金银纳米颗粒应用于氨基酸的可视化检测

金银纳米颗粒应用于氨基酸的可视化检测
作 者 : 李剑芳
学位授予单位 : 南昌大学
学位名称 : 硕士
导师姓名 : 吴芳英;黄鹏程
学位年度 : 2017
关键词 : 金银纳米；比色法；三聚氰胺；2-巯基-1-甲基咪唑；半胱氨酸；对氨基苯磺酸；氨基酸
摘 要 : 贵金属纳米材料因为具有独特的金属物理化学性质以及优异的光学性能而被广泛关注并且应用于化学催化、医用材料、传感材料等领域。尤其针对于金银纳米材料,由于其光电学性质﹑小尺寸效应、良好的稳定性以及特异的生物亲和性,显示其具有很高的潜在价值,成为了热点研究领域。本文设计了四种不同方法的金银纳米材料用于氨基酸的特异性识别,分别建立了蛋氨酸、谷胱甘肽、组氨酸的定量分析方法,研究结果包括以下几个方面:(1)基于蛋氨酸抑制三聚氰胺诱导的金纳米聚集而建立的可视化蛋氨酸的检测。在优化实验条件下,采用柠檬酸钠作为还原剂和稳定剂合成粒径为13.0nm左右、分散性良好的AuNPs溶胶。三聚氰胺结构中含有三个氨基,与金属有较强的配位作用,因此它们通过与金纳米表面的柠檬酸根负离子进行配位体交换作用而导致金纳米由分散状态变为高度聚集状态,纳米金溶胶的颜色由酒红色逐渐变为紫色最终变为蓝色。由于蛋氨酸与金纳米通过N-Au与S-Au键的共同作用而结合,所以随着蛋氨酸溶液的加入,逐渐抑制了三聚氰胺诱导的金纳米溶胶的聚集,溶液由蓝色逐渐变为酒红色,从而实现对目标氨基酸蛋氨酸快速、简便、灵敏的定量检测。上述传感机理通过透射电镜以及纳米粒径分析仪得以验证。试验结果显示,蛋氨酸浓度的裸眼最低检出量为0.4μM,采用紫外光谱进行定量分析可得到其在0.1-1.0μM范围内的理论检测限(LOD)为24.5nM,本方法成功应用到了尿样及血清中蛋氨酸的检测,平均回收率在95%-105%之间。(2)根据抑制金纳米聚集设计了一种快速、灵敏的谷胱甘肽检测方法。2.0μM的2-巯基-1-甲基咪唑作为聚集剂能够使金纳米发生明显的聚集,同时伴随着颜色由红色变为紫色再到蓝色。Cys在pH为5.8±0.1时能使AuNPs聚集,颜色发生明显改变,由酒红色变为紫色,对于Hcy而言,当pH大于11时,会引起AuNPs的聚集,但是当pH在5-7之间时,则会使AuNPs处于分散状态,对于GSH而言,当其与AuNPs混合时,在pH小于4.5时与AuNPs颗粒结合的GSH的两个羧基间发生氢键作用,使AuNPs发生聚集,当pH大于4.5时,由于羧基的去质子化作用,AuNPs则不会发生聚集。由此可知,改变溶液的pH可有效改善本方法的选择性,将溶液的pH调节为5.8时,Cys/AuNPs和Hcy/AuNPs会发生聚集,而GSH/AuNPs仍处于分散状态。金纳米的聚集程度随着谷胱甘肽浓度的提高而逐渐降低,金纳米由蓝色逐渐变为酒红色,肉眼可观察到的最低谷胱甘肽检测量为0.1μM,利用紫外光谱进行低浓度定量分析,谷胱甘肽浓度在0.1-1.0μM范围内的理论检测限为12.0 nM。该方法成功的应用于人体血样和尿样中谷胱甘肽的检测,平均回收率在95%-103%之间。(3)基于谷胱甘肽抑制半胱氨酸诱导金纳米聚集而建立的可视化谷胱甘肽的检测。由上一个检测谷胱甘肽的实验原理可知,在pH为5.8的条件下,胱氨酸,高半胱氨酸等含巯基化合物不能使其聚集亦或有较轻微的聚集,而半胱氨酸能够使金纳米发生聚集,并且随着半胱氨酸浓度的增加,金纳米颜色由酒红色变为紫色。pH的大小能够决定AuNPs是否聚集以及聚集程度,因此选用半胱氨酸作为聚集剂,有趣的是,谷胱甘肽和半胱氨酸经常由于结构类似而难以区分,而在此体系中,设计的实验本身就能够将两者区分开来。当加入谷胱甘肽后,随着谷胱甘肽的不断加入,溶液颜色逐渐由紫色变为酒红色,从而实现对谷胱甘肽的定量检测分析。该方法成功地应用于人体血样和尿样中谷胱甘肽的检测,平均回收率在90%-110%之间。(4)利用对氨基苯磺酸修饰的银纳米(AgNPs)对组氨酸(His)进行了比色检测。在优化实验条件下,采用硼氢化钠还原法合成粒径为6.7 nm左右、分散性良好的SAA-AgNPs探针。通过透射电镜、红外光谱以及紫外光谱对其结构进行了表征,本实验利用组氨酸诱导SAA-AgNPs溶胶的聚集,从而达到定量检测组氨酸的目的。首先,我们发现His有咪唑环,而SAA有芳香环,我们推测咪唑环和芳香环之间的π-π键堆积作用会使SAA-AgNPs发生一定程度的聚集,其次,SAA上的氨基与His的羧基之间的静电作用对于SAA-AgNPs的聚集也是必不可少的,最后,对氨基苯磺酸作为识别功能团与组氨酸通过氢键作用同样对银纳米发生聚集起到了一定的作用。根据以上机理,随着组氨酸浓度的增加,银纳米颜色由亮黄色变为橘色再到紫色,通过颜色变化和紫外吸收光谱变化分别实现了组氨酸的定性和定量分析,在0-3.5μM范围内其的检测限为52.7nM,能够成功的运用于实际血清样品的检测,血清样品回收率为97%-107%之间。

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