CN112033943A

CN112033943A - 一种基于量子点-铜离子荧光基底传感器的精氨酸检测方法

Info

Publication number: CN112033943A
Application number: CN202010825496.1A
Authority: CN
Inventors: 付海燕; 韦柳娜; 陈亨业; 郭晓明
Original assignee: South Central University for Nationalities
Current assignee: South Central Minzu University
Priority date: 2020-08-17
Filing date: 2020-08-17
Publication date: 2020-12-04
Anticipated expiration: 2040-08-17
Also published as: CN112033943B

Abstract

本发明公开了一种基于量子点‑铜离子荧光基底传感器的精氨酸检测方法，首先分别将不同标准浓度的精氨酸溶液滴加至CdTe量子点‑铜离子荧光基底传感器上，然后在紫外灯照射下，拍摄滴加不同精氨酸溶液后CdTe量子点‑铜离子荧光纸基传感器的荧光图像，并提取荧光图像的RGB值，构建基于RGB值的标准比色卡，然后将待检测精氨酸溶液所得荧光图像与标准比色卡进行对比，以获得精氨酸的浓度值。本发明构建的CdTe量子点‑铜离子荧光基底传感器及比色检测方法具有轻薄、易携带、可降解、可视化等优点，且涉及的制备方法简单，检测操作方便，无需使用荧光光谱等精密检测仪器，可实现精氨酸检测系统的便携化。

Description

一种基于量子点-铜离子荧光基底传感器的精氨酸检测方法

技术领域

本发明属于检测技术领域，具体涉及一种基于量子点-铜离子荧光基底传感器的精氨酸检测方法。

背景技术

精氨酸为条件性必需氨基酸，在体内能自身合成，但体内生成速度较慢，有时需要部分从食物中补充。精氨酸不仅是机体蛋白质的组成成分，而且还是多种生物活性物质的合成前体，如多胺和肌酸等，参与内分泌调节和机体特异性免疫调节等生物学过程，因而被誉为“神奇分子”。精氨酸可广泛参与机体组织代谢，促进粘膜增殖、蛋白质代谢、调节血管张力等。同时，在发酵工业中，精氨酸会被降解为尿素，过量的精氨酸会导致发酵液中尿素的积累并自发与乙醇反应生成致癌物质氨基甲酸乙酯，引发食品安全问题，危害人体健康。因此，建立一种简单、快速而又有效的精氨酸检测方法是很有必要且非常有意义的。

目前，检测精氨酸的方法有液相色谱法、电化学法、酶联免疫法、荧光光谱法等，但这些方法仪器昂贵笨重、耗时长、操作繁琐、需要专业的检测分析人员不能直接用于现场快速检测等。因此进一步探索快速、简便、有效的精氨酸检测方法，具有重要的研究和应用意义。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种精氨酸的快速、高效检测方法，采用利用CdTe量子点-铜离子荧光基底传感器，获取引入精氨酸溶液后的荧光图像和RGB值，并构建基于RGB值的标准比色卡，以实现精氨酸浓度的快速、简便、可视化和高效检测。

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-铜离子荧光体系的精氨酸检测方法，包括如下步骤：

1)首先分别将不同标准浓度的精氨酸溶液滴加CdTe量子点-铜离子荧光基底传感器上，然后在紫外灯照射下，拍摄滴加不同精氨酸溶液后CdTe量子点-铜离子荧光纸基传感器的荧光图像，再利用Photoshop等软件提取荧光图像的RGB值；

2)根据所得RGB值与精氨酸标准浓度之间的对应关系，构建基于RGB值的标准比色卡；

3)按照步骤1)所述步骤，获得滴加待检测精氨酸溶液后所得CdTe量子点-铜离子荧光纸基传感器的荧光图像的RGB值，将其与标准比色卡进行对比，以待检测精氨酸溶液的浓度测定。

优选的，所述标准浓度为为0、0.1、1、3、4和5μmol/L。

优选的，为保证检测精确度，步骤1)和步骤3)中CdTe量子点-铜离子荧光纸基传感器中在三处以上不同位置滴加精氨酸溶液。

上述方案中，所述CdTe量子点-铜离子荧光基底传感器通过将CdTe量子点分散液和铜离子溶液混合均匀，然后将所得混合液均匀滴加至基底表面，再经干燥处理而成。

上述方案中，所述基底可选择滤纸等。

上述方案中，针对单位面积的基底，滴加的混合液用量为0.2～0.5mL/mm²。

上述方案中，所述干燥处理步骤采用的温度为30～37℃，时间为3～10min。

上述方案中，所述CdTe量子点分散液中CdTe量子点的浓度为2.8×10^-7mol/L-4.0×10^-7mol/L；铜离子溶液中铜离子的浓度为0.8×10^-6mol/L～1.5×10^-6mol/L。

上述方案中，所得混合液中CdTe量子点与铜离子的摩尔比为1:(2.8～3.8)。

上述方案中，所述待检测精氨酸溶液的浓度为0～5μmol/L。

上述方案中，步骤1)和步骤3)中滴加精氨酸溶液的用量为5～15μL，且单次滴加量相同。

上述方案中，所述紫外灯发光波长为350～380nm，优选为365nm。

上述方案中，所述CdTe量子点采用一步水热合法制备而成，具体包括如下步骤：将镉盐和N-乙酰-L-半胱氨酸溶于水中，在常温、常压下搅拌均匀，然后加入碱液调整所得混合液的pH值为3.5～4.5，然后在保护气氛和冰浴条件下依次加入亚碲酸钠和还原剂搅拌均匀；最后将所得溶液体系放入反应釜中，在180～220℃下反应45～60min，得到发射波长为600nm的红光CdTe量子点。

上述方案中，所述反应时间为45～60min。

上述方案中，所得CdTe量子点呈球形单分散状态，其粒径大小为3.0～5.0nm。

上述方案中，所述镉盐为氯化镉，等；所述碱液为氢氧化钠溶液，等。

上述方案中，所述镉盐、亚碲酸钠和L-半胱氨酸的摩尔比为1:(0.2～0.7):(1～3)。

上述方案中，所述还原剂可选用硼氢化钠，等。

本发明的原理为：

本发明以N-乙酰-L-半胱氨酸修饰的CdTe量子点表面羧基中的氧原子有孤对电子能与Cu²⁺离子发生配位作用，使得Cu²⁺离子可以结合到量子点表面,从而导致量子点电荷转移的荧光猝灭；利用CdTe量子点和铜离子之间的电荷转移荧光猝灭效应，并同步结合铜离子与精氨酸上的胍基发生特异性的作用，获得传感器相对精氨酸的特异性响应，以构建CdTe量子点-铜离子荧光响应体系；同时进一步首次提出将所得CdTe量子点-铜离子形成的IFE体系转移到基底表面构建荧光基底传感器，然后将精氨酸溶液滴加至荧光基底传感器表面并在紫外灯下拍摄荧光图像，再通过Photoshop软件提取图片上的RGB值，根据RGB值与标准浓度的对应关系，构建基于RGB值的标准比色卡，利用其与未知浓度精氨酸浓度所得荧光图像进行对比，以实现样品中精氨酸的快速、灵敏、便捷检测。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1)本发明构建的CdTe量子点-铜离子荧光基底传感器具有轻薄、易携带、可降解、可视化等优点，且涉及的制备方法简单，检测操作方便，无需使用荧光光谱等精密检测仪器，可实现精氨酸检测系统的便携化。

2)本发明制备的CdTe量子点-铜离子荧光基底传感器对精氨酸的特异性响应优异，利用其直接获取紫外灯照射条件下的荧光照片，然后提取RGB值建立标准比色卡，即可实现精氨酸浓度的快速、高灵敏度和高精确度检测；且涉及的用样量少、给样方便，可实现一次检测多个样品的效果，大大缩短了检测时间，可为精氨酸的快速、高效检测提供一条全新思路。

附图说明

图1为本发明实施例所得CdTe量子点的透射电镜图。

图2为本发明基于CdTe量子点-铜离子荧光纸基传感器和智能手机检测精氨酸示意图。

图3为本发明设计的检测精氨酸的CdTe量子点-铜离子荧光纸基传感器检测精氨酸结果图和RGB值提取图。

图4为本发明设计的检测红酒和果汁中精氨酸的CdTe量子点-铜离子荧光纸基传感器检测精氨酸结果的RGB值提取图。

图5为本发明设计的检测精氨酸的CdTe量子点-铜离子荧光纸基传感器提取的RGB值，结合化学计量学PLSR算法拟合样品中精氨酸的实际浓度和预测浓度相关曲线。

图6为本发明设计的检测精氨酸的CdTe量子点-铜离子荧光纸基传感器结合化学计量学PLSR算法拟合红酒和果汁真实食品样品中精氨酸的实际浓度和预测浓度相关曲线。

图7为本发明制备的CdTe量子点-铜离子荧光纸基传感器对精氨酸的选择特异性图。

具体实施方式

下面申请人将结合具体的实施例对本发明作进一步的详细说明，以使本领域的技术人员更加清楚地理解本发明。但以下内容不应理解为是对本发明的权利要求书请求保护范围的限制。

实施例中所使用的化学试剂和溶剂均为分析纯；所述搅拌采用磁力搅拌器搅拌方式。

以下实施例中，采用的CdTe量子点溶液的制备方法包括如下步骤：将二氯化镉(0.1096g，12.0mM)和N-乙酰-L-半胱氨酸(0.1567g，24.0mM)溶于40mL超纯水中，在常温、常压下搅拌15min后用氢氧化钠溶液调节所得混合液的pH值至4.5，然后充氮气并在冰浴搅拌15min；然后加入亚碲酸钠(0.0532g，6.0mM)，搅拌10min，再加入硼氢化钠(0.0272g，17.9mM)，搅拌15min；最后将所得溶液体系放入反应釜中，在200℃的烘箱中反应50min，冷却至室温，得浓度为3.1×10^-7mol/L的CdTe量子点溶液(其透射电镜图见图1)。

实施例1

一种基于量子点-铜离子荧光体系的精氨酸检测方法，其流程示意图见图2，具体包括如下步骤：

1)采用激光切割机切取三个直径为6mm的滤纸圆片切好备用；然后利用双面胶将圆片的一面固定在条形滤纸基底表面，构成荧光纸基传感器的基底；然后分别向基底表面的滤纸圆片上均匀滴加10μL浓度为3.1×10^-7mol/L的CdTe量子点溶液和10μL浓度为1×10^-6mol/L氯化铜溶液，置于37℃恒温干燥箱中干燥3min，得CdTe量子点-铜离子荧光基底传感器；

2)分别移取0、0.1、1、3、4、5μmol/L共6个系列浓度梯度的精氨酸标准溶液(10μL)，滴加到制备的CdTe量子点-铜离子荧光纸基传感器的滤纸圆片上上，得到内含待测样品的检测试纸；随后将待测样品的检测试纸置于便携式紫外暗箱中，在365nm紫外照射下，采用智能手机拍照获取荧光图像；利用Photoshop软件提取采集荧光图像的RGB值，根据RGB值与精氨酸标准浓度之间的对应关系，构建基于RGB值的标准比色卡，如图3所示，

3)按步骤2)所述步骤，测定引入10μL未知浓度精氨酸溶液后CdTe量子点-铜离子荧光纸基传感器的荧光照片，将其与标准比色卡对比，以得到精氨酸溶液的浓度值(预测浓度)。

为进一步验证本实施例所述精氨酸检测方法的有效性，利用步骤2)所得RGB值与精氨酸标准浓度之间的对应关系，结合化学计量学PLSR算法拟合待检测样品中精氨酸的实际浓度(PLSR计算浓度)和预测浓度之间的相关曲线，结果如图4所示；结果表明采用本发明所述标准卡比色方法所得检测效果与PLSR拟合结果接近，可实现对精氨酸浓度的快速、高效检测。

实施例2

一种基于量子点-铜离子荧光体系的精氨酸检测方法，将其应用于检测红酒、果汁样品中精氨酸含量，具体包括如下步骤：

1)红酒前处理过程：选取某红酒为实验样品，在10000r/min条件下离心10min以去除沉底杂质等不溶物，收集上清液，用超纯水定容得稀释100倍红酒溶液，取900μL稀释100倍红酒溶液，然后加入100μL精氨酸溶液得到混合溶液，分别制备所得混合溶液中精氨酸溶液的最终浓度为0、0.1、1、3、4、5μmol/L的标准溶液；其中果汁前处理过程为：选取新鲜水果榨汁为实验样品，在10000r/min条件下离心10min，收集上清液，用超纯水定容得稀释100倍果汁溶液，取900μL稀释100倍红果汁溶液，然后加入100μL精氨酸溶液得到混合溶液，分别制备得混合溶液中精氨酸溶液的最终浓度为0、0.1、1、3、4、5μmol/L的标准溶液；

2)按照实施例1步骤1)相同的方法制备得到的CdTe量子点-铜离子荧光基底传感器；

3)使用移液器分别移取10μL步骤1中制备的不同组待检测红酒样品和果汁样品标准溶液，按添加精氨酸标准溶液含量由小到大的相同顺序逐滴加到所得CdTe量子点-铜离子荧光基底传感器上，置于紫外暗箱检测装置中，利用固定好的智能手机的拍摄功能及荧光检测应用程序获取紫外灯下365nm激发光下样品的图像；在图像信号处理及分析过程中，将图像由彩色模式转化为RGB值，对红酒、果汁样品检测试纸中检测目标的点样图像区域进行同等面积中心区域截取，依次提取单个区域截取中心的所有像素的RGB值；每组样品实验结果取三次平行试验的RGB值；再根据RGB值与精氨酸标准浓度之间的对应关系，构建基于RGB值的图像(标准比色卡，见图4)；

4)按步骤3)所述步骤，测定引入10μL未知浓度精氨酸溶液后CdTe量子点-铜离子荧光纸基传感器的荧光照片，将其与标准比色卡(图3)对比，以得到精氨酸溶液的浓度值(预测浓度)。

为进一步验证本实施例所述精氨酸检测方法的有效性，利用步骤2)所得RGB值与精氨酸标准浓度之间的对应关系，结合化学计量学PLSR算法拟合样品中精氨酸的实际浓度和预测浓度相关曲线(如图5，6所示)。实验结果如表1，R²c为0.9996-1，RSMEC在0.0173-0.0533之间，且R²p为0.9996-0.9999，RSMEP在0.0376-0.0592之间；结果表明，本发明所述检测方法在真实基质红酒和果汁的检测是可行的；且检测结果与PLSR拟合结果接近，可实现对精氨酸浓度的快速、高效检测。

表1 PLSR算法拟合样品中精氨酸的实际浓度和预测浓度结果

对比例1

采用本发明相同方法对其他氨基酸检测的对比试验方法，包括如下步骤：

1)按照实施例1步骤1相同的方法制备得到的CdTe量子点-铜离子荧光基底传感器。

2)使用移液器分别移取10μL浓度为50μmol/L不同氨基酸溶液，分别滴加到所得CdTe量子点-铜离子荧光基底传感器上，置于紫外暗箱检测装置中，利用固定好的智能手机的拍摄功能及荧光检测应用程序获取紫外灯下365nm激发光下样品的图像；在图像信号处理及分析过程中，将图像由彩色模式转化为RGB值，对不同氨基酸溶液检测试纸中检测目标的点样图像区域进行同等面积中心区域截取，依次提取单个区域截取中心的所有像素的RGB值；每组样品实验结果取三次平行试验的RGB值；再根据RGB值与精氨酸标准浓度之间的对应关系，构建基于RGB值图像。

结果表明，本发明所得CdTe量子点-铜离子探针荧光基底传感器对精氨酸表现出良好的选择性，该CdTe量子点-铜离子荧光探针荧光基底传感器只有在加入精氨酸时，颜色为粉红色，CdTe量子点-铜离子恢复较强的荧光性能，而加入色氨酸、谷氨酸、组氨酸、酪氨酸、甘氨酸、半胱氨酸、缬氨酸、赖氨酸、丝氨酸等氨基酸，复合溶液的荧光强度均无明显变化，颜色均为紫黑色(如图7所示)。本发明构建的CdTe量子点-铜离子荧光探针体系可实现对精氨酸的特异性检测。

上述实施例仅是为了清楚地说明所做的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或者变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims

1.一种基于量子点-铜离子荧光基底传感器的精氨酸检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)首先分别将不同标准浓度的精氨酸溶液滴加至CdTe量子点-铜离子荧光基底传感器上，然后在紫外灯照射下，拍摄滴加不同精氨酸溶液后CdTe量子点-铜离子荧光纸基传感器的荧光图像，并提取荧光图像的RGB值；

3)按照步骤1)所述步骤，获得滴加待检测精氨酸溶液后所得CdTe量子点-铜离子荧光纸基传感器的荧光图像，将其与标准比色卡进行对比，以获得精氨酸的浓度值。

2.根据权利要求1所述的精氨酸检测方法，其特征在于，所述标准浓度为0、0.1、1、3、4和5μmol/L。

3.根据权利要求1所述的精氨酸检测方法，其特征在于，所述CdTe量子点-铜离子荧光基底传感器通过将CdTe量子点分散液和铜盐溶液混合均匀，然后将所得混合液均匀滴加至基底表面，再经干燥处理而成。

4.根据权利要求3所述的精氨酸检测方法，其特征在于，所述CdTe量子点分散液的浓度为(2.8～4.0)×10^-7mol/L；铜盐溶液的浓度为(0.8～1.5)×10^-6mol/L。

5.根据权利要求3所述的精氨酸检测方法，其特征在于，所得混合液中CdTe量子点与引入的铜离子的摩尔比为1:(2.8～3.8)。

6.根据权利要求3所述的精氨酸检测方法，其特征在于，针对单位面积的基底，滴加的混合液用量为0.2～0.5mL/mm²。

7.根据权利要求3所述的精氨酸检测方法，其特征在于，所述干燥处理步骤采用的温度为30～37℃，时间为3～10min。

8.根据权利要求1所述的精氨酸检测方法，其特征在于，步骤1)和步骤3)中滴加精氨酸溶液的用量为5～15μL，且单次滴加量相同。

9.根据权利要求1所述的精氨酸检测方法，其特征在于，所述紫外灯发光波长为350～380nm。

10.根据权利要求1所述的精氨酸检测方法，其特征在于，所述待检测精氨酸溶液的浓度为0～5μmol/L。