一种检测葡萄糖和铜的含量的方法及其应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种检测葡萄糖和铜的含量的方法及其应用。本发明的技术要点在于，在金纳米棒溶液中加入葡萄糖氧化酶作用的葡萄糖溶液，紫外光照射后，再加入铜离子溶液和硫代硫酸钠溶液，在可见-近红外区实时监测金纳米棒局域表面等离子体共振波长的变化，根据金纳米棒局域表面等离子体共振波长变化与葡萄糖浓度及铜离子浓度的关系曲线，检测葡萄糖及铜离子的浓度。将上述检测葡萄糖和铜的含量的方法应用于检测血清中葡萄糖和生物铜的含量，无需任何预处理。本发明简单经济、无需复杂的检测设备，在糖尿病诊断和治疗效果的评估方面有着非常广泛的应用前景。
【专利说明】一种检测葡萄糖和铜的含量的方法及其应用
【技术领域】
[0001]本发明属于生物化学【技术领域】，具体涉及一种通过纳米棒的局域表面等离子体共振性质的改变来检测葡萄糖和铜的含量的方法及其应用。
【背景技术】
[0002]近年来，金纳米棒因其优越的物理和化学性质受到越来越多的关注，其在光热治疗、细胞成像、基因传递、数据存储等方面都有广泛的应用前景和发展空间。金纳米棒在生物-化学传感领域有长足的发展，在生物传感方面(例如抗原抗体特异性检测)的应用得益于其对周围介质的介电常数的改变非常敏感；在化学传感方面(例如溶液中金属离子的检测)的应用是通过调节金纳米棒的等离子体性质来实现的。
[0003]糖尿病是一种由于人体的胰岛素分泌不足或者胰腺功能发生障碍而引起新陈代谢发生紊乱的非传染性慢性疾病，其作为一种高发性和高致命性疾病，受到广泛的关注。糖尿病在发病过程中，常会伴随糖尿病并发症的发生，如，糖尿病肾病、糖尿病足、糖尿病心血管等并发症，给患者健康带来极大的威胁，这也是糖尿病成为人类杀手的主要原因。血糖水平作为糖尿病检测的临床指标，受到越来越多研究者的持续关注。与此同时，越来越多的研究表明，糖尿病患者体内铜锌等微量元素的代谢也有一定的变化，血液以及排泄物中铜的含量可以作为诊断糖尿病和糖尿病患者康复过程中治疗效果的重要指标。除此之外，铜作为一种人体必需的微量元素，对于血液、中枢神经和免疫系统，头发、皮肤和骨骼组织以及脑子和肝、心等内脏的发育和功能有重要影响，铜的缺失或过量都会严重影响生物体的正常机能，因此准确及时的检测生物体液中铜的含量尤为重要。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是通过氧化刻蚀金纳米棒，改变其等离子体性质，建立了一种检测葡萄糖和铜的含量以及连续检测葡萄糖和铜的含量的方法，该方法具有很高的灵敏度和选择性，简单快速，无需任何预处理。
[0005]本发明上述目的具体是:
[0006]一、提供一种检测葡萄糖的含量的方法，该方法包括如下步骤:在金纳米棒溶液中加入葡萄糖氧化酶作用的葡萄糖溶液，紫外光照射后，在可见-近红外区实时监测金纳米棒局域表面等离子体共振波长的变化，其纵向等离子体波长逐渐蓝移，根据金纳米棒局域表面等离子体共振波长变化与葡萄糖浓度的关系曲线，检测葡萄糖的浓度，检测葡萄糖的最低浓度为0.45 μ Mo
[0007]具体地说，所述紫外光照射的功率密度为0.5-2mff/cm2,照射时间为35min。
[0008]具体地说，所述葡萄糖氧化酶作用的葡萄糖溶液是，在葡萄糖溶液中加入与葡萄糖溶液等体积的浓度为0.05mg/mL葡萄糖氧化酶，37°C水域40分钟所得。
[0009]二、提供一种检测铜的含量的方法，该方法包括如下步骤:在金纳米棒溶液中加入铜离子溶液，再加入Na2S2O3溶液，在可见-近红外区进行实时监测金纳米棒局域表面等离子体共振波长的变化，其纵向等离子体波长发生蓝移，根据金纳米棒局域表面等离子体共振波长变化与铜离子浓度的关系曲线，检测铜离子的浓度，检测铜离子的最低浓度为
IX 1(Γ10Μ。
[0010]具体地说，所述加入的Na2S2O3溶液是与铜离子溶液等体积的浓度为0.lmol/L的Na2S2O3 溶液。
[0011]三、提供一种联合检测葡萄糖和铜的含量的方法，该方法包括如下步骤:在金纳米棒溶液中加入葡萄糖氧化酶作用的葡萄糖溶液，紫外光照射后，再加入铜离子溶液和硫代硫酸钠溶液，在可见-近红外区实时监测金纳米棒局域表面等离子体共振波长的变化，根据金纳米棒局域表面等离子体共振波长变化与葡萄糖浓度及铜离子浓度的关系曲线，检测葡萄糖及铜离子的浓度，检测葡萄糖及铜离子的最低浓度分别为0.ΑδμΜ'ΙΧΙΟ,Μ。
[0012]具体地说，所述紫外光照射的功率密度为0.5-2mff/cm2,照射时间为35min ;所述葡萄糖氧化酶作用的葡萄糖溶液是，在葡萄糖溶液中加入与葡萄糖溶液等体积的浓度为
0.05mg/mL葡萄糖氧化酶，37°C水域40分钟所得；所述加入的Na2S2O3溶液是与铜离子溶液等体积的浓度为0.lmol/L的Na2S2O3溶液。
[0013]本发明的另一个目的是提供基于上述检测葡萄糖和铜的含量以及连续检测葡萄糖和铜的含量的方法的应用，建立一种检测或连续检测生物体液中葡萄糖和铜的含量的方法，能通过单一的金纳米棒局域表面等离子体共振性质的变化连续检测葡萄糖和铜的浓度，且检测过程简单方便，易于操作，在糖尿病诊断和治疗效果的评估方面有着非常广泛的应用前景。
[0014]本发明上述另一个目的具体是:
[0015]一、将检测葡萄糖的含量的方法应用于检测血清中葡萄糖的含量。
[0016]二、将检测铜的含量的方法应用于检测血清中或红细胞中铜的含量。
[0017]三、将联合检测葡萄糖和铜的含量的方法应用于检测血清中葡萄糖和生物铜的含量。
[0018]本发明的原理是，通过对氧化刻蚀金纳米棒，改变其局域表面等离子体波波长，从而达到测量的目的。首先，葡萄糖溶液在葡萄糖氧化酶的作用下产生双氧水，上述混合溶液加入到金纳米棒溶液中，紫外光照射后，双氧水在紫外照射下产生氧化性很强的羟基自由基，氧化刻蚀金纳米棒，其纵向等离子体波长逐渐蓝移；加入硝酸铜、硫代硫酸钠溶液，铜在硫代硫酸钠的作用下氧化金，产生Cu(S2O3)广，因为金纳米棒两侧的CTAB浓度大于两端的浓度，氧化反应优先发生在金纳米棒的两端，导致金纳米棒纵横比变小，纵向等离子体波长发生蓝移。
[0019]通过以上方法可以用同一金纳米棒连续检测溶液中葡萄糖和铜的浓度，继而用于检测生物体液中葡萄糖和铜的含量。该方法不仅可以检测溶液中游离的铜离子的含量，也可以检测生物样品中以络合形式存在的铜的含量。
[0020]本发明通过金纳米棒局域表面等离子体波长的变化检测葡萄糖和铜的浓度。通过该方法，可以实现连续检测生物体液中葡萄糖和铜的含量。本发明方法具有很高的灵敏度和选择性，简单快速，无需任何预处理，在糖尿病诊断和治疗效果的评估方面有着非常广泛的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本发明实施例1的金纳米棒检测葡萄糖时，其局域表面等离子体共振光谱变化图。
[0022]图2为本发明实施例1的金纳米棒检测血清中葡萄糖的含量柱状图。
[0023]图3为本发明实施例2的金纳米棒检测铜离子时，其局域表面等离子体共振光谱变化图。
[0024]图4为本发明实施例2的金纳米棒检测血清中铜的含量柱状图。
[0025]图5为本发明实施例2的金纳米棒检测红细胞中铜的含量表格。
[0026]图6为本发明实施例3的金纳米棒连续检测葡萄糖和铜时，其局域表面等离子体共振光谱变化图。
[0027]图7为本发明实施例3的金纳米棒连续检测血清中葡萄糖和生物铜含量柱状图。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。
[0029]实施例1:
[0030]取30 μ L七种不同浓度(0、l、3、10、20、33、100mM)的葡萄糖溶液，分别编号为A、B、C、D、E、F、G，在上述七种葡萄糖溶液中加入30 μ L浓度为0.05mg/mL葡萄糖氧化酶，37°C水域40分钟，在七种混合溶液中分别加入ImL金纳米棒溶液。然后将上述各组溶液在紫外灯光下照射35分钟，在可见-近红外区进行实时监测金纳米棒局域表面等离子体共振波长的变化，结果如图1所示；按照上述检测葡萄糖溶液浓度的方法，将葡萄糖溶液换作人的血清，检测不同人的血清中葡萄糖的含量，结果如图2所示。
[0031]实施例2:
[0032]取20yL 浓度为 0mol/L、l.0Xl(T8mol/L、l.0Xl(T7mol/L、l.0Xl(T6mol/L、1.0X l(T5mol/L、1.0X l(T4mol/L、1.0X l(T3mol/L 的铜离子溶液，编号为 A、B、C、D、E、F、G,
分别加入到2mL制备的金纳米棒溶液中，再分别加入20 μ L0.lmol/L的Na2S2O3溶液到各混合溶液中。在可见-近红外区进行实时监测金纳米棒局域表面等离子体共振波长的变化，结果如图3所示；按照上述检测铜离子溶液浓度的方法，将铜离子溶液换做人的血清和红细胞，检测不同人的血清和红细胞中生物铜的含量，结果如图4、图5所示。
[0033]实施例3:
[0034]在30 μ L浓度为20mM的葡萄糖溶液中加入30 μ L浓度为0.05mg/mL葡萄糖氧化酶，37°C水域40分钟，在混合溶液中加入ImL金纳米棒溶液，紫外灯光下照射35分钟，然后依次加入20 μ L浓度为1.0 X l(T3mol/L铜离子溶液和20 μ L0.lmol/L的Na2S2O3溶液,在可见-近红外区进行实时监测金纳米棒局域表面等离子体共振波长的变化，结果如图6所示，图6中，曲线A为原始金纳米棒的局域表面等离子体共振波长曲线，曲线B为与葡萄糖作用后的金纳米棒的局域表面等离子体共振波长曲线，曲线C为与含铜离子的溶液作用后的金纳米棒的局域表面等离子体共振波长曲线；按照上述步骤连续检测血清中的葡萄糖和铜的含量，结果如图7所示。
【权利要求】
1.一种检测葡萄糖的含量的方法，其特征在于包括如下步骤:在金纳米棒溶液中加入葡萄糖氧化酶作用的葡萄糖溶液，紫外光照射后，在可见-近红外区实时监测金纳米棒局域表面等离子体共振波长的变化，其纵向等离子体波长逐渐蓝移，根据金纳米棒局域表面等离子体共振波长变化与葡萄糖浓度的关系曲线，检测葡萄糖的浓度，检测葡萄糖的最低浓度为0.45 μ Mo
2.根据权利要求1所述检测葡萄糖的含量的方法，其特征在于:所述紫外光照射的功率密度为0.5-2mW/cm2，照射时间为35min。
3.根据权利要求1或2所述检测葡萄糖的的含量方法，其特征在于:所述葡萄糖氧化酶作用的葡萄糖溶液是，在葡萄糖溶液中加入与葡萄糖溶液等体积的浓度为0.05mg/mL葡萄糖氧化酶，37°C水域40分钟所得。
4.一种检测铜的含量的方法，其特征在于包括如下步骤:在金纳米棒溶液中加入铜离子溶液，再加入N%S203溶液，在可见-近红外区进行实时监测金纳米棒局域表面等离子体共振波长的变化，其纵向等离子体波长发生蓝移，根据金纳米棒局域表面等离子体共振波长变化与铜离子浓度的关系曲线，检测铜离子的浓度，检测铜离子的最低浓度为IX ΙΟ,Μ。
5.根据权利要求4所述检测铜的含量的方法，其特征在于:所述加入的Na2S2O3溶液是与铜离子溶液等体积的浓度为0.lmol/L的Na2S2O3溶液。
6.一种联合检测葡萄糖和铜的含量的方法，其特征在于包括如下步骤:在金纳米棒溶液中加入葡萄糖氧化酶作用的葡萄糖溶液，紫外光照射后，再加入铜离子溶液和硫代硫酸钠溶液，在可见-近红外区实时监测金纳米棒局域表面等离子体共振波长的变化，根据金纳米棒局域表面等离子体共振波长变化与葡萄糖浓度及铜离子浓度的关系曲线，检测葡萄糖及铜离子的浓度，检测葡萄糖及铜离子的最低浓度分别为0.ΑδμΜ'ΙΧΙΟ,Μ。
7.根据权利要求6所述联合检测葡萄糖和铜的含量的方法，其特征在于:所述紫外光照射的功率密度为0.5-2mff/cm2,照射时间为35min ;所述葡萄糖氧化酶作用的葡萄糖溶液是，在葡萄糖溶液中加入与葡萄糖溶液等体积的浓度为0.05mg/mL葡萄糖氧化酶，37°C水域40分钟所得；所述加入的Na2S2O3溶液是与铜离子溶液等体积的浓度为0.lmol/L的Na2S2O3 溶液。
8.—种如权利要求1所述检测葡萄糖的含量的方法的应用，其特征在于:将该方法应用于检测血清中葡萄糖的含量。
9.一种如权利要求4所述检测铜的含量的方法的应用，其特征在于:将该方法应用于检测血清中或红细胞中铜的含量。
10.一种如权利要求6所述联合检测葡萄糖和铜的含量的方法的应用，其特征在于:将该方法应用于检测血清中葡萄糖和生物铜的含量。
【文档编号】G01N21/552GK104132916SQ201410371264
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月31日 优先权日:2014年7月31日
【发明者】黄昊文, 陈甚娜, 赵倩, 张凌阳 申请人:湖南科技大学