钼基杂多酸修饰的稀土荧光纳米材料在谷胱甘肽检测中的应用

摘要

本发明公开了一种钼基杂多酸修饰的稀土荧光纳米材料在谷胱甘肽检测中的应用。该方法包括：分别用一系列标准浓度的谷胱甘肽溶液与所述钼基杂多酸修饰的稀土荧光纳米材料进行反应，得到一系列混合液。在近红外光照射下，检测其荧光强度变化，做荧光和谷胱甘肽浓度的标准曲线后，再将未知浓度的谷胱甘肽溶液与所述钼基杂多酸修饰的稀土荧光纳米材料进行反应，得到混合液，在近红外光照射下，检测其荧光强度变化，与所述标准曲线对比，即可得到所述谷胱甘肽溶液的浓度。该方法可对谷胱甘肽进行快速、灵敏、便携的定量检测，如：食品、药品和活体样品等的定量检测，且操作简单，线性效果好，检测限低，成本低，仪器便于携带，可实现可移动式检测等。

说明书

技术领域

本发明属于分析检测技术领域，具体涉及一种钼基杂多酸修饰的稀土荧光纳米材料在谷胱甘肽检测中的应用。

背景技术

分析检测技术是用指定的方法检验测试气体、液体或固体指定的技术性能指标。适用于多种行业范畴的质量评定，如环境、食品安全、水质等。谷胱甘肽是一种重要的生物小分子，具有强的还原性，参与到多种生物过程中。目前常见的谷胱甘肽分析方法有拉曼光谱检测、电化学检测等。但是，目前常见的分析方法存在仪器不易携带，难以实现可移动式检测等。

发明内容

本发明的目的是提供一种钼基杂多酸修饰的稀土荧光纳米材料在谷胱甘肽检测中的应用。

本发明所提供的检测待测样品中谷胱甘肽浓度的方法，包括：

1)制作标准曲线：

分别用一系列标准浓度的谷胱甘肽水溶液与钼基杂多酸修饰的稀土荧光纳米材料的水溶液进行反应，得到一系列反应混合液后，在808nm-980nm波长的近红外光的照射下，检测反应混合液的荧光强度，以谷胱甘肽水溶液中谷胱甘肽的浓度为横坐标，以两个不同荧光波长的荧光强度的比值为纵坐标，绘制标准曲线；所述荧光强度的比值中，一个荧光波长对应的荧光强度随谷胱甘肽浓度不同会发生正向或反向变化；另一个荧光波长对应的荧光强度不随谷胱甘肽浓度不同发生变化；

2)检测待测样品中谷胱甘肽的浓度：

将步骤1)所述谷胱甘肽溶液替换为待测样品，按照步骤1)所述方法检测反应混合液的荧光强度，代入所述步骤1)所得标准曲线，即得到所述待测样品中谷胱甘肽的浓度。

所述稀土荧光纳米材料选自掺杂有稀土元素的荧光纳米材料或稀土纳米材料与其他材料的复合荧光纳米材料。

上述应用或方法中，所述掺杂有稀土元素的荧光纳米材料选自掺杂元素与稀土元素形成的氟化物盐、氧化物、氟氧化物、氟卤化物、磷酸盐、钒酸盐和钨酸盐中的至少一种；

所述掺杂元素的质量分数m具体为0＜m≤100％；更具体为20-80％或50-60％；

所述掺杂元素选自铒(Er)、钬(Ho)、铥(Tm)、镱(Yb)、铒(Er)、镱(Yb)、钬(Ho)、镱(Yb)、铥(Tm)、锰(Mn)、锂(Li)、锌(Zn)、铬(Cr)、铅(Pb)、铋(Bi)、锂(Li⁺)、钠(Na⁺)、钾(K⁺)、铷(Rb⁺)、铯(Cs⁺)、铍(Be²⁺)、镁(Mg²⁺)、钙(Ca²⁺)、锶(Sr²⁺)、钡(Ba²⁺)、硼(B³⁺)、铝(Al³⁺)、镓(Ga³⁺)、铟(In³⁺)、锡(Sn²⁺)、铅(Pb²⁺)和铵(NH₄⁺)中的至少一种；

所述稀土元素具体选自镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)、钪(Sc)和钇(Y)中的至少一种；

所述复合荧光纳米材料为稀土纳米材料与其他材料复合而得。

所述复合荧光纳米材料具体为具有核壳结构的材料；其中，稀土纳米材料可作为核或者壳。相应的，其他材料在稀土纳米材料作为核时作为壳，或者在稀土纳米材料作为壳时作为核。

所述稀土纳米材料与其他材料的质量比为1：0.1-10，具体为1：0.27；

所述稀土纳米材料的表观形态为纳米颗粒和/或纳米棒；所述纳米颗粒的直径具体为10nm-99nm；所述纳米棒的长度具体为15nm-20μm；直径具体为10nm-99nm；

所述稀土纳米材料具体为具有核壳结构的材料；

所述其他材料具体为无机材料或有机材料；所述无机材料具体选自过渡金属、金属硫化物、金属氧化物、金属卤化物、半导体材料和硅酸盐中的至少一种；更具体选自金、银、锰、铁、铜、硫化铜、硫化银、硫化钨、硫化锰、硫化铁、氧化银、氧化铁、氧化铜、氧化锰、氧化镁、溴化银、碘化亚铁、碘化亚铜、碘化亚锰、硅、二氧化硅和硅酸钙中的至少一种；

所述有机材料具体选自聚合物；所述聚合物具体可为聚多巴胺、聚3,4-乙撑二氧噻吩和聚吡咯中的至少一种；

所述聚多巴胺的数均分子量为10³-10⁶或10⁴；

所述聚3,4-乙撑二氧噻吩的数均分子量为10⁴-10⁶或10⁵；

所述聚吡咯的数均分子量为10³-10⁶或10⁵。

所述钼基杂多酸选自硅钼酸、磷钼酸和钒钼酸中的至少一种；

所述钼基杂多酸修饰的稀土荧光纳米材料具体为硅钼酸修饰的NaGdF₄:Yb,Er、硅钼酸修饰的NaLuF₄:Nd和磷钼酸修饰的NaYF₄:Yb,Tm中的任意一种。

所述一系列标准浓度的谷胱甘肽水溶液中，谷胱甘肽的浓度为250nM-16mM，具体可为250nM、500nM、1μM、2μM、4μM、8μM、16μM、32μM、64μM、125μM、250μM、500μM、1mM、2mM、3mM、4mM、5mM、6mM、7mM、8mM、9mM、10mM、11mM、12mM、13mM、14mM、15mM、16mM。

所述钼基杂多酸修饰的稀土荧光纳米材料的水溶液中，钼基杂多酸修饰的稀土荧光纳米材料的质量浓度为100μg/mL-10mg/mL，具体可为200μg/mL。

所述钼基杂多酸修饰的稀土荧光纳米材料的水溶液与所述标准浓度的谷胱甘肽水溶液的体积比为(0.125-1)：1，具体可为0.25：1；

在确定步骤1)中荧光强度的比值中两个荧光强度对应的荧光波长时，荧光强度随谷胱甘肽浓度不同会发生正向变化的含义为该荧光波长对应的荧光强度会随谷胱甘肽浓度的增大而增大；相应的，反向变化的含义为该荧光波长对应的荧光强度会随谷胱甘肽浓度的增大而减小。选用荧光强度的比值作为纵坐标，比直接选用荧光强度作为纵坐标，其检测结果更准确，误差更小。

所述反应步骤中，温度均为10-40℃；时间均为0.5-10min。

所述稀土纳米材料可通过常规方法制备得到，如：固相法、液相法、气相法等。

所述反应步骤的反应时间、照射时间、检测温度、所述钼基杂多酸修饰的稀土荧光纳米材料的加入量和加入浓度应保持一致，保证相同的测试环境，此外，所述待测谷胱甘肽溶液并不需要完全与所述钼基杂多酸修饰的稀土荧光纳米材料反应，而是利用所述钼基杂多酸修饰的稀土荧光纳米材料表面的钼基杂多酸与所述待测谷胱甘肽溶液中的谷胱甘肽发生氧化还原反应，导致钼基杂多酸被部分还原，引起了Mo^V与Mo^VI之间的荷移跃迁，故加入的所述钼基杂多酸修饰的稀土荧光纳米材料的量应一致。

本发明运用纳米材料的荧光信号的变化实现对谷胱甘肽的快速、灵敏、便携的定量检测。具体通过测得的一系列已知浓度的谷胱甘肽的溶液的荧光强度的值与浓度的线性图谱(回归系数R²≥0.99)，得到标准线性图谱。再测未知浓度的谷胱甘肽溶液的荧光强度，与标准线性图谱对比即可得知。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1)本发明的方法能快速、灵敏对待测液体中的待测组分进行定量分析，提供了一种新的分析测试方法；

2)本发明方法中使用的材料简单，所需仪器的价格低，携带方便，能够实现低成本的快速、灵敏、便携的定量分析。

3)本发明分析检测方法可用于环境、食品、药品和活体样品等样品的检测。

附图说明

图1为实施例1中的硅钼酸修饰的NaGdF₄:Yb,Er在加入谷胱甘肽前后的明场照片。

图2为实施例1中的硅钼酸修饰的NaGdF₄:Yb,Er在加入谷胱甘肽前后的荧光光谱。

图3为实施例1中的硅钼酸修饰的NaGdF₄:Yb,Er检测谷胱甘肽的荧光标准线性图谱。

图4为实施例2中的硅钼酸修饰的NaLuF₄:Nd在加入谷胱甘肽前后的明场照片。

图5为实施例2中的硅钼酸修饰的NaLuF₄:Nd在加入谷胱甘肽前后的荧光光谱。

图6为实施例2中的硅钼酸修饰的NaLuF₄:Nd检测谷胱甘肽的荧光标准线性图谱。

图7为实施例3中的磷钼酸修饰的NaYF₄:Yb,Tm在加入谷胱甘肽前后的明场照片。

图8为实施例3中的磷钼酸修饰的NaYF₄:Yb,Tm在加入谷胱甘肽前后的荧光光谱。

图9为实施例3中的磷钼酸修饰的NaYF₄:Yb,Tm检测谷胱甘肽的荧光标准线性图谱。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径获得。

下述实施例中所用的纳米材料NaGdF₄:Yb,Er是按照如下方法制备得到：

1)首先，将0.80mmol GdCl₃、0.18mmol>3和0.02mmol>3加入到100mL的三口瓶中，再加入6mL油酸和15mL十八烯；然后在氮气的保护下，将混合溶液加热到120℃使稀土氯化物完全溶解，形成透明的澄清溶液后，停止加热，冷却至室温；

2)之后，向澄清溶液中加入6mL NaOH(2.5mmol)和NH₄F(4mmol)的甲醇溶液，氮气保护下加热至80℃除甲醇，约30min后，升温至120℃抽真空除水除氧；最后在氮气氛围下反应1h。反应结束后，自然冷却至室温，然后加入适量的环己烷和乙醇，离心分离，去掉上清液；向固体中加入适量环己烷后超声分散，再加入适量乙醇后，再离心分离；重复以上步骤，继续用环己烷和乙醇洗涤几次后，即可得到纳米材料NaGdF₄:Yb,Er(纳米颗粒，直径为10-20nm)。

下述实施例中所用的纳米材料NaLuF₄:Nd是按照如下方法制备得到：

1)首先，将0.93mmol LuCl₃和0.07mmol>3加入到100mL的三口瓶中，再加入6mL油酸和15mL十八烯；然后在氮气的保护下，将混合溶液加热到120℃使稀土氯化物完全溶解，形成透明的澄清溶液后，停止加热，冷却至室温；

2)之后，向澄清溶液中加入6mL NaOH(2.5mmol)和NH₄F(4mmol)的甲醇溶液，氮气保护下加热至80℃除甲醇，约30min后，升温至120℃抽真空除水除氧；最后在氮气氛围下反应1h。反应结束后，自然冷却至室温；然后加入适量的环己烷和乙醇，离心分离，去掉上清液；向固体中加入适量环己烷后超声分散，再加入适量乙醇后，再离心分离；重复以上步骤，继续用环己烷和乙醇洗涤几次后，即可得到纳米材料NaLuF₄:Nd(纳米颗粒，直径为30-35nm)。

下述实施例中所用的纳米材料NaYF₄:Yb,Tm是按照如下方法制备得到：

1)首先，将0.80mmol YCl₃、0.19mmol>3和0.01mmol>3加入到100mL的三口瓶中，再加入6mL油酸和15mL十八烯；然后在氮气的保护下，将混合溶液加热到120℃使稀土氯化物完全溶解，形成透明的澄清溶液后，停止加热，冷却至室温；

2)之后，向澄清溶液中加入6mL NaOH(2.5mmol)和NH₄F(4mmol)的甲醇溶液，氮气保护下加热至80℃除甲醇，约30min后，升温至120℃抽真空除水除氧；最后在氮气氛围下反应1h。反应结束后，自然冷却至室温，然后加入适量的环己烷和乙醇，离心分离，去掉上清液；向固体中加入适量环己烷后超声分散，再加入适量乙醇后，再离心分离；重复以上步骤，继续用环己烷和乙醇洗涤几次后，即可得到纳米材料NaYF₄:Yb,Tm(纳米颗粒，直径为35-40nm)。

下述实施例中所用的硅钼酸修饰的NaGdF₄:Yb,Er是按照如下方法制备得到：

将5mg纳米材料NaGdF₄:Yb,Er分散在2.5mL乙醇和22.5mL去离子水的混合溶液后升温至70℃，稳定30min，加入0.012g>4:Yb,Er。

将5mg二氧化硅包覆的NaGdF₄:Yb,Er分散在5mL去离子水中，加入1mL浓度为1M的盐酸溶液，在室温下搅拌10min后加入0.0098g(NH₄)₂MoO₄，继续搅拌30min，离心分离，用去离子水洗涤三次，得到硅钼酸修饰的NaGdF₄:Yb,Er。由图1可知，硅钼酸修饰的NaGdF₄:Yb,Er在水溶液中分散性良好，溶液外观呈淡黄色，在加入谷胱甘肽后溶液变为深蓝色。由图2可知，硅钼酸修饰的NaGdF₄:Yb,Er在540nm和654nm处有明显的荧光发射，在加入谷胱甘肽后654nm处的荧光强度有明显的减弱，因此能够应用于荧光检测谷胱甘肽水溶液的浓度。

下述实施例中所用的硅钼酸修饰的NaLuF₄:Nd是按照如下方法制备得到：

将5mg纳米材料NaLuF₄:Nd分散在250μL>2Cl₂中，加入2.5mL浓度为37.5mgmL^-1的溴化十六烷三甲基铵水溶液，超声分散5min，在60℃水浴中加热至澄清透明。加入22.5mL去离子水后升温至70℃，稳定30min，加入0.012g>4:Nd，分散在去离子水中。

将5mg介孔二氧化硅包覆的NaLuF₄:Nd分散在5mL去离子水中，加入1mL浓度为1M的盐酸溶液，在室温下搅拌10min后加入0.0098g(NH₄)₂MoO₄，继续搅拌30min，离心分离，用去离子水洗涤三次，得到硅钼酸修饰的NaLuF₄:Nd。由图4可知，硅钼酸修饰的NaLuF₄:Nd在水溶液中分散性良好，溶液外观呈淡黄色，在加入谷胱甘肽后溶液变为深蓝色。由图5可知，硅钼酸修饰的NaLuF₄:Nd在860nm和1062nm处有明显的荧光发射，在加入谷胱甘肽后860nm处的荧光强度有明显的减弱，因此能够应用于荧光检测谷胱甘肽水溶液的浓度。

下述实施例中所用的磷钼酸修饰的NaYF₄:Yb,Tm是按照如下方法制备得到：

将NaYF₄:Yb,Tm的溶液与NOBF₄以质量比1:1混合超声处理，处理的温度为20℃，时间为5min，洗去表面的油溶性配体，然后分别用CH₂Cl₂和无水乙醇洗涤两遍，再分散在质量分数为20％的磷酸钠水溶液等体积加入到烧瓶中，搅拌处理的温度为30℃，时间为60min，离心分离，用去离子水洗涤三次后，分散在1mL去离子水中，加入0.0196g(NH₄)₂MoO₄，搅拌60min，离心分离，用去离子水洗涤三次，得到磷钼酸修饰的NaYF₄:Yb,Tm。由图7可知，磷钼酸修饰的NaYF₄:Yb,Tm在水溶液中分散性良好，溶液外观呈淡黄色，在加入谷胱甘肽后溶液变为深蓝色。由图8可知，磷钼酸修饰的NaYF₄:Yb,Tm在470nm和800nm处有明显的荧光发射，在加入谷胱甘肽后800nm处的荧光强度有明显的减弱，因此能够应用于荧光检测谷胱甘肽水溶液的浓度。

实施例1、硅钼酸修饰的NaGdF₄:Yb,Er检测谷胱甘肽水溶液的浓度：

1)标准曲线的绘制：分别将200μL的250nM、500nM、1μM、2μM、4μM、8μM、16μM、32μM、64μM、125μM、250μM、500μM、1mM、2mM、3mM、4mM、5mM、6mM、7mM、8mM、9mM、10mM、11mM、12mM、13mM、14mM、15mM、16mM的谷胱甘肽水溶液与800μL浓度为200μg mL^-1的硅钼酸修饰的NaLuF₄:Yb,Er水溶液均匀混合，室温(25℃)静置反应10min后，反应已完全，在980nm近红外光照射下测定混合液的荧光光谱，处理数据得到荧光的线性图谱，得到谷胱甘肽水溶液的浓度与荧光强度的标准曲线，如图3所示。从图3可得知：标准图谱在125μM-5mM浓度范围内线性良好，相关系数R达到0.9952，最低检测限可达到1μM。

2)谷胱甘肽水溶液浓度的检测：将200μL的300μM的谷胱甘肽水溶液与800μL浓度为200μg mL^-1硅钼酸修饰的NaGdF₄:Yb,Er水溶液均匀混合，室温(25℃)静置反应10min后，反应已完全，在980nm近红外光照射下测定混合液的荧光光谱，代入标准曲线，得到谷胱甘肽水溶液的精确浓度为297.37μM。

实施例2、硅钼酸修饰的NaLuF₄:Nd检测谷胱甘肽水溶液的浓度：

1)标准曲线的绘制：分别将200μL的250nM、500nM、1μM、2μM、4μM、8μM、16μM、32μM、64μM、125μM、250μM、500μM、1mM、2mM、3mM、4mM、5mM、6mM、7mM、8mM、9mM、10mM、11mM、12mM、13mM、14mM、15mM、16mM的谷胱甘肽水溶液与800μL浓度为200μg mL^-1的硅钼酸修饰的NaLuF₄:Nd水溶液均匀混合，室温(25℃)静置反应10min后，反应已完全，在808nm近红外光照射下测定混合液的荧光光谱，处理数据得到荧光的线性图谱，得到谷胱甘肽水溶液的浓度与荧光强度的标准曲线，如图6所示。从图6可得知：标准图谱在1mM-16mM浓度范围内线性良好，相关系数R达到0.99704，最低检测限可达到500nM。

2)谷胱甘肽水溶液浓度的检测：将200μL的4mM的谷胱甘肽水溶液与800μL浓度为200μg mL^-1硅钼酸修饰的NaLuF₄:Nd水溶液均匀混合，室温(25℃)静置反应10min后，反应已完全，在808nm近红外光照射下测定混合液的荧光光谱，代入标准曲线，得到谷胱甘肽水溶液的精确浓度为4.13mM。

实施例3、磷钼酸修饰的NaYF₄:Yb,Tm检测谷胱甘肽水溶液的浓度：

1)标准曲线的绘制：分别将200μL的250nM、500nM、1μM、2μM、4μM、8μM、16μM、32μM、64μM、125μM、250μM、500μM、1mM、2mM、3mM、4mM、5mM、6mM、7mM、8mM、9mM、10mM、11mM、12mM、13mM、14mM、15mM、16mM的谷胱甘肽水溶液与800μL浓度为200μg mL^-1的磷钼酸修饰的NaYF₄:Yb,Tm水溶液均匀混合，室温(25℃)静置反应10min后，反应已完全，在980nm近红外光照射下测定混合液的荧光光谱，处理数据得到荧光的线性图谱，得到谷胱甘肽水溶液的浓度与荧光强度的标准曲线，如图3所示。从图3可得知：标准图谱在500nM-8μM浓度范围内线性良好，相关系数R达到0.99865，最低检测限可达到250nM。

2)谷胱甘肽水溶液浓度的检测：将200μL的2μM的谷胱甘肽水溶液与800μL浓度为200μg mL^-1磷钼酸修饰的NaYF₄:Yb,Tm水溶液均匀混合，室温(25℃)静置反应10min后，反应已完全，在980nm近红外光照射下测定混合液的荧光光谱，代入标准曲线，得到谷胱甘肽水溶液的精确浓度为1.95μM。