CN113567398A

CN113567398A - 一种基于暗场光谱检测技术的铅离子浓度检测方法

Info

Publication number: CN113567398A
Application number: CN202010342000.5A
Authority: CN
Inventors: 刘国华; 张文嘉; 杜谦
Original assignee: Nankai University
Current assignee: Nankai University
Priority date: 2020-04-28
Filing date: 2020-04-28
Publication date: 2021-10-29

Abstract

本发明涉及利用暗场光谱学进行生化分析的技术领域，具体涉及一种可用于铅离子浓度检测的新方法。本发明公开了一种基于暗场光谱学的铅离子浓度检测方法，具体涉及一种谷胱甘肽修饰的金纳米粒子作为探针在暗场显微镜下快速检测铅离子的方法，包括以下步骤：(1)用谷胱甘肽修饰金纳米粒子；(2)将金纳米粒子固定在玻璃基底上；(3)在玻璃基地上滴加含铅样品，5分钟后冲洗；(4)在玻璃基地上滴加谷胱甘肽修饰的金纳米粒子，然后盖上盖玻片；(5)在暗场显微系统下检测金纳米粒子的散射光谱红移量，以光谱红移量定量铅离子的浓度。本发明新颖快速、灵敏度高、检测浓度范围广、取样少，可广泛用于实际的铅离子环境样品检测。

Description

一种基于暗场光谱检测技术的铅离子浓度检测方法

技术领域

本发明涉及利用暗场光谱学进行生化分析的技术领域，具体涉及一种可用于铅离子浓度检测的新方法。

背景技术

铅离子(Pb²⁺)对人体健康和环境具有极大的危害。即使很低浓度的Pb²⁺也会造成儿童大脑发育障碍、骨髓有关造血系统和神经系统等疾病。传统的Pb²⁺检测方法(例如电感耦合等离子体质谱法和阳极溶出伏安法)虽然灵敏度高、特异性好，但是这些技术需要繁琐费时的样品前处理和专业的操作员，导致测试效率不足。近年来，Pb²⁺的比色检测因其操作简单、效率高等特点得到了爆炸性发展。但是，这些比色传感器是整体溶液的测量，这限制了其检测下限值。基于此，暗场显微镜(DFM)由于能够进行单纳米粒子水平检测被用来提高Pb²⁺的检测下限。曾有报道通过在DFM下用金纳米粒子(AuNPs)作为暗场成像探针来检测Pb² ⁺，其检测下限达到0.2pM。然而，这种AuNPs蚀刻的方法限制了检测速度，且对温度敏感。为了提高检测速度，增大检测范围，本发明提供了一种基于DFM和谷胱甘肽(GSH)官能化的AuNPs(GSH-AuNPs)组合的单粒子暗场光谱法(SPDFS)，检测下限值为3.5pM，检测线性范围为10pM至10μM。

发明内容

本发明的目的在于解决背景技术中提到的问题，提供一种超灵敏的铅离子快速检测方法。

本发明采用的技术方案如下：

首先用GSH对AuNPs进行表面修饰形成GSH-AuNPs探针，在Pb²⁺的作用下GSH-AuNPs形成二聚体或多聚物，由于纳米粒子间的耦合作用，其散射光谱发生红移。利用DFM检测GSH-AuNPs的散射光谱的红移量(Δλ)，Δλ的大小与Pb²⁺浓度有关，据此可以定量Pb²⁺的浓度。

所述方法包含以下步骤：(1)利用GSH修饰AuNPs作为铅离子的特异性识别探针和暗场成像粒子；(2)将GSH-AuNPs固定在玻璃基底上；(3)在玻璃基地上滴加含铅样品，5分钟后冲洗；(4)在玻璃基地上滴加GSH-AuNPs，然后盖上盖玻片；(5)通过暗场显微镜检测铅离子。

其中，所述定量Pb²⁺的浓度的方程为：Δλ＝(Δλ_max*cⁿ)/(Kⁿ+cⁿ)，Δλ代表金纳米粒子的光谱红移量，铅离子的浓度为c，最大红移量为Δλ_max＝41.15nm，希尔系数n＝0.32，结合常数K＝25.94。

其中，所述含铅样品包括自来水、湖水、工业废水、实验室废液。

其中，所述将金纳米粒子固定在玻璃基底上步骤包括在玻璃上修饰巯基。

其中，暗场显微系统检测铅离子浓度是利用纳米粒子散射光谱峰值的红移量。

其中，金纳米粒子散射光谱的红移量是指暗场视野中所有金纳米粒子散射光谱红移量的平均值。

其中，暗场视野中所有金纳米粒子散射光谱红移量的平均值是利用高斯拟合计算得出。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明中，利用单粒子暗场光谱法检测铅离子，该方法新颖简单、灵敏度高、检测范围宽，检测在10分钟内完成。

2、在本发明中，与前期报道的利用暗场比色方法和利用暗场显微镜检测纳米粒子散射光强度变化的方法相比，利用纳米粒子的暗场光谱位移来定量Pb²⁺浓度更加准确快速，因为暗场比色法限制了其检测范围，而纳米粒子散射光强度变化的检测方法需要使用金纳米粒子刻蚀，该方法耗时长，对温度敏感。

附图说明

图1为本发明检测铅离子所用的暗场显微系统的示意图；

图2为本发明中金纳米粒子的光谱红移量(Δλ)作为Pb²⁺浓度的函数图。

图中标记：1、卤素灯发出的白光；2、单色仪；3、准单色光；4、暗场聚光镜；5、载玻片；6、金纳米粒子；7、金纳米粒子的散射光；8、显微镜物镜；9、显微镜物镜收集的散射光；10、工业相机。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下内容对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的具体检测步骤包括：

(1)金纳米颗粒表面修饰：首先，将500μL 0.05mg/mL的AuNPs以1687g的转速离心15分钟。丢弃上清液，然后将AuNPs分散在1mL浓度为1mM的GSH中(pH8)。接下来，将混合物在室温下避光是孵育2小时。然后以1687g的速率离心10分钟，从溶液中去除未结合的GSH。丢弃上清液，将GSH-AuNPs轻轻分散在去离子水中。离心步骤重复了三次。通过上述方法制备的GSH-AuNPs在去离子水中按1∶6稀释，用于进一步的实验。

(2)制作传感器芯片：传感器的整个制造过程分为两步。首先是在载玻片上修饰巯基。具体步骤如下：将载玻片浸入“食人鱼溶液”(H₂SO₄∶H₂O₂(30％)＝7∶3，体积比)中15分钟，然后分别用去离子水和无水乙醇冲洗。然后，将载玻片立即浸入6％MPTS无水乙醇溶液中，持续15分钟。然后用无水乙醇溶液将载玻片超声清洗3次，每次3分钟。最后，将载玻片置于120℃的烘箱中烘烤2小时。第二步，将GSH-AuNPs固定在载玻片上。首先，将20μL GSH-AuNPs溶液滴加在载玻片上，反应30分钟。然后用去离子水冲洗，在室温下干燥。最后，将载玻片保存在4℃的密封盒中备用。

(3)利用暗场显微镜检测Pb²⁺：将20μL含Pb²⁺的样品溶液滴加到传感器芯片上，反应5分钟。然后用去离子水冲洗，并用移液吸走残留溶液。接下来，将5μL GSH-AuNPs溶液滴加至传感芯片，并立即盖上盖玻片。此时就可以在DFM下检测传感器芯片了。该检测是在暗场显微成像系统下进行的，参照图1所示，其工作原理如下：卤素灯发出的白光1被单色仪2光谱滤光后照射样品6，样品的散射光7被物镜8收集样，并被工业相机10记录下来。此处的样品指GSH-AuNPs。在不同照明波长下记录的图像被合并为一个图像系列，利用图像合集拟合出单个纳米粒子的散射光谱。拟合光谱的具体方法如下：通过计算每个图像的强度来提取所有纳米粒子的单粒子光谱，单纳米粒子散射光谱峰值通过洛伦兹函数计算得出。然后据此计算出视野中所有纳米粒子的平均红移量Δλ。最后根据Δλ与铅离子浓度的函数关系得到铅离子的浓度值，参照图2所示。实验中相机10的曝光时间和帧频分别为0.267s和3.75fps。单色仪2控制的光源扫描范围、步长和间隔时间分别为500nm至700nm，1nm和0.3s。实验中利用Matlab R2007a软件分析和处理暗场图像，计算AuNP的LSPR共振峰位置。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于暗场光谱学检测技术的铅离子浓度检测方法，所述方法包含以下步骤：(1)利用谷胱甘肽修饰的金纳米粒子作为铅离子的特异性识别探针和暗场成像粒子；(2)将金纳米粒子固定在玻璃基底上；(3)在玻璃基地上滴加含铅样品，5分钟后冲洗；(4)在玻璃基底上滴加谷胱甘肽修饰的金纳米粒子，然后盖上盖玻片；(5)通过暗场显微系统检测铅离子。

2.根据权利要求1所述的一种基于暗场光谱学检测技术的铅离子检测方法，其特征在于：基于下列方程确定样品中的铅离子浓度：Δλ＝(Δλ_max*cⁿ)/(Kⁿ+cⁿ)，其中Δλ代表金纳米粒子的光谱红移量，铅离子的浓度为c，最大红移量为Δλ_max＝41.15nm，希尔系数n＝0.32，结合常数K＝25.94。

3.根据权利要求1所述的方法，含铅样品包括自来水、湖水、工业废水、实验室废液。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：将金纳米粒子固定在玻璃基底上步骤包括在玻璃上修饰巯基。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：暗场显微系统检测铅离子浓度是利用纳米粒子散射光谱峰值的红移量。

6.根据权利要求5所述的方法，其中金纳米粒子散射光谱的红移量是指暗场视野中所有金纳米粒子散射光谱红移量的平均值。

7.根据权利要求6所述方法，其中暗场视野中所有金纳米粒子散射光谱红移量的平均值是利用高斯拟合计算得出。