一种采用蚕丝蛋白膜快速检测气体中氧气含量的方法与流程

本发明涉及到光学领域，具体涉及采用反射光谱仪对含血红蛋白的蚕丝蛋白膜进行反射测量，以快速检测气体中氧气含量的方法。

背景技术：

蚕丝蛋白是从蚕丝纤维中提取的蛋白，具有无毒性、无刺激性、且具有良好的透气透湿性和优异的生物相容性和生物可降解性。在生物技术领域，蚕丝蛋白膜可作为固定化酶的载体和制备生物传感器。

血红蛋白存在于血液的红细胞中，在红细胞成熟期间产生大量的血红蛋白，可以与氧相结合。现有技术检测氧含量的方法有很多，主要有化学法、电化学法、氧化锆浓差电池法、黄磷发光法、库仑分析法、磁式氧分析、气相色谱法和气质联用法等，传统方法费时费力，操作不便，且要求外界条件较为苛刻；有些使用寿命不长、难以重复使用、浪费资源。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明将血红蛋白固定到蚕丝蛋白中，制备了一种可以检测氧气含量的蚕丝蛋白膜，并通过反射光谱仪测定其反射光谱，以此确定气体中氧气的含量。

本发明的技术方案如下：一种采用蚕丝蛋白膜快速检测气体中氧气含量的方法，包括如下步骤：

(1)氧气传感器的制备：对蚕茧层进行两次脱胶、一次盐解，并且流水透析72h，得到体积浓度为4.1％-4.5％的蚕丝蛋白溶液，然后将体积浓度浓缩成6.8％-7.2％，将浓缩后的蚕丝蛋白溶液与血红蛋白以1:50的体积比例混合均匀后，滴加到脱膜处理后的聚碳酸酯薄片上，在烘箱中干燥成膜，即为氧气传感器；制备得到的氧气传感器为蚕丝蛋白与血红蛋白混合物的薄膜，蚕丝蛋白具有无毒性、无刺激性、且具有良好的透气透湿性和优异的生物相容性和生物可降解性，在生物技术领域，用蚕丝蛋白制备的丝素膜可作为固定化酶的载体和制备生物传感器。

(2)检测：将氧气传感器置于不同氧气浓度的混合气体中，根据反射强度和不同氧气含量的关系绘制标准曲线；再将氧气传感器置于待测气体中，根据标准曲线计算待测气体中的氧含量；

所述的标准曲线为：y＝0.82907x+27.3115。

进一步的，所述的脱胶过程中使用5wt％无水碳酸钠溶液，盐解过程中使用50wt％无水氯化钙溶液。

进一步的，所述的两次脱胶时间均为30min。

进一步的，所述的盐解时间为5min。

进一步的，所述的聚碳酸酯薄片经过如下处理：置于甲醇中超声处理2min，再置于超纯水中超声处理15min，然后在氮气流下进行干燥，最后加全氟辛基三氯硅烷进行脱膜处理。

进一步的，所述的步骤(2)检测时将氧气传感器置于待测气体中0.5小时，持续0.5小时是为了保证气体和氧气传感器作用完全，达到平衡。

进一步的，所述的氧气传感器厚度为1-3mm，其厚度与蚕丝蛋白以及血红蛋白的含量相关，含量越高，氧气传感器越厚；厚度在1-3mm之间时，检测效果最好。

本发明的有益效果如下：血红蛋白内含有血红素，血红素是含有铁的卟啉化合物，通过氧的作用，使铁变成二价和三价，从而产生光谱的变化；将血红蛋白与蚕丝蛋白结合成膜，血红蛋白无需保存在水溶液中，在蚕丝蛋白干燥膜内就可以保存其生物活性，可以可逆的结合氧，如果结合其它蛋白则没有这种特性，血红蛋白将变性失去携带氧的功能；另外，本发明的干燥膜保存和携带都非常方便安全。不同含量氧气和氮气的混合物，随氧含量的升高，反射光谱峰高升高。本发明利用血红蛋白携带氧气的特性，将其固定在蚕丝蛋白中，对空气中氧气含量进行测定，方法简便、测定准确，而且所用材料皆为生物材料，绿色环保，且使用寿命较长，其应用价值较大，前景较好。

附图说明

图1为采用紫外光谱仪检测蚕丝蛋白溶液和含有血红蛋白的蚕丝溶液的光谱图；

图2为本发明制备得到的氧气传感器；

图3为检测不同气体氧气含量的标准曲线；

图4为检测不同氧气含量的气体得到的反射光谱图；

图5为实施例3检测气体中氧气含量的反射光谱图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但本发明不以任何形式受限于实施例内容。实施例中所述试验方法如无特殊说明，均为常规方法；如无特殊说明，所述试剂和生物材料，均可从商业途径获得。

实施例1

制备氧气传感器

(1)配制5wt％的无水碳酸钠溶液200mL，煮沸，放入6.0g蚕茧层进行第一次脱胶30min，将得到的不完全脱胶蚕丝蛋白，在55℃烘干1h。

(2)按照第一次脱胶的方法进行第二次完全脱胶处理，得到完全脱胶的蚕丝蛋白，55℃烘干1h备用。

(3)配制50wt％的无水氯化钙溶液40ml，煮沸，放入完全脱胶的干燥丝素蛋白，溶解，煮5min，使完全脱胶的丝素蛋白变成溶液。

(4)将得到的溶液转移到透析袋中，流水透析72h，最后将得到的蚕丝蛋白溶液进行浓缩，得到体积浓度为7.0％的蚕丝蛋白溶液，对此蚕丝蛋白溶液进行检测，如图1中曲线a。

(5)将浓缩后的蚕丝蛋白溶液与血红蛋白以1:50的体积比混合均匀后，此混合液进行检测如图1中曲线b，将混合液滴加到脱膜处理后的聚碳酸酯薄片上，在烘箱中干燥成膜，即为氧气传感器，厚度约为2mm如图2所示。

实施例2

绘制标准曲线

(1)将氧气传感器分别置于氧气含量为10％、20％、30％、40％、50％的氮氧混合气体中，0.5h后取出，通过用USB4000光纤光谱仪，得到反射强度和氧气含量的关系，标准曲线如图3，光谱图见图4。

实施例3

将待检测的空气通入放置有实施例1制备的氧气传感器的密闭空间中，持续通入0.5小时，通过用USB4000光纤光谱仪进行检测，检测图如图5所示，根据标准曲线计算气体中氧气的含量，计算结果为：21.3％，(实际空气中氧气含量21.7％)，说明本发明检测氧气的方法误差小，结果准确。