CN113567411A - 一种基于金纳米探针的检测剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于金纳米探针的检测剂及其制备方法和应用，所述制备方法，包括以下步骤：将葡聚糖加入到氢氧化钠溶液中，然后加热至反应温度，加入氯金酸溶液反应后，得到金纳米粒子；将苯硼酸功能化的荧光剂加入到缓冲溶液中，超声分散后，得到荧光剂溶液；将金纳米粒子加入荧光剂溶液中，再加入缓冲溶液，超声分散后，得到基于金纳米探针的检测剂。本发明以具有荧光效应的苯硼酸为荧光供体，由葡聚糖制备的金纳米粒子为荧光受体，基于苯硼酸和多糖之间的动态共价键形成FRET效应，构建荧光淬灭的金纳米探针，同时，基于双氧水对苯硼酸动态共价键的氧化破坏，使荧光供体受体分离荧光强度恢复，从而实现金纳米探针用于双氧水的检测。
Description
技术领域
本发明涉及双氧水检测技术领域，尤其是涉及一种基于金纳米探针的检测剂及其制备方法和应用。
背景技术
荧光探针检测方法在分析检测领域的应用越来越多，其具有选择性高、灵敏度高、快速便捷且对样品伤害较小等优点。检测环境中危化品过氧化氢的变化，是十分重要的，因此，开发对过氧化氢快速、选择性高的检测方法成为了荧光检测技术研究领域的热点。
然而，大量的金纳米粒子由于成核和生长过程与高表面能之间的不平衡，容易聚集和改变形状，导致其选择性显著降低，若是用于双氧水的检测，荧光光谱的强度基本无变化，很难检测出存在双氧水。
发明内容
本发明提供一种基于金纳米探针的检测剂及其制备方法和应用，以具有荧光效应的苯硼酸为供体，由葡聚糖制备的金纳米粒子为受体，基于苯硼酸和多糖之间的动态共价键形成金纳米探针，可用于双氧水的检测。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于金纳米探针的检测剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将葡聚糖加入到pH为11-13的氢氧化钠的水溶液中，得到混合溶液，混合溶液中葡聚糖的浓度为0.1-0.5wt％，然后在40-100℃的反应温度下，加入氯金酸溶液后，得到预制溶液，预制溶液内氯金酸的浓度为0.5-1.5mmol/L，保持反应温度并搅拌10-60min，得到金纳米粒子；
(2)用碳酸钠和碳酸氢钠配置缓冲溶液，然后将苯硼酸功能化的荧光剂加入到缓冲溶液中，超声分散后，得到荧光剂溶液；
(3)将金纳米粒子加入荧光剂溶液中，再加入步骤(2)制备的缓冲溶液，超声分散后，得到基于金纳米探针的检测剂。
进一步地，将葡聚糖加入到pH为12的氢氧化钠的水溶液，得到混合溶液，混合溶液中葡聚糖的浓度为0.25wt％，混合溶液加热并搅拌，等待温度达到反应温度70℃之后再加入氯金酸溶液，得到预制溶液，预制溶液内氯金酸的浓度为1.5mmol/L，，保持反应温度并搅拌50min，得到金纳米粒子。
进一步地，金纳米粒子的粒径分布在0-25nm。
进一步地，步骤(2)中，缓冲溶液的pH为10，荧光剂溶液的浓度为0.1mg/mL。
进一步地，步骤(3)中，将40-400μL的金纳米粒子加入到300μL的荧光剂溶液中，再加入缓冲溶液将总体积配制到1.2mL。
一种基于金纳米探针的检测剂，采用所述的制备方法制备。
所述基于金纳米探针的检测剂在双氧水检测中的应用。
本发明的有益效果是：
本发明以具有荧光效应的苯硼酸为荧光供体，通过葡聚糖还原氯金酸制备金纳米粒子作为荧光受体，基于苯硼酸和多糖之间的动态共价键形成荧光淬灭的金纳米探针。随着金纳米粒子的浓度增加，金纳米粒子对苯硼酸荧光剂的淬灭效果加强。由于双氧水可氧化破坏苯硼酸与葡聚糖之间的动态共价键，使一些金纳米粒子不再与苯硼酸功能化的荧光剂相连，从而限制了金纳米粒子的淬灭能力，使荧光强度恢复。在检测双氧水时，随着双氧水浓度的增加，使荧光光谱的特征峰值增加，这表明双氧水对动态共价键的破坏，使FRET效应消失，荧光强度恢复，因此本发明基于葡聚糖制备纳米金粒子的检测剂可用于双氧水的检测，而且检测反应灵敏。
附图说明
图1为不同浓度金纳米粒子的荧光淬灭溶液的荧光光谱；
图2为加入不同浓度双氧水与特征峰谱值的曲线图；
图3为实施例一和对比例一的金纳米粒子粒径分布；
图4为对比例一制备的检测剂的荧光谱图；
图5为对比例一制备的检测剂采用双氧水的检测的光谱图；
图6为不同反应时间制备的金纳米粒子的紫外吸收光谱；
图7为不同反应温度制备的金纳米粒子的紫外吸收光谱；
图8为不同pH值的氢氧化钠溶液制备的金纳米粒子的紫外吸收光谱。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
实施例一
一种基于金纳米探针的双氧水检测方法，包括以下步骤：
(1)将葡聚糖加入到pH为12的氢氧化钠的水溶液，得到混合溶液，混合溶液中葡聚糖的浓度为0.25wt％，混合溶液逐渐升温并进行磁力搅拌，等待葡聚糖完全溶解而且温度达到反应温度70摄氏度之后再加入一定体积的氯金酸溶液310μL，得到预制溶液，预制溶液内氯金酸的浓度为1.5mmol/L，保持反应温度并搅拌50min，得到金纳米粒子；
(2)用碳酸钠和碳酸氢钠配置pH＝10的缓冲溶液，利用缓冲溶液将苯硼酸功能化的荧光剂配置成荧光剂溶液，荧光剂溶液的浓度为0.1mg/mL，然后放在超声器中超声溶解并用荧光分光光度计测其荧光光谱图，并记录实验数据；苯硼酸功能化的荧光剂为3-(丹磺酰氨)甲氧基苯硼酸；
(3)用移液枪取100μL已经配置好的0.1mg/mL的荧光剂溶液，取荧光剂的体积为300μL向其中加入金纳米粒子，再加入步骤(1)制备的缓冲溶液将总体积配制到1.2mL，超声过后得到基于金纳米探针的检测剂，利用荧光分光光度计检测其荧光谱图。
步骤(3)中，金纳米粒子的体积若分别为40μL(0.05mM)、80μL(0.1mM)、120μL(0.15mM)、160μL(0.2mM)、200μL(0.25mM)、250μL(0.3125mM)、300μL(0.375mM)、350μL(0.4375mM)、400μL(0.5mM)，检测剂的荧光谱图如图1所示，荧光剂溶液中随着加入金纳米粒子的浓度增加，荧光光谱图中特征峰会明显下降。这是因为金纳米粒子表面的羟基和荧光剂上的苯硼酸之间形成动态共价键，从而发生FRET效应，使荧光强度下降。
将基于金纳米探针的检测剂用于双氧水的检测，双氧水浓度为100mM(mmol/L)，向检测剂内加入双氧水的体积分别为0μL、40μL(3.33mM)、80μL(6.66mM)、120μL(10mM)、160μL(13.33mM)、200μL(16.66mM)，图2为双氧水的浓度与荧光强度比值的关系，F0为未加入双氧水的荧光强度，Fx为加入双氧水的荧光强度，从图2中可以看出，随着加入的双氧水浓度的增大，图中的特征峰谱值在不断上升，这一结果表明利用荧光淬灭检测双氧水的效果会随着双氧水浓度的增加而变得更加明显。
由于金纳米粒子在荧光光谱的实验中起到了淬灭作用，在加了金纳米颗粒后，其苯硼酸荧光剂在光谱中的峰值大幅下降。在添加了双氧水后，其峰值又逐渐恢复。而本实施例中的金纳米粒子是由葡聚糖还原氯金酸制备得到的，葡聚糖中有许多的羟基，羟基与荧光剂上的苯硼酸会形成一种动态共价键，得到荧光淬灭的金纳米探针。苯硼酸与含二元醇或多元醇的化合物之间的动态共价键会被双氧水氧化降解，从而使荧光剂与金纳米粒子分离，荧光淬灭效应减弱，因此可以得出，在加入双氧水之后荧光强度会有所恢复。
对比例一
本实施例与实施例一基本相同，不同之处在于：步骤(1)中，以单宁酸为原料制备金纳米粒子，取6mg单宁酸固体放入100mL的三口烧瓶中，加入5mL的去离子水，在放入干净的磁子后将三口烧瓶放入DF-I集热式磁力加热搅拌器中进行水浴加热，室温条件下进行磁力搅拌，当单宁酸固体溶解完全后，加入一定量的氯金酸310μL(1.5mM)，反应一定时间后取出，得到金纳米粒子。因为单宁酸与氯金酸反应非常快，不同时间在紫外光谱中的表征在5min以后就不再增加，所以反应时间设置为5min。去离子水的pH值为7，pH值为7时制备的金纳米粒子的吸光度最强。
图3为实施例一和对比例一的金纳米粒子粒径分布，从图3中可以看出，以葡聚糖作为还原剂和稳定剂制备的金纳米粒子的粒径分布在0—25nm之间，而以单宁酸作为还原剂和稳定剂制备的金纳米粒子粒径分布在0—100nm之间。
图4为对比例一制备的检测剂的荧光谱图，随着加入荧光剂溶液中金纳米粒子的浓度增加，荧光光谱图中特征峰会明显下降。
图5为对比例一制备的检测剂采用双氧水的检测的光谱图，从图5中可以看出，加入不同量的双氧水，荧光强度基本无变化。同时，发现加入双氧水后，该单宁酸构建的金纳米探针出现沉淀。单宁酸制备的金纳米粒子对苯硼酸荧光剂的淬灭效果较强，加入双氧水后荧光强度几乎没有改变，这可能是因为在单宁酸制备的金纳米探针中加入双氧水后，形成的沉淀包裹住荧光剂，因而检测不到荧光强度的变化。
实施例二至六与实施例一基本相同，不同之处在于：金纳米粒子的制备方法中，反应时间为10min，20min，30min，40min，60min，用紫外吸收光谱图检测，如图6所示，从图6中可以看出反应时间在10min到50min时，紫外的吸光度增大得很明显，60min和50min相比荧光强度稍有下降。
实施例七至十二与实施例一基本相同，不同之处在于：金纳米粒子的制备方法中，反应温度为40℃，50℃，60℃，80℃，90℃，100℃，用紫外吸收光谱图检测，如图7所示，可以看出随着反应温度的升高，光谱吸收值逐渐增大，但是由于金纳米粒子的颜色在70℃以上就逐渐变为红黑色，所以采用70℃为反应温度。
实施例十三至十四与实施例一基本相同，不同之处在于：金纳米粒子的制备方法中，氢氧化钠的水溶液的pH为11，13。用紫外光谱测试仪表征，如图8所示，当pH值为11与13的时候，紫外吸收光谱上没有明显的吸收峰，所以在其他条件相同的情况下，氢氧化钠溶液的pH值适合12。
实施例十五至十八与实施例一基本相同，不同之处在于：金纳米粒子的制备方法中，氯金酸的量分别为103μL、154μL、206μL和254μL，预制溶液内氯金酸的浓度为0.5mmol/L、0.75mmol/L、1.00mmol/L、1.25mmol/L。随着加入的氯金酸浓度逐渐增大时，金纳米粒子在紫外吸收光谱中的吸光度也是逐渐增强的。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种基于金纳米探针的检测剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将葡聚糖加入到pH为11-13的氢氧化钠的水溶液中，得到混合溶液，混合溶液中葡聚糖的浓度为0.1-0.5wt％，然后在40-100℃的反应温度下，加入氯金酸溶液后，得到预制溶液，预制溶液内氯金酸的浓度为0.5-1.5mmol/L，保持反应温度并搅拌10-60min，得到金纳米粒子；
(2)用碳酸钠和碳酸氢钠配置缓冲溶液，然后将苯硼酸功能化的荧光剂加入到缓冲溶液中，超声分散后，得到荧光剂溶液；
(3)将金纳米粒子加入荧光剂溶液中，再加入步骤(2)制备的缓冲溶液，超声分散后，得到基于金纳米探针的检测剂。
2.根据权利要求1所述的一种基于金纳米探针的检测剂的制备方法，其特征在于，将葡聚糖加入到pH为12的氢氧化钠的水溶液，得到混合溶液，混合溶液中葡聚糖的浓度为0.25wt％，混合溶液加热并搅拌，待达到反应温度70℃之后再加入氯金酸溶液，得到预制溶液，预制溶液内氯金酸的浓度为1.5mmol/L，保持反应温度并搅拌50min，得到金纳米粒子。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于金纳米探针的检测剂的制备方法，其特征在于，金纳米粒子的粒径分布在0-25nm。
4.根据权利要求1所述的一种基于金纳米探针的检测剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，缓冲溶液的pH为10，荧光剂溶液的浓度为0.1mg/mL。
5.根据权利要求1所述的一种基于金纳米探针的检测剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，将40-400μL的金纳米粒子加入到300μL的荧光剂溶液中，再加入缓冲溶液将总体积配制到1.2mL。
6.一种基于金纳米探针的检测剂，采用权利要求1-5之一所述的制备方法制备。
7.权利要求6所述的基于金纳米探针的检测剂在双氧水检测中的应用。
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