度的增加，相应的溶液丁达尔效应光学信号灰度值逐渐降低。这是因为，当样品中碘离子浓度较大时，被刻蚀成金离子的纳米金颗粒的数量也越大，从而溶液产生的丁达尔效应光学信号越低。此外，图3显示，利用手机记录所得的溶液丁达尔效应光学信号灰度值（Grayscale）与碘离子浓度的Log值（LogC_I-）在7.8~125 nM范围内呈现良好的线性关系。

Claims (1)

1.一种碘离子定量即时检测技术，其特征在于具体步骤为：

步骤一，将含有碘离子的溶液与纳米金溶液混合反应，制得混合溶液；

步骤二，使用激光束照射步骤一中制得的混合溶液使之产生丁达尔效应光学信号，并拍照记录结果，该信号强度与碘离子浓度呈反相关；

所述碘离子为目标分析物本身，或者与碘离子浓度相关的物质，即能够通过抗原-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碘离子或降低所加入碘离子浓度的物质，包括无机离子、有机离子、小分子、蛋白质、核酸、细胞、病毒和细菌中的一种；

所述纳米金是指通过还原剂还原无机金盐溶液合成得到的纳米金属材料，至少有一维尺寸处于1~100 nm范围，是未经任何表面修饰的原始纳米金颗粒、纳米金棒、纳米金簇，或经后续表面修饰配体得到的纳米金颗粒、纳米金棒、纳米金簇复合功能探针中的一种，而且当激光束照射溶液时能够产生丁达尔效应光学信号；

所述激光束是由激光笔或手持式激光器产生，该激光束照射纳米金颗粒溶液时能够产生丁达尔效应光学信号；

所述拍照记录是指使用具有拍照和摄像功能的手机、手持式相机或摄像机，对最终反应溶液的丁达尔效应光学结果进行拍照用于后续分析。