环糊精修饰的全息传感器定量分析生物试样中布洛芬的方法与流程

本发明涉及一种β-环糊精修饰的全息传感器定量分析生物试样中布洛芬的方法，属于药物分析检测技术领域。

背景技术：

药物分析涉及血浆或尿液等生物体液中药物的定性和定量分析，对于获取和评价药物利用率、等效性和药代动力学数据具有重要的意义。布洛芬(2-(4-异丁基苯基)丙酸)是一种常用的解热镇痛非甾体类抗炎药，具有缓解急性和慢性疼痛、风湿及肌肉疼痛等疗效。尽管它具有显著的药效，但不合理或过量服用可能会产生各种不良反应，主要表现为胃肠道反应、肾损害、肝损害、心血管事件等。而且，它属于非处方药，价廉易得，具有过量服用导致自杀或谋杀等犯罪行为的风险。研究表明，布洛芬在血浆中的有效用药质量浓度为10～50μg/ml，当其质量浓度超过200μg/ml时，毒副作用明显。同时，药代动力学研究发现，60％的布洛芬将在用药后24h内排出，其中66％经尿液排出，剩余的经粪便排出。

目前，已报道的传统布洛芬的主要检测方法有固相萃取和液相萃取等，这些传统的检测方法存在检测灵敏度不够、操作复杂耗时、依赖精密贵重仪器、需专业人员进行操作等缺点，常常不能满足研究分析和临床检测的要求。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种β-环糊精修饰的全息传感器定量分析生物试样中布洛芬的方法，简单快速、操作灵活多样，能实现即时检测。.

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

β-环糊精修饰的全息传感器定量分析生物试样中布洛芬的方法，主要步骤如下：

(1)对载玻片表面进行硅烷化修饰；

(2)以羟乙基甲基丙烯酸酯为聚合物单体在交联剂、引发剂的作用下，在步骤(1)所得硅烷化修饰后的载玻片表面原位合成羟乙基甲基丙烯酸酯聚合物；

(3)将金纳米颗粒负载于步骤(2)所述载玻片表面的聚合物中，然后利用倍频nd:yag激光对其进行照射，得到反射全息传感器；

(4)将β-环糊精修饰于步骤(3)所得反射全息传感器中，得到β-环糊精修饰的全息传感器；

(5)将步骤(4)所得β-环糊精修饰的全息传感器分别放入配制好的一系列不同质量浓度的布洛芬标准溶液中，采用反射分光光度仪照射该β-环糊精修饰的全息传感器记录反射波长；然后以反射波长λ作为纵坐标，以对应布洛芬标准溶液的质量浓度c为横坐标，绘制标准曲线；

(6)将步骤(4)所得β-环糊精修饰的全息传感器放入待测溶液中，采用反射分光光度仪照射后，将所得反射波长代入步骤(5)所得标准曲线中，计算得到待测样品中布洛芬的质量浓度。

按上述方案，所述步骤(1)中硅烷化修饰方法为：将载玻片浸于含硅烷试剂的有机溶剂中进行表面修饰，从而得到硅烷化修饰后的载玻片。优选地，有机溶剂为对硅烷试剂具有良好的分散能力且本身具有一定的挥发性，如丙酮等；硅烷试剂通常选择3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基丙烯酸酯，配制质量浓度范围为1～5％。其中，硅烷化修饰的反应时间为9～12h，反应温度为20～30℃。

按上述方案，所述步骤(2)中：单体为羟乙基甲基丙烯酸酯(hema)，交联剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯(edma)，引发剂为2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮(dmpa)，引发剂溶于异丙醇溶剂中，交联剂的摩尔用量占交联剂和单体摩尔总量的1～3％，引发剂的质量浓度为1～1.5％。其中，原位合成的反应条件为光聚合，选用的光波长为350～370nm，聚合时间为20～60min。

按上述方案，所述步骤(3)中金纳米颗粒的负载方法为：将氯金酸钠溶液充分扩散至步骤(2)所述载玻片表面的聚合物中，然后将分散在聚合物中的金盐还原为金纳米颗粒，并洗涤除去未反应的试剂和残留的金盐。其中，氯金酸钠溶液的质量浓度为2～4％，溶剂为水和/或异丙醇；扩散采用浸润的方式，浸润时间为3～6min；优选采用抗坏血酸钠水溶液作为还原剂；负载结束的终点为：金纳米颗粒大小在50～90nm范围内，聚合物呈紫色，采用体积浓度为3～7％的乙酸水溶液终止负载反应；洗涤依次采用水和质量浓度为8～12％的五水硫代硫酸钠水溶液。

按上述方案，所述步骤(3)中具体照射条件为：将载玻片的负载有金纳米颗粒的聚合物面朝下，以倾斜角为6～8°完全浸没于水中，保持静置状态30～50min，用能量为258mj，波长为532nm的倍频nd:yag激光q-开关模式(q-switching)对其进行照射。

按上述方案，所述步骤(4)中修饰方法为：将步骤(3)所得反射全息传感器浸入单六位取代的巯基化β-环糊精(β-cd-sh)水溶液中30～50min，利用au-s键，将β-环糊精引入反射全息传感器中。其中，β-cd-sh水溶液的质量浓度为5～10％。

按上述方案，所述步骤(5)中一系列不同质量浓度的布洛芬标准溶液，线性范围为5～350μg/ml，ph范围为4.5～8.5，离子强度范围为10～250mm。其中，ph可以通过酸性缓冲溶液调节，利用dmso辅助布洛芬溶解到酸性缓冲溶液中。

按上述方案，所述步骤(5)、步骤(6)记录反射波长的方法优选为：采用反射分光光度计记录反射波长。

按上述方案，当对布洛芬浓度的精确度要求不是非常严格时，所述步骤(5)、步骤(6)中，可以利用高分辨数码相机对β-环糊精修饰全息传感器在不同浓度的布洛芬标准溶液中进行拍照、记录，然后，同样对β-环糊精修饰全息传感器在待测样品中拍照，根据照片的颜色判断待测样品中布洛芬的大致浓度范围。因此，利用高分辨数码相机拍摄的β-环糊精修饰全息传感器的颜色，可以直观、快速、“试纸式”地指示布洛芬浓度。

按上述方案，所述待测样品为生物样品如血浆和尿液等，需简单的过滤，并利用与生物试样相同ph和相同离子强度的磷酸盐缓冲溶液稀释和离心处理，即可进行检测。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明利用β-环糊精和布洛芬之间具有强的相互作用和大的结合常数，将β-环糊精通过化学键稳定地修饰到全息传感器中，得到了一种可以对布洛芬具有良好响应的全息传感器，准确定量分析生物试样中布洛芬，方法简单且灵活，同时避免了复杂的待测样品前处理过程，生物样品如血浆和尿液仅需简单的过滤、稀释和离心处理，即可进行检测。

2.方法学结果表明，本发明所提供的方法对布洛芬进行检测时，得到了良好的线性关系(相关系数大于0.9990)，高的加标回收率(93.1～105.4％)和良好的日内、日间精密度(rsds为7.53～10.35％)，对生物试样中布洛芬进行检测时，得到相对回收率为76.1～108.7％，表明样品溶液的基质对其干扰较小，可以应用于较为复杂的基质。

3.本发明利用反射分光光度计或者数码相机对β-环糊精修饰的全息传感器在不同布洛芬浓度中(正常、毒性、高毒性)的反射光进行记录，可以得到明显的颜色变化，表明该方法可以用于临床即时检测；同时，全息传感器的装置结构灵活多样，可以制成直读型和便携型，医疗工作者不需要进行复杂的样品分析即可得到第一手的医疗信息，甚至患者自己可以根据全息传感器的响应给出及时的应对措施，降低风险。

4.本发明用于定量分析布洛芬的β-环糊精修饰的全息传感器的波长在15min可以回到小于初始点±1nm处，可逆性好，可以重复使用。

附图说明

图1为反射分光光度计(avespec2008)的构造图。其中，(a)控制光束b的光强度；(b)用于给出一定强度的可见光，型号为avalight-hal-s；(c)规格为600μm直径、1m长，sma终端的电缆，用于将可见光聚集照射全息传感器识别元件；(d)样品池(盛放比色皿)；(e)接收反射光；(f)样品池角度调节旋钮；avasoft(version7.2)用于记录和分析反射光的波长和强度。

图2为反射全息传感器的制备装置图。

图3为实施例中β-环糊精修饰的全息传感器对ph为7.5的磷酸盐缓冲溶液(a)和ph为7.5的血浆(b)中布洛芬的响应曲线，样品溶液和空白溶液所得反射波长的差值即为样品溶液的波长迁移值。

图4为β-环糊精修饰的全息传感器对血浆布洛芬响应的动力学考察结果。其中，布洛芬的加标质量浓度为350μg/ml。

图5为实施例中β-环糊精修饰的全息传感器对ph为6.5的磷酸盐缓冲溶液(a)和ph为6.5的尿液(b)中布洛芬的响应曲线，样品溶液和空白溶液所得反射波长的差值即为样品溶液的波长迁移值。

图6为β-环糊精修饰的全息传感器对尿液中布洛芬响应的动力学曲线。其中，布洛芬的加标质量浓度为350μg/ml。

图7为利用数码相机拍摄的β-环糊精修饰的全息传感器对含布洛芬正常浓度、毒性浓度和高毒性浓度的血浆和尿液样品的图片。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。

下述实施例中所采用的具体试剂、实验仪器等如下所述。

1、试剂

聚合物单体羟乙基甲基丙烯酸酯(hema)、交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯(edma)、引发剂2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮(dmpa)、硅烷试剂3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基丙烯酸酯、四氯金酸钠二水合物、五水硫代硫酸钠(hypo)均购自aldrich化学试剂公司，异丙醇购自fisher科技公司，抗坏血酸钠购自bdh公司。

2、实验仪器

显微镜载玻片(规格为：长76mm，宽26mm，厚度为1～1.2mm)；镀铝聚酯薄膜(厚度为100μm)；紫外照射装置(350～370nm,型号为555-279)；ph计(hi213ph/mv/℃，带有玻璃电极和温度探针)，使用前用三个矫正溶液(ph4.01,ph7.01,ph9.18)矫正；倍频nd:yag激光(350mj,532nm,宽泰)用于反射全息传感器的制备；尼康数码相机(d800)。

3、布洛芬标准溶液和样品溶液的配制

3.1质量浓度范围为5～350μg/ml布洛芬标准溶液的配制

布洛芬为一种酸类化合物，其pka约为4.5左右，因此，在ph为3.5～4.5范围内，大部分布洛芬呈分子状态，疏水性强(logp＝3.7)，在水中溶解度小，因此，本发明中利用10％dmso辅助布洛芬溶解到酸性缓冲溶液中。

具体操作如下：准确称取相应质量的布洛芬溶于dmso中，配制质量浓度分别为50μg/ml、100μg/ml、300μg/ml、500μg/ml、1000μg/ml、1500μg/ml、2000μg/ml、2500μg/ml、3000μg/ml、3500μg/ml的标准样品溶液。分别准确移取1.00ml的上述溶液于9.00ml的离子强度为111mm，ph为3.5的磷酸盐缓冲溶液中，得到离子强度为100mm，ph为3.5，质量浓度为5μg/ml、10μg/ml、30μg/ml、50μg/ml、100μg/ml、150μg/ml、200μg/ml、250μg/ml、300μg/ml、350μg/ml的布洛芬标准溶液。离子强度为100mm，ph为3.5，10％dmso(v/v，体积分数)的磷酸盐缓冲溶液作为空白样品溶液。

按照相同的操作，配制相同质量浓度范围，ph分别为4.5，5.5，6.5，7.5和8.5的10％dmso(v/v，体积分数)布洛芬标准溶液和空白样品溶液，离子强度均为100mm。

3.2加标血浆样品的制备

将购买的血浆(h4522-100ml,sigma-aldrich)在冰浴下缓慢解冻，用经0.22μm的滤膜过滤后，用离子强度为100mm，ph为7.5的磷酸盐缓冲溶液稀释一倍后，涡旋混匀后，在3600rcf，4℃下离心10min，小心地将上层清液取出，作为血浆样品。

为保证样品溶液的ph和离子强度相同，向血浆样品中加入相同体积、不同质量浓度的布洛芬标准溶液(离子强度为100mm，ph为7.5)，得到不同加标浓度的血浆样品。

血浆样品和离子强度为100mm，ph为7.5的磷酸盐缓冲溶液等比例混合液作为空白样品溶液。

3.3加标尿液样品的制备

由于人体尿液的ph为5.5～7，平均值为6.2。因此，按照人工尿液中各成分的比例，配制ph为6.5的尿液样品。

为保证样品溶液的ph和离子强度相同，向尿液样品中加入相同体积、不同质量浓度的布洛芬标准溶液(离子强度为100mm，ph为6.5)，得到不同加标浓度的尿液样品。

尿液样品和离子强度为100mm，ph为6.5的磷酸盐缓冲溶液等比例混合液作为空白样品溶液。

实施例

1、硅烷试剂修饰的载玻片的制备

将载玻片平铺于托盘中，倒入适量的2％(v/v)硅烷试剂的丙酮溶液，均匀晃动托盘，使载玻片完全浸于丙酮溶液，稍倾斜，将丙酮吸出后，将托盘室温下放于暗室中。过夜后，用去离子水清洗后，擦干，放于载玻片小盒中备用。

2、聚合物的制备

准确用移液枪将体积比为99:1的聚合物单体hema和交联剂edma移入1.5ml的道夫管中，加入等体积的2％dmpa异丙醇溶液(w/v，质量体积比)，用涡流器混合均匀。准确用移液枪吸出100μl，滴加在镀铝聚酯薄膜表面上，将硅烷化的玻片小心压在上述溶液表面，尽量避免气泡的产生，溶液在载玻片压力的作用下，均匀扩散至整个玻片，小心移至紫外照射装置下，在350nm下光聚合40min。聚合完成后，将载有聚合物的载玻片从薄膜上取下来，置于室温中，挥发至干燥，用去离子水和乙醇清洗，除去残留的溶剂，室温中挥发至干燥，备用。

3、金纳米颗粒聚合物的制备

将300μl的2％naauclo4·2h2o(w/v)水溶液准确移至干净的、表面平整的玻璃片上，将上述制备的载有聚合物的载玻片小心压于上述溶液表面，小心轻压，使金盐溶液扩散至整个聚合物。4min后，移开载玻片，用无屑纸擦掉表面粘附的溶液，并用温风吹干。将载玻片聚合物表面朝上浸入2％(w/v)抗坏血酸钠水溶液中，抗坏血酸钠将分散在聚合物中的金盐还原为金纳米颗粒，金纳米颗粒大小约为70nm，聚合物呈紫色。当聚合物的颜色不再加深时，取出，放入5％(v/v)乙酸水溶液中约1min，乙酸水溶液作为停止剂，防止金纳米颗粒的继续增大。取出载有聚合物的载玻片，用去离子水冲洗干净后，放入10％(w/v)五水硫代硫酸钠水溶液中均匀晃动2min，将未反应的试剂和残留的金盐清洗掉，取出载玻片，用大量的去离子水清洗。

4、反射全息传感器的制备

将上述载玻片聚合物表面朝下，放入图2所示反射全息传感器的制备装置中，倾斜角约为6°，调节位置，使该装置能够在激光照射的范围内，轻轻加入适量的去离子水，完全浸没载玻片，保持该状态静置30min。用能量为258mj，波长为532nm的倍频nd:yag激光q-switching模式对上述所制备的金纳米颗粒聚合物进行单次照射，均匀移动装置的位置，静置2min后，再次用相同能量的激光单次照射，重复至整个载玻片均匀地被激光照射，得到反射全息传感器。在暗室中白炽灯下观察反射全息传感器的反射光为明亮的单一绿色。

5、β-环糊精修饰反射全息传感器的制备

准确称取0.1g的单六位取代的巯基化β-环糊精(β-cd-sh)溶于1ml去离子水中，得到质量浓度为10％(w/v)的β-cd-sh水溶液。准确移取100μlβ-cd-sh水溶液滴于干净平整的玻璃片表面，将反射全息传感器的聚合物面朝下压于β-cd-sh水溶液表面，使金纳米颗粒和β-cd-sh发生化学反应，形成au-s键，40min后，移开玻璃片，从而把β-环糊精修饰到反射全息传感器中，得到β-环糊精修饰反射全息传感器。

6、β-环糊精修饰反射全息传感器信息的记录

采用反射分光光度仪照射全息传感器记录反射波长。反射分光光度仪结构如图1所示。具体操作步骤为：用玻璃割刀切下上述制备的宽约为6mm的β-环糊精修饰反射全息传感器，将其玻片面擦干后，紧贴垂直放入紫外比色皿中，下端应紧贴比色皿底部，玻片和紧贴的比色皿间保证没有气泡，而且样品溶液不会进入，减少对入射光的干扰。向比色皿中准确移入1.5ml的去离子水，调节入射电缆、样品池和接收光缆的位置，找到传感器的反射峰。固定三者的位置，检测过程中用水循环仪维持样品溶液的温度为30℃，平衡采集β-环糊精修饰反射全息传感器的信号(即将β-环糊精修饰反射全息传感器置于比色皿中)15min，取最后2min波长和强度的平均值作为该组的光谱数据，记录数据。

采用相同的方法，向比色皿中加入待测样品进行检测。

7、β-环糊精修饰的全息传感器对血浆中布洛芬的测定

7.1方法学考察

如图3，β-环糊精修饰的全息传感器对加标血浆样品和标准溶液中的布洛芬响应值和目标物的质量浓度呈现出良好的关系，方程式分别为：λ＝-0.0002c²+0.155c，相关系数为0.9990；λ＝-0.0003c²+0.185c，相关系数r为0.9991。

接下来，对β-环糊精修饰的全息传感器测定血浆中的布洛芬的方法学进行了考察。选择三个质量浓度(30μg/ml、100μg/ml和300μg/ml)布洛芬标准溶液分别代表低、中和高浓度，通过一天内连续三次测定和连续三天分别测定对方法的日内和日间精密度进行考察，实验获得的日内精密度的rsds小于7.69％，日间精密度的rsds小于10.35％。

分别将三个不同质量浓度的布洛芬标准溶液加入空白血浆样品中，利用β-环糊精修饰的全息传感器对其进行测定，得到波长的迁移值，代入上述方程式，得到布洛芬的理论质量浓度，根据布洛芬的加标和理论质量浓度，计算相应的回收率，每个质量浓度水平平行三次。实验得到，该方法对血浆中布洛芬检测的回收率为94.63～104.26％，rsd小于8.63％。

接下来，通过相对回收率考察基质对β-环糊精修饰的全息传感器检测效果的影响，即利用该传感器对含有相同布洛芬质量浓度的血浆和缓冲溶液进行测定，通过获得的波长迁移量和方程，分别得到其理论质量浓度，根据两者的理论质量浓度的比值得相对回收率。结果表明，该方法对血浆中布洛芬测定的相对回收率为76.12～90.87％，因此，β-环糊精修饰的全息传感器可以应用于血浆中药物的检测。

为了考察布洛芬在血浆样品中的稳定性，将上述加入三个不同布洛芬质量浓度的血浆样品在-20℃下冷冻24h，冰浴下缓慢解冻，取出部分样品进行测定。剩余样品再于-20℃下冷冻24h，解冻后测定，如此，重复三次，得到的波长迁移值的rsds小于11.64％，因此，布洛芬在血浆药品中经过三次的冷冻-解冻仍能稳定存在。

7.2可逆性考察

通过连续三次测定布洛芬加标量为350μg/ml的血浆样品溶液，对β-环糊精修饰的全息传感器的响应速度和可逆性进行考察，实验结果如图4所示。可知：β-环糊精修饰的全息传感器对布洛芬的响应速度很快，约5min内即可完成响应；加入空白样品溶液，由于测定在ph为7.5条件下，布洛芬呈离子状态，在缓冲溶液中溶解度较高，且聚合物的交联程度低，光栅间距大，溶胀度高，因此，β-环糊精修饰的全息传感器的波长在15min可以回到小于初始点+1nm处，可逆性好，可以重复使用。

8、β-环糊精修饰的全息传感器对尿液中布洛芬的测定

8.1方法学考察

如图5所示，β-环糊精修饰的全息传感器对加标尿液样品和标准溶液中的布洛芬的响应值和目标物的质量浓度呈现出良好的关系，方程式和相关系数分别为：λ＝-0.0002c²+0.137c，相关系数r为0.9991；λ＝-0.0002c²+0.140c，相关系数r为0.9991。

接下来，对β-环糊精修饰的全息传感器测定尿液中的布洛芬的方法学进行了考察。同样选择了三个质量浓度为30μg/ml、100μg/ml和300μg/ml布洛芬标准溶液分别代表低、中和高质量浓度，通过一天内连续三次测定和连续三天分别测定对方法的日内和日间精密度进行考察，实验获得的日内精密度的rsds小于7.53％，日间精密度的rsds小于9.66％。

分别将三个不同质量浓度的布洛芬标准溶液加入空白尿液样品中，利用β-环糊精修饰的全息传感器对其进行测定，均水平平行三次，根据得到的波长的迁移值，分别计算其回收率，结果表明，该方法对尿液中布洛芬检测的回收率为93.12～105.35％，rsd小于9.12％。

向尿液和磷酸盐缓冲溶液中加入相同体积、相同质量浓度的布洛芬标准溶液，然后进行测定，通过获得的波长迁移量和方程，分别得到其理论质量浓度，两者的理论质量浓度的比值得相对回收率。实验结果表明，该方法对尿液中布洛芬测定的相对回收率为77.27～108.74％，因此，β-环糊精修饰的全息传感器可以应用于尿液中药物的检测。

8.2可逆性考察

通过连续三次测定布洛芬加标量为350μg/ml的样品溶液，对β-环糊精修饰的全息传感器的响应速度和可逆性进行考察，实验结果如图6所示，可知：β-环糊精修饰的全息传感器对布洛芬的响应速度很快，约7min内即可完成响应；加入空白样品溶液，β-环糊精修饰的全息传感器的波长在15min可以回到小于初始点+1nm处，可逆性好，可以重复使用。

综上所述，本发明提供了一种快速、简单且灵活的布洛芬即时检测方法，利用激光制备了一种可以对布洛芬具有良好响应的β-环糊精修饰反射全息传感器，通过控制检测条件将其应用于血浆和尿液中布洛芬的检测时，得到了良好的线性关系，高的加标回收率和良好的日内、日间精密度。并且，通过对其加标回收率的测定可知，生物样品溶液的基质对其干扰较小，可以应用于较为复杂的基质。

9、数码相机记录β-环糊精修饰的全息传感器对血浆和尿液中布洛芬的响应

配制含有正常浓度(50ug/ml)、毒性浓度(200ug/ml)和高毒性浓度(350ug/ml)布洛芬的加标血浆样品和加标尿液样品，其中，加标血浆样品的ph为7.5，离子强度为100mm，加标尿液样品的ph为6.5，离子强度为100mm。采用数码相机记录β-环糊精修饰的全息传感器对加标血浆样品和加标尿液样品中布洛芬的响应。具体操作步骤为：用玻璃割刀切下上述制备的宽约为6mm的β-环糊精修饰反射全息传感器，紧贴紫外比色皿壁，垂直放入；然后，向比色皿中准确移入1.5ml配制好的加标血浆样品或加标尿液样品，调节入射电缆、样品池和接收光缆的位置，找到传感器的反射峰；接着，固定入射电缆和样品池的位置，在接收光缆位置，固定好数码相机，用水循环仪维持样品溶液的温度为30℃，15min后按下快门进行拍摄、记录，结果如图7所示。

如图7所示，在血浆和尿液样品中，布洛芬的浓度处于正常浓度时为拍摄图片的颜色为绿色，处于毒性浓度时为拍摄图片的颜色为橙色，处于高毒性浓度时为拍摄图片的颜色为橙红色，布洛芬浓度越高，拍摄图片的颜色波长增加。所以，根据拍摄图片的颜色，可以直观、快速、“试纸式”地指示布洛芬大致浓度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。