纳米金比色传感策略检测葡萄糖文献综述
2020-03-26 14:47:08
糖是多羟基醛/酮化合物或者水解后能产生多羟基醛/酮的生物大分子。糖在生物界广泛存在,是动植物的能量和碳的来源,也是植物细胞壁及动物和人类组织的细胞外基质的重要组成部分。与核糖和蛋白质相似,糖参与多种生物过程和代谢过程,在决定生物功能方面等方面具有重要作用[1]。因此,糖的研究和表征日趋重要成为生物化学过程的阐述和新型药物鉴定等领域的研究前沿。
硼酸类化合物在水溶液中有带电荷与不带电荷两种形式,其中硼原子带电荷的形式可以与具有1,2-或1,3-二醇基团的多羟基化合物形成可逆的五元或六元环酯。糖类物质是多羟基化合物,因此可以利用硼酸类化合物的这一性质检测糖类物质[2-3]如图1-2所示。
糖尿病是一种严重危害人类健康的疾病,由遗传因素、免疫功能紊乱、微生物感染及其毒素、自由基毒素、精神因素等等各种致病因子作用于机体导致胰岛功能减退、胰岛素抵抗等而引发的糖、蛋白质、脂肪、水和电解质等一系列代谢紊乱综合征。血糖监测是观察糖尿病病情的重要手段之一。采用静脉血用生物分析仪检测糖尿病是公认的方法,但此方法采血较多,时间较长,不便于1d内多次监测,且给患者带来一定痛苦,不适合门诊快速检查的要求。随着科技水平的提高和发展,测定血糖的方法也逐渐增多,大体可分为酶法、缩合法、氧化还原法及其他方法[ 1 ] 。酶法虽具有专一性高、反应速度快的特点,但却依赖于葡萄糖氧化酶的催化作用, 酶的一些弱点(如酶的活性随时间降低,温度对活性的影响等)限制了此类葡萄糖传感器的应用。氧化还原法测糖的影响因素多,且操作繁琐.时间较长、结果偏差大。缩合法虽操作简单、特异性较高、结果较准确,但使用试剂有强腐蚀性、刺激性及致癌性。电化学生物传感器由于具有操作简单、快速、灵敏等优点,特别适合活体在线检测,而引起人们的极大关注。有较大比表面积和良好电化学活性的纳米金被广泛应用于电化学传感器和生物传感器的设计和制作。
纳米材料的独特性能使其在发展超灵敏检测方面具有较好的应用前景。最近,纳米粒子和纳米碳材料在新型生物传感技术的设计方面尤其受到关注。各种组成和尺寸的纳米粒子在识别各类生物分子的过程中,其电子型示踪剂[4-8]基于纳米粒子标记的信号放大方法,以及通过形成纳米粒子-生物分子识别发展的超灵敏光谱和电化学检测的方法可满足现代生物分析的高灵敏度要求[9]。
纳米金是指在水溶液中以胶体形态存在的金的纳米级微小颗粒,纳米金是纳米材料中使用最多和研究最广的材料之一。20世纪70年代,纳米金在免疫金染色中的应用成为了它在生物领域中发挥作用的第一步,接下来它又作为靶向分子的标签使细胞或组织成分可以在电子显微镜下被分析,过去的10里,许多研究也将纳米金作为研究蛋白或DNA的辅助工具。
纳米金粒子如此被广泛的应用于生物领域,主要因为纳米金粒子的制备方法简单且成熟,颗粒大小可被严格控制,颗粒分布比较均匀。制备纳米金的方法很多,主要可分为物理法和化学法。物理法的原理是使用各种物理分散技术使较大的金颗粒破碎呈纳米级的微小颗粒,这种方法对实验仪器的要求比较高,并且制备出来的颗粒粒径分布较宽,主要有真空蒸鍍法,软着陆法,消融法。化学法是使用化学试剂从金的化学物中还原得到纳米级的金颗粒,这种方法操作简单,可选择的还原剂种类很多,可以通过控制还原剂的种类和用量得到不同粒径的纳米金颗粒,因此这种方法使用比较广泛,是目前制备纳米金的主要方法,主要有氧化还原法,模板法,光化学法,电化学法,微乳液法,微波法,树枝状聚合物法。纳米金颗粒在510~550 nm可见光范围内有一吸收峰,吸收波长随金颗粒直径增大而增加,这是由表面自由电子的集体激发导致等离子共振吸收而引起的,一部分吸收的能量再以光的形式辐射出来就形成了光致发光,费米面附近的电子与d带中空穴的辐射复合是光致发光的主要原因[ 10] 。糖的检测方法可归纳为电化学方法[ 11 ] ,光谱学方法[12] 等。其中,荧光光谱法灵敏度高,复杂组分辨识度好,作为一种常规的检测手段在生物传感方面发挥着其优势。常用的几种方法是内源荧光法、荧光探针法、荧光偏振、时间分辨荧光法及激光诱导时间分辨免疫分析法。本实验中,使用硼酸衍生物,氨基苯硼酸修饰纳米金[ 13- 14] 形成一种新的糖类探针,硼酸分子中N原子外层有孤对电子,极易与其它具有空轨道的金属离子或原子配位[ 15],硼酸化合物的电性会发生变化,当糖类物质与硼酸结合形成硼酸酯后,纳米金修饰体的荧光性质会发生变化,在纳米金存在的情况下这种变化会被增强而易于识别,从而建立了一种检测糖的新方法。利用苯硼酸识别与检测糖将对单糖,多糖以及糖链和糖蛋白的识别与检测有重要意义。
[1] Jelinek R, kolusheva S. Carbohydrate biosensors. chem Rev 2004,104: 5987-6016
[2] Badugu R, Lakowicz JR, Geddes C D. Boronic Acid Fluorescent Sensors for
Monosacch aride Signaling Based on the 6 #8211; Methoxyquinolinium Heterocyclic Nucleus: Progress toward Non invasive and Continuous Glucose Monitoring [ J] . Bioorg M ed Chem.2005, 13( 1 ) : 113 - 119.
[ 3] Fang H, Kaur G, Wang B. Progress in Boronic Acid Based Fluo