一种基于金纳米棒SERS基底对人体体液中毒品的检测方法与流程

本发明涉及一种sers基底清洗的方法，具体涉及一种基于金纳米棒sers基底对人体体液中毒品的检测方法。

背景技术：

毒品，是一个让人闻之色变的话题。目前，全球范围内毒品泛滥形势严峻，我国也不例外，尤其是近几年随着我国成为世界第一大贸易国，商品流通更加频繁，毒品往往随着各种物流渠道进入毒品交易市场。其中，作为使用量最大的人工合成类毒品，以摇头丸、冰毒为代表的苯丙胺类毒品，氯胺酮类更是有本土化和以及生产量和消费量在逐年增加的趋势。而在毒品交易和毒品使用过程中，往往由于比较隐蔽或者残留量较少难以检测，从而对打击毒品犯罪带来一定的阻碍。因此，对毒品快速有效的进行检测对打击毒品犯罪、开展禁毒和戒毒工作具有重要意义。

目前的检测方法都存在一定的局限性，不能满足市场上的需求，考虑到毒品滥用的更严格的规章，并鉴于检测的灵敏度和实用性，研究更准确的快速分析技术具有着很大的吸引力。表面增强拉曼散射surface-enhancedramanscattering（简称sers）是一种具有表面选择性的特殊光学增强效应，能将吸附在金属纳米结构表面上分子的拉曼信号异常地增强几个至十几个数量级（平均为10⁴～10¹⁰，甚至高达10¹⁵）。

因此，基于表面增强拉曼散射的光谱它既具有普通拉曼光谱具有的性质，特异性强、样品量少、不损害样品等特点，又具有比普通拉曼光谱更强检测极限，能够实现皮克（pg）或皮摩尔（pmol/l）的检测，其检测领域更宽更广。目前，有人在实验中已经实现了单分子检测，这就使得表面增强拉曼散射光谱向更深的领域如生命科学、化学化工、国防安全、环境工程等以及威胁到人类安全的其它领域的应用。一般来说，合成类毒品均具有相当丰富的拉曼光谱特征峰。sers分析法对样品具有无损、快速、量小和基底易制备等特点，能快速识别隐藏于各种粉末、溶液中的毒品，是现场快速鉴定的有效方式。对于较低浓度的毒品，我们可以通过sers技术，即用纳米结构贵金属构筑的表面增强基底来使得待测物的信号增强以降低检出限。

近年来，各向异性纳米粒子，尤其是金纳米棒（aunrs），已经吸引了越来越多研究者的关注。金纳米棒有着独特的光学和电子特性，并且这些特性和它们的形状、大小和长径比有着很大的依赖关系。合成金纳米棒时需要加入保护剂十六烷基三甲基溴化铵（ctab），而ctab有较强的的sers谱峰，向金纳米棒溶胶中加入硼氢化钠溶液，au—h将取代au—n，从而会大大降低金纳米棒的背景信号，从而为检测低浓度的毒品提供可能。所以为了提高其检测质量，先要寻找合适的清洗剂对金纳米棒进行洗涤，降低其背景信号；同时还要考虑将金纳米棒表面的活性剂十六烷基三甲基溴化铵去除后，对金纳米棒的稳定保存，再将其用于人体体液中残留毒品的检测，提高检测的灵敏度和重复性。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种基于金纳米棒sers基底对人体体液中毒品的检测方法。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案予以实现的。

一种基于金纳米棒sers基底对人体体液中毒品的检测方法，包括以下步骤：

（1）合成不同长径比且具有sers活性的金纳米棒溶胶；

（2）将金纳米棒溶胶与清洗剂进行混合、超声振荡，然后对混合物进行离心清洗；

（3）将清洗后的混合物分散于稳定剂中进行稳定放置，然后取分散液离心清洗，最后滴在清洁的硅片上，干燥后得sers基底；

（4）取人体尿液，向其中加入有机溶液，混均后离心，取上层清液；

（5）向上层清液中加入碱溶液，摇匀后再加入有机萃取剂，震荡萃取；将萃取液离心后，取其有机层溶液；

（6）将有机层溶液滴加到步骤（3）中的sers基底上，利用拉曼光谱仪进行sers检测。

进一步方案，所述步骤（3）中清洁的硅片是指硅片先经新鲜王水浸泡至少2h后再洗净，然后用浓硫酸洗液浸泡1h去除表面的有机物，最后用大量的超纯水清洗后用氮气吹干。

进一步方案，所述步骤（2）中金纳米棒溶胶的合成方法如下：

i)首先将ctab溶液（十六烷基三甲基溴化铵）和haucl4混合，然后迅速注入新鲜配制的nabh4溶液，快速搅拌混合，得种子溶液；

ii)配制ctab表面活性剂溶液，将其均等分为6份；然后向每份ctab表面活性剂溶液中依次加入等量的haucl4溶液、不等量的agno3溶液和等量的抗坏血酸，当溶液颜色迅速由黄色变为无色时，表明三价的金离子被还原成一价金离子，得到6份生长溶液；

iii)取等量的种子溶液分别加入到6份生长溶液中，在温水浴中静置生长，则获得了长径比不同的纳米棒。

进一步方案，所述步骤（2）中的清洗剂选自硼氢化钠溶液、羟胺或盐酸羟胺。

进一步方案，所述步骤（3）中的稳定剂选自柠檬酸钠溶液、单宁酸或聚乙二醇。

所述步骤（5）中的有机溶液为丙酮，其加入量为每0.8ml人体尿液中加入0.2-0.6ml；

所述碱溶液为强碱溶液、强碱弱酸盐、弱碱性溶液中的一种，其加入量为每1ml上层清液中加入10-100μl；强碱溶液包括氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡等；强碱弱酸盐包括磷酸盐、碳酸盐缓冲液等；弱碱性溶液如氨水。

所述有机萃取剂选自脂肪烃类、脂环烃类、氯化烃类、醚类、脂类中的一种，其加入量为每1ml上层清液中加入50-100μl。其中脂肪烃类包括戊烷、己烷、辛烷等、脂环烃类如环己烷、氯化烃类包括二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、四氯乙烯等、醚类包括乙醚、环氧丙烷等、脂类包括乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯等。

进一步方案，所述步骤（6）中拉曼光谱仪的激发光波长为785nm。

金纳米棒溶胶的合成方法具体为：

i)将10ml0.1m的ctab溶液和质量分数为0.01%的haucl4混合，然后迅速注入0.6ml0.01m新鲜配制的nabh4溶液，保持急速搅拌均匀后置于室温，作为种子溶液；

ii)配制6份相同的10ml0.1m的ctab表面活性剂溶液，先均加入0.2ml质量分数为0.01%的haucl4，然后向其中分别加入80μl、90μl、100μl、110μl、120μl、130μl0.008m的agno3溶液；之后再均加入0.06ml0.1maa；当溶液的颜色迅速由黄色变为无色，这表明三价的金离子被还原成一价金离子，则得到生长溶液；

iii)最后取12μl种子溶液分别加入到各个生长溶液中，在29℃的温水浴中静置生长4h，结果就获得了长径比不同的纳米棒。

本发明利用拉曼光谱仪进行sers检测能检测出人体尿液中毒品包括苯丙胺类（包括苯丙胺、甲基苯丙胺、3,4-亚甲基二氧基苯丙胺、3,4-亚甲二氧基甲基苯丙胺、甲卡西酮等）、可卡因（包括可卡因游离碱、盐酸可卡因等）、吗啡类（包括盐酸二乙酰吗啡、二甲基化吗啡或其他吗啡类衍生物）、可待因、大麻、四氢大麻酚、那可汀、咖啡因、盐酸氯胺酮。

本发明合成的金纳米棒溶胶的长径比不同，从而具有独特的lspr吸收峰，是用于毒品检测的较佳sers增强基底，并提高检测灵敏度和重现性。

本发明将金纳米棒溶胶与清洗剂进行混合，金纳米棒溶胶表面的活性剂被取代，从而保护剂的sers峰强度大大降低，即金纳米棒作为基底的背景信号得到降低，使得检测灵敏度、重现性均极大提高。其中清洗剂硼氢化钠作为还原剂，能与金纳米棒表面多种氧化物发生反应，且au—h将取代au—n，去除金纳米棒表面的活性剂十六烷基三甲基溴化铵，从而背景信号大大降低。

而柠檬酸钠、单宁酸或聚乙二醇常用作金纳米颗粒的保护剂，其sers信号弱，故可作为本发明中去除表面活性剂的金纳米棒的稳定剂。

本发明利用硼氢化钠溶液处理过的金纳米棒作为sers基底检测处理后的人体尿液中毒品，其科学原理分析为：

一、将硼氢化钠溶液与金纳米棒溶胶混合，由于au—h的结合能大于au—n的结合能，硼氢化钠会取代包裹在金纳米棒表面的活性剂十六烷基三甲基溴化铵，纳米颗粒在硅片上自然干燥后作为sers基底，背景信号也就是十六烷基三甲基溴化铵的sers信号极大降低。

二、硼氢化钠的存在取代了金纳米棒的表面活性剂也即保护剂，使得处理过的金纳米棒稳定性降低，因此我们需要寻找合适的分散剂稳定硼氢化钠洗涤过的金纳米棒。柠檬酸钠溶液常用来合成金纳米溶胶，且它的sers信号弱，所以可以用于清洗过的金纳米棒的分散剂。

三、由于人体尿液、中含有大量的蛋白质，我们利用与水互溶的有机溶剂能使蛋白质在水中的溶解度显著降低的特性，所以通过加入醇类或酮类来分离蛋白质。另外，由于毒品在中碱性的条件下最稳定，所以通过加入试剂二调节体液中酸碱性。最后，所选毒品都是易溶于氯仿、乙醚、己烷等有机溶剂，而且所选的有机萃取剂和纯化蛋白所需的有机溶剂是可以通过离心分层的，离心后取相应的有机萃取相就可以达到分离、提纯和富集的目的。

本发明的合成不同长径比的具有sers活性的金纳米棒溶胶的方法具体可参照文献，babakn.,mostafaa.e.preparationandgrowthmechanismofgoldnanorods(nrs)usingseed-mediatedgrowthmethod,chem.mater.,2003,15,1957-1962.

本发明的有益效果在于：

（1）本发明制备的sers基底金纳米棒具有不同长径比，可适应拉曼光谱仪的不同的激发光波长，且金纳米棒排布均匀，具有较高的灵敏性、重复性。

（2）本发明通过硼氢化钠清洗过的金纳米棒，其表面的活性剂十六烷基三甲基溴化铵被大部分取代，而从背景信号大大降低，可用于检测较低浓度的毒品。

（3）本发明将硼氢化钠处理过的金纳米棒分散于柠檬酸钠溶液中，避免了金纳米棒失去ctab后发生聚集，起到保护剂的作用，具有较高的稳定性，可常温保存3个月。

（4）本发明的纯化过程速度快，尿液的处理过程约5-10分钟就可以完成，该过程方便、快速，适用于现场毒品的检测。

（5）本发明对人体尿液中毒品检测的具有较高的灵敏性、重复性、稳定性，对各种毒品的检出限均在10ppm，符合实际检测标准。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是实施例1制备的金纳米棒溶胶的扫描电子显微镜（sem）图片。

图2是实施例1制备的金纳米棒溶胶的sers检测光谱图。

图3是实施例1中的金纳米棒溶胶经清洗剂、稳定剂处理后的sers检测光谱图。

图4是实施例3对甲卡西酮的sers检测光谱图。

图5是实施例3对摇头丸的sers检测光谱图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步的描述，但本发明不局限于下述实施例。

以下各实施例中金纳米棒溶胶的合成方法具体为：

i)将10ml0.1m的ctab溶液和质量分数为0.01%的haucl4混合，然后迅速注入0.6ml0.01m新鲜配制的nabh4溶液，保持急速搅拌均匀后置于室温，作为种子溶液；

ii)配制6份相同的10ml0.1m的ctab表面活性剂溶液，先均加入0.2ml质量分数为0.01%的haucl4，然后向其中分别加入80μl、90μl、100μl、110μl、120μl、130μl0.008m的agno3溶液；之后再均加入0.06ml0.1maa；当溶液的颜色迅速由黄色变为无色，这表明三价的金离子被还原成一价金离子，则得到生长溶液；

iii)最后取12μl种子溶液分别加入到各个生长溶液中，在29℃的温水浴中静置生长4h，结果就获得了长径比不同的纳米棒。

清洁的硅片是指硅片先经新鲜王水浸泡至少2h后再洗净，然后用浓硫酸洗液浸泡1h去除表面的有机物，最后用大量的超纯水清洗后用氮气吹干。

实施例1：

一种基于金纳米棒sers基底对人体体液中毒品的检测方法，包括以下步骤：

（1）合成不同长径比的具有sers活性的金纳米棒溶胶；

（2）将金纳米棒溶胶与0.1m的硼氢化钠进行混合、超声振荡，然后对混合物进行离心清洗；

（3）将清洗后的混合物分散于稳定剂柠檬酸钠溶液中进行稳定放置，然后取分散液离心清洗，最后滴在清洁的硅片上，干燥后得sers基底；

（4）取人体尿液0.8ml，向其中加入0.2ml丙酮，混均后离心，取上层清液；

（5）向上层清液中加入氢氧化钠，摇匀后再加入戊烷，震荡萃取；将萃取液离心后，取其有机层溶液；

（6）将有机层溶液滴加到步骤（3）中的sers基底上，利用光波长为785nm的拉曼光谱仪进行sers检测。

取本实施例1合成的具有sers活性的金纳米棒溶胶，对其进行sers测试，如图1是金纳米棒溶胶的扫描电子显微镜（sem）图片；从图1可以看出，金纳米棒的合成产率很高，几乎没有颗粒出现，且在水平和纵向排列整齐，作为sers基底检测重现性高。

取1ml金纳米棒溶胶于离心管中，离心纯水清洗后滴于硅片，待其自然干燥后，利用拉曼光谱仪对其进行sers检测，如图2所示；

将金纳米棒溶胶与0.1m的硼氢化钠进行混合、超声振荡，然后对混合物进行离心清洗，然后滴于硅片，待其自然干燥后，利用拉曼光谱仪对其进行sers检测，如图3所示；

比较图2、3可以明显看出经硼氢化钠溶液清洗过的金纳米棒的荧光背景峰减弱，且金纳米棒上的十六烷基三甲基溴化铵的780cm^-1和1420cm^-1处的峰强也得到降低。

实施例2：

（1）合成不同长径比的具有sers活性的金纳米棒溶胶；

（2）将金纳米棒溶胶与盐酸羟胺进行混合、超声振荡，然后对混合物进行离心清洗；

（3）将清洗后的混合物分散于稳定剂单宁酸溶液中进行稳定放置，然后取分散液离心清洗，最后滴在清洁的硅片上，干燥后得sers基底；

（4）取人体尿液0.8ml，向其中加入0.6ml丙酮，混均后离心，取上层清液；

（5）向上层清液中加入碳酸盐缓冲液，摇匀后再加入环己烷，震荡萃取；将萃取液离心后，取其有机层溶液；

（6）将有机层溶液滴加到步骤（3）中的sers基底上，利用光波长为785nm的拉曼光谱仪进行sers检测。

实施例3：

（1）合成不同长径比的具有sers活性的金纳米棒溶胶；

（2）将金纳米棒溶胶与0.1m的硼氢化钠进行混合、超声振荡，然后对混合物进行离心清洗；

（3）将清洗后的混合物分散于稳定剂聚乙二醇中进行稳定放置，然后取分散液离心清洗，最后滴在清洁的硅片上，干燥后得sers基底；

（4）取人体尿液0.8ml，向其中加入0.4ml丙酮，混均后离心，取上层清液；

（5）向上层清液中加入氨水，摇匀后再加入三氯甲烷，震荡萃取；将萃取液离心后，取其有机层溶液；

（6）将有机层溶液滴加到步骤（3）中的sers基底上，约15s有机相就可以完全挥发，利用光波长为785nm的拉曼光谱仪进行sers检测。

图4、5是实施例3对人体尿液中含有的甲卡西酮和摇头丸的sers检测光谱图。从图4、5中可看出利用硼氢化钠溶液清洗过的金纳米棒作为sers基底保持了金纳米棒原有的等离子共振效应，检测10ppm的甲卡西酮和摇头丸的指认峰易辨别，且我们可以看到整条光谱的背景信号大大减弱。

以上是本发明较佳实施例而已，并非是对本发明的技术范围作任何限制。故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何细微修改、等同变化与修饰，均属于本发明所保护的范围内。