一種納米金比色測糖方法
2023-12-10 05:14:56 2
專利名稱：一種納米金比色測糖方法
技術領域：
本發明屬於分析化學領域，涉及納米金比色測糖方法。
背景技術：
糖的研究在工業生產和生命科學領域中意義重大，例如在食品工業中，通過測定食品及原料的含糖量，能對食品加工過程進行監測；通過快速準確測定無糖和低糖食品中糖含量，保障無糖食品的食用安全；通過對人體血糖含量的測定可以了解人的健康狀況；對細胞膜表面糖鏈的研究，可以探索癌症、細菌和病毒感染等疾病的機理。然而，由於糖類物質自身的結構複雜，研究手段局限，多年來糖類物質的研究明顯落後於蛋白質和核酸的研究。因此，糖的快速檢測和識別對食品安全、糖生物學、醫學等領域的發展具有重要意義。 納米金顆粒是指金的微小顆粒，粒徑在I-IOOnm之間，通常在水溶液中以膠體金的形態存在。近年來，納米金顆粒作為一種新型的材料，憑藉其獨特的物理化學特性，如高比表面積、高表面反應活性、強吸附性等，在催化，光學，電子學和生物傳感等領域顯示了誘人的應用前景。13nm直徑的金顆粒的吸光係數為2. 7xl08L/mol · cm,比傳統的有機發色團大了 3個數量級。即使是納摩爾每升濃度的納米金溶液，也能顯示出明顯的顏色。此外，分散在溶液中的納米金在相互聚集之後，顏色會從紅色變成藍色。因此，在比色分析法中，納米金是一種理想的顏色信號元件。近幾年來，苯硼酸以及基於苯硼酸衍生物作為糖類的識別元件的化學傳感器得到了廣泛重視。有機硼酸在水溶液中有帶電荷與不帶電荷兩種形式，其中只有帶電荷的形式可與1，2- 二羥基化合物或1，3- 二羥基化合物在水溶液中可逆性地共價結合，經脫水後形成五元或六元環狀酯。糖環結構中的順式鄰二羥基與硼酸的結合能力比簡單鏈狀鄰二羥基化合物(如乙二醇)更強，並且，硼酸來源廣泛、價格低廉、穩定性好，因此硼酸基團越來越多地被用作糖分子的識別單元。但是苯硼酸本身並不能作為信號元件完成檢測過程，因此，目前基於苯硼酸衍生物的檢測方法多需伴隨有機螢光基團、染料等信號分子，通過螢光吸收光譜來獨處識別信息。如以蒽基為螢光團的硼酸類的有機發光體用於糖識別，受體分子與糖反應生成酯後影響其光致電子轉移過程，使其螢光光譜發生明顯變化；又如，將新合成的既含有萘環又含有苯酸基的雙功能化合物自組裝成雙分子囊泡，當往囊泡內加糖之後，囊泡的螢光強度會劇烈下降。雖然這類檢測手段的檢測限和靈敏度都較高，但同時也存在著很大的局限性有機發色團成本高，修飾過程需要大量時間，檢測設備昂貴。
發明內容
本發明的目的在於提供一種用於檢測樣品中糖類物質的簡單廉價的比色分析法。此方法使用苯硼酸或苯硼酸衍生物作為糖的特異性識別元件，納米金作為信號元件。本發明的目的通過以下技術方案實現一種的納米金比色測糖法，在含有苯硼酸或苯硼酸衍生物和納米金的溶液體系中加入含糖樣品，或者向含糖樣品中加入苯硼酸或苯硼酸衍生物和納米金，樣品中的糖類物質與苯硼酸或苯硼酸衍生物結合從而抑制苯硼酸或苯硼酸衍生物和納米金的結合，使溶液顏色發生變化，通過檢測或者觀測溶液顏色的變化實現樣品中糖類物質的定量、半定量或定性檢測。所述的苯硼酸衍生物優選氨基苯硼酸，進一步優選3-氨基苯硼酸或4-氨基苯硼酸。所述的糖類物質選自單糖、寡糖、糖醇、糖脂或糖蛋白中的任意一種。所述的單糖優選葡萄糖、果糖、木糖等單糖，蔗糖、麥芽糖、海藻糖或棉子糖中的任 意一種；所述的寡糖優選蔗糖、麥芽糖、海藻糖或棉子糖中的任意一種；所述的糖醇優選山梨糖醇、木糖醇或甘露糖醇。本發明方法中，可通過檢測溶液的紫外可見光譜來檢測溶液顏色的變化。隨著苯硼酸或苯硼酸衍生物濃度的增加，納米金的吸光度比值迅速變小。這說明隨著苯硼酸或苯硼酸衍生物濃度的增加，納米金的聚集程度會加速。體系中苯硼酸或苯硼酸衍生物和納米金的摩爾濃度比範圍在2. OXlO3-L 5X IO4 lo本發明方法中，分別向含有苯硼酸或苯硼酸衍生物和納米金的溶液中加入一系列濃度的糖標準品，檢測溶液中的紫外可見光譜，得到不同濃度糖分子對應的紫外可見光譜，然後使用吸光度比值Ε52(ι/Ε65(ι作為縱坐標，糖分子濃度為橫坐標，繪製糖分子的標準曲線；採用同樣方法檢測樣品的紫外可見光譜，利用外標法實現對樣品中含糖物質的定量檢測。本發明方法中，分別向含有苯硼酸或苯硼酸衍生物和納米金的溶液中加入一系列濃度的糖標準品和含糖樣品，根據反應溶液顯色程度，通過對比含糖樣品與糖標準品反應溶液顯色程度，半定量判斷所測含糖樣品中糖類物質的含量及限度。本發明方法中，向含有苯硼酸或苯硼酸衍生物和納米金的溶液中加入樣品，如果反應後溶液顏色發生變化，則說明樣品中含有糖類物質；如果反應後溶液顏色沒有發生變化，則說明樣品中沒有含有糖類物質。本發明中，採用檸檬酸鈉還原法將氯金酸還原，製得酒紅色納米金溶液。本發明納米金比色測糖法的原理是由於合成的納米金被帶負電荷的檸檬酸根包圍，通過靜電排斥才能在溶液中保持分散，因此納米金必定對溶液的離子強度非常敏感。當溶液中的離子強度達到一定程度時，納米金表面的負電荷被中和，就會發生聚集。而苯硼酸或苯硼酸衍生物中的氮原子會吸附於納米金表面，從而破壞納米金表面的電荷平衡，納米金聚集。但是，當檢測體系中含有葡萄糖時，葡萄糖與硼酸根的結合作用使其整體帶有負電荷，從而與表面帶有負電荷的納米金粒子之間存在著靜電斥力。含糖量越高，越有利於苯硼酸或苯硼酸衍生物向帶電形式轉變，苯硼酸或苯硼酸衍生物-葡萄糖與納米金之間的靜電作用力也越強。也就是說，葡萄糖能夠有效抑制由苯硼酸或苯硼酸衍生物引起的納米金聚集。而這種抑制能力與葡萄糖的濃度有關係，在一定範圍內，葡萄糖濃度越高，其抑制納米金聚集的能力就越強。因此，可以利用葡萄糖、苯硼酸或苯硼酸衍生物以及納米金三者的相互關係，來測定各類樣品中糖類物質的含量。有益效果這種比色分析法不需要化學修飾，同時打破了常規苯硼酸或苯硼酸衍生物必須結合昂貴的有機發色團的局限性，方法簡單廉價，整個檢測過程在IOmin內就能完成，因此具有實際應用的潛力。尤其是在發展中國家及不發達國家，快速廉價的檢測手段顯得尤為必要。同時，這種比色手段還能夠設定為半定量模式，通過肉眼直接觀測其顏色的變化就能夠很好的確定檢測樣品中糖類物質是否超標，無需任何受訓的技術人員，具有很好的普遍適用性。
圖I是(a) 13nm納米金的透射電鏡圖；(b) 13nm納米金聚集後的透射電鏡圖；圖2反應溶液紫外可見光譜納米金溶液的紫外吸收峰在520nm，當加入5 μ mol/L3-氨基苯硼酸時，3_氨基苯硼酸能快速誘導納米金聚集；而在含有150 μ mol/L葡萄糖的納米金溶液中加入3-氨基苯硼酸時，葡萄糖能有效抑制3-氨基苯硼酸對納米金的聚集作用，紫外可見光譜幾乎沒有變化；圖中，AuNPs :納米金；APBA :3_氨基苯硼酸；glu :葡萄糖。圖3 是分別含葡萄糖分子(a) O μ mol/L ; (b) 15 μ mol/L ; (C) 30 μ mol/L ; (d) 45 μ mol/L ； (e) 75 μ mol/L ； (f) 150 μ mol/L 的 13nm 納米金溶液中加入 5 μ mol/L3_ 氨基苯硼酸後的紫外可見光譜(glu :葡萄糖)；由圖可見隨著葡萄糖濃度的增加，由3-氨基苯硼酸引起的納米金聚集程度不斷減弱，因此，納米金在520nm處的可見吸收峰不斷增大，而在650nm處的吸收峰不斷減弱。圖4是葡萄糖分子的標準曲線。
具體實施例方式實施例I(I)納米金的製備納米金採用檸檬酸鈉還原氯金酸法製得(見圖I)。首先，所有玻璃儀器都需要使用王水浸泡以出去玻璃容器中殘留的還原性物質。準確稱取HAuCl4 · 4H20 0. 0123g於250mL三口燒瓶中，然後三口燒瓶中加入IOOmL水。劇烈攪拌，加熱沸騰回流。準確稱取C6H5Na3O7 · 2H200. 2849g於25mL容量瓶中。取一定量的檸檬酸鈉溶液，水浴加熱到50° C後快速加入燒瓶。15min後溶液從無色到淺藍色再到紫色最後到酒紅色，繼續加熱IOmin後停止加熱，繼續攪拌IOmin後冷卻到室溫。納米金的大小與加入的檸檬酸鈉的量有關。(2)葡萄糖的檢測在納米金溶液中先分別加入一定濃度的葡萄糖溶液，然後再加入5 μ mol/L 3_氨基苯硼酸溶液，5min後檢測溶液中的紫外可見光譜，得到不同濃度葡萄糖對應的紫外可見光譜(見圖3)。然後使用吸光度比值E525/E65(i作為縱坐標，糖濃度為橫坐標，繪製糖物質的標準曲線(見圖4)。(3)樣品檢測分別對購於超市的統一冰糖雪梨(含糖12. 6%)、美汁源果粒橙(含糖10. 3%)、統一冰紅茶(含糖9. 7%)和雪碧(含糖11. 3)進行檢測，利用本方法測得的各樣品中糖含量分別為 12. 72%、10. 25%,9. 89% 和 11. 46%,通過與高效液相色譜檢測值 12. 66%、10. 29%,9. 79%、
11.34%進行對比。實驗表明，與高效液相色譜等色譜方法相比，本法樣品雖然靈敏度略微降低，但其操作簡單，成本低廉，顯著提高了檢測效率，同時準確度亦能滿足檢測要求，適用於快速測定無 糖、低糖食品中糖含量。
權利要求
1.一種納米金比色測糖法，其特徵在於在含糖樣品中加入納米金和苯硼酸或苯硼酸衍生物，苯硼酸或苯硼酸衍生物能夠有效的促使納米金髮生聚集作用，而當樣品中的糖類物質與苯硼酸或苯硼酸衍生物結合時，則能夠抑制苯硼酸或苯硼酸衍生物和納米金的結合，不同糖含量使溶液顏色發生不同的變化，通過檢測或者觀測溶液顏色的變化實現樣品中糖類物質的定量、半定量或定性檢測。
2.根據權利要求I所述的納米金比色測糖法，其特徵在於所述的苯硼酸衍生物為氨基苯硼酸，優選3-氨基苯硼酸或4-氨基苯硼酸。
3.根據權利要求I所述的納米金比色測糖法，其特徵在於所述的糖類物質選自單糖、寡糖、糖醇、糖脂或糖蛋白中的任意一種。
4.根據權利要求3所述的納米金比色測糖法，其特徵在於所述的單糖選自葡萄糖、果糖、木糖等單糖；所述的寡糖選自蔗糖、麥芽糖、乳糖、海藻糖或棉子糖中的任意一種；所述的糖醇選自山梨糖醇、木糖醇或甘露糖醇。
5.根據權利要求I所述的納米金比色測糖法，其特徵在於通過檢測溶液的紫外可見光譜來檢測溶液顏色的變化。
6.根據權利要求I所述的納米金比色測糖法，其特徵在於苯硼酸或苯硼酸衍生物和納米金的摩爾濃度比為2. OX IO3-L 5X IO4 :1。
7.根據權利要求I所述的納米金比色測糖法，其特徵在於分別向含有苯硼酸或苯硼酸衍生物和納米金的溶液中加入一系列濃度的糖標準品，檢測溶液中的紫外可見光譜，得到不同濃度糖分子對應的紫外可見光譜，然後使用吸光度比值E52tZE65tl作為縱坐標，糖分子濃度為橫坐標，繪製糖分子的標準曲線；採用同樣方法檢測樣品的紫外可見光譜，利用外標法實現對樣品中含糖物質的定量檢測。
8.根據權利要求I所述的納米金比色測糖法，其特徵在於分別向含有苯硼酸或苯硼酸衍生物和納米金的溶液中加入一系列濃度的糖標準品和含糖樣品，根據反應溶液顯色程度，通過對比含糖樣品與糖標準品反應溶液顯色程度，半定量判斷所測含糖樣品中糖類物質的含量和/或限度。
9.根據權利要求I所述的納米金比色測糖法，其特徵在於向含有苯硼酸或苯硼酸衍生物和納米金的溶液中加入樣品，如果反應後溶液顏色發生變化，則說明樣品中含有糖類物質；如果反應後溶液顏色沒有發生變化，則說明樣品中沒有含有糖類物質。
10.根據權利要求I所述的納米金比色測糖法，其特徵在於所述的納米金通過檸檬酸鈉還原法將氯金酸還原製得。
全文摘要
本發明屬於分析化學領域，涉及納米金比色測糖方法。一種的納米金比色測糖法，在含有苯硼酸或苯硼酸衍生物和納米金的溶液體系中加入含糖樣品，樣品中的糖類物質與苯硼酸或苯硼酸衍生物結合從而抑制苯硼酸或苯硼酸衍生物和納米金的結合，使溶液顏色發生變化，通過檢測或者觀測溶液顏色的變化實現樣品中糖類物質的定量、半定量或定性檢測。該方法步驟簡單，成本廉價，不需要特殊的儀器設備，亦不需要對納米金進行化學修飾，是一種在食品科學、分析化學、醫學等領域中具有廣闊應用前景的檢測方法。
文檔編號G01N21/31GK102854181SQ20121032978
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月7日 優先權日2012年9月7日
發明者黃和, 江凌, 李燕萍, 田丹碧, 李霜 申請人:南京工業大學