CN106124476A - 基于表面增强拉曼散射和双分子探针的葡萄糖检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于表面增强拉曼散射（SERS）和双分子探针的葡萄糖检测方法，为葡萄糖检测提供了一种专一性强，灵敏度高的手段，不仅可用于直接血糖检测，还可用于尿液、唾液和汗液等葡萄糖含量较低的人体样本的检测。SERS技术实现高灵敏度、无创方式的葡萄糖检测，采用了形状、尺寸等性质高度可控的金‑银核壳纳米棒制备SERS活性基底，可将基底的等离激元波长精确调节至与入射光共振，从而达到最高的拉曼增强因子，最大化的提高检测灵敏度。采用了4‑巯基苯硼酸和4‑氰基苯硼酸双分子探针技术，从而实现了葡萄糖的专一性检测，4‑氰基苯硼酸的特征拉曼峰位于生物寂静区，从而有效避免了其他内源性生物分子的干扰，保证了检测的专一性和准确性。
Description
技术领域
本发明涉及血糖检测领域，更具体地，涉及一种基于表面增强拉曼散射和双分子探针的葡萄糖定量检测方法。
背景技术
临床上和家庭血糖检测仪中普遍采用的是血液直接检测，频繁的血液采集会给患者带来不适。尿糖检查是无创式糖尿病初筛最简单的方法，健康人尿液中几乎没有葡萄糖，只有当血糖浓度高于肾糖阈（8.88~9.99 mmol/l）时，尿液中才会出现葡萄糖，且浓度与血糖浓度具有较好的相关性，但目前因筛查试纸受多种因素的影响, 不能较准确的反应血糖浓度，因而其参考价值有限。已有研究证实，对于个体而言，人体餐前唾液、汗液等体液中的葡萄糖浓度也与血糖浓度具有良好的相关性，可用于间接反应血糖浓度，若能精确测量其中的葡萄糖含量，将在糖尿病早期筛查、血糖检测等领域具有巨大的应用价值，但由于其葡萄糖浓度较低，一般为2*10-2 mmol/l ~ 2.4*10-1 mmo/l)， 尚无法用市售血糖检测仪器准确检测出来。因此，检测灵敏度高、速度快的葡萄糖定量检测方法将为临床应用带来新的契机。
表面增强拉曼散射（SERS）检测技术是一种无创、灵敏度高的指纹式光谱检测技术，可在分子水平上给出有关物质结构的信息，对拉曼信号的增强可高达1014倍。因此，SERS检测技术在生物医学传感检测领域具有广泛的应用价值。中国专利CN103411949A公布了一种利用SERS技术间接检测血清中葡萄糖含量的方法，该方法是通过葡萄糖在葡萄糖氧化酶的作用下生产过氧化氢分子，在所产生的过氧化氢分子的存在下，通过氧化态显色底物分子的表面增强拉曼信号的强度大小来间接获得血清中的葡萄糖含量。证明了表面增强拉曼技术在葡萄糖定量检测中的可行性。
Malini Olivo等人（期刊论文，Biosensors and Bioelectronics, 56 (2014)186– 191; J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 18028−18031) 提出利用三明治式双分子探针技术实现葡萄糖的专一性检测，利用4-巯基苯酸-三锇羰基簇合物共轭物或炔基苯硼酸与4-巯基苯硼酸配合使用选择性的捕捉葡萄糖分子进行SERS检测，以实现葡萄糖的高选择性定量检测。然而，由于该方法是通过旋涂聚合物微球和溅射银、金薄膜，在玻片上制备较为均匀的纳米结构SERS活性基底，基底的稳定时间较短，并且由于其纳米结构的等离激元波长无法调节，导致其检测灵敏度有限，这些都不利于临床应用。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的检测灵敏度有限的缺陷，提供一种专一性强、灵敏度高、无创的基于表面增强拉曼散射和双分子探针的葡萄糖检测方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
基于表面增强拉曼散射（SERS）和双分子探针的葡萄糖检测方法，所述方法包括以下步骤：
S1：将制备好的币族金属纳米棒均匀沉积在载体表面，制备成表面增强拉曼散射（SERS）活性基底，调节币族金属纳米棒的尺寸和横纵比，使SERS活性基底的等离激元波长与入射光共振；
S2：用初级葡萄糖受体分子修饰SERS活性基底，使其固定于SERS活性基底上；
将SERS活性基底浸泡于不同浓度的葡萄糖标准水溶液中，将溶液中的葡萄糖捕捉到SERS活性基底上；
往SERS活性基底中加入二级葡萄糖受体分子，二级葡萄糖受体分子选择性的与基底上葡萄糖分子共价结合；
进行SERS光谱测试，以二级葡萄糖受体分子的拉曼特征峰强度来标定已知浓度的标准葡萄糖水溶液，建立定量分析标准曲线；
S3：采集葡萄糖浓度未知的待测样本，适当稀释后，用步骤S2的方法进行处理和SERS光谱测试，将得到的二级葡萄受体分子的拉曼特征峰强度代入步骤S2所建立的定量分析标准曲线，得到待测样本的葡萄糖浓度值。
在一种优选的方案中，所述币族金属纳米棒为金-银核壳纳米棒。
在一种优选的方案中，所述载体为盖玻片。
在一种优选的方案中，所述载体为滤纸或滤膜。
在一种优选的方案中，SERS光谱测试使用的仪器为拉曼光谱仪，其激发光的波长范围为400~1000 nm。
在一种优选的方案中，所述待测样本包括血液、尿液、唾液、汗液。
在一种优选的方案中，所述初级葡萄糖受体分子采用4-巯基苯硼酸分子，其固定于SERS活性基底上。
在一种优选的方案中，所述二级葡萄糖受体分子采用4-氰基苯硼酸，其与SERS活性基底上的葡萄糖分子结合。
在一种优选的方案中，采用4-氰基苯硼酸的氰基拉曼特征峰对葡萄糖浓度进行定量检测。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：本发明提供一种基于表面增强拉曼散射和双分子探针的葡萄糖检测方法，为葡萄糖检测提供了一种专一性强，灵敏度高的手段，不仅可用于血糖检测，还可用于尿液、唾液和汗液等葡萄糖含量较低的人体样本的检测。SERS技术实现高灵敏度、无创方式的葡萄糖检测，采用了形状、尺寸等性质高度可控的金-银核壳纳米棒制备SERS活性基底，可将基底的等离激元波长精确调节至与入射光共振，从而达到最高的拉曼增强因子，最大化的提高检测灵敏度。采用了4-巯基苯硼酸和4-氰基苯硼酸双分子探针技术，从而实现了葡萄糖的专一性检测，4-氰基苯硼酸的氰基特征拉曼峰位于生物寂静区，从而有效避免了其他内源性生物分子的干扰，保证了检测的专一性和准确性。
附图说明
图1为本发明葡萄糖检测方法的原理图。
图2为金-银核壳纳米棒SERS基底的示意图。
图3为葡萄糖检测的示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
如图1-3所示，基于表面增强拉曼散射和双分子探针的葡萄糖检测方法，所述方法包括以下步骤：
S1：将制备好的金-银核壳纳米棒（银包金纳米棒）均匀沉积在盖玻片表面，制备成SERS活性基底，调节金-银核壳纳米棒的尺寸和横纵比，使SERS活性基底的等离激元波长与入射光共振；
S2：用4-巯基苯硼酸修饰SERS活性基底，使4-巯基苯硼酸固定于SERS活性基底上，作为初级葡萄糖受体；
将SERS活性基底浸泡于不同浓度的葡萄糖标准水溶液中，将溶液中的葡萄糖捕捉到SERS活性基底上；
往SERS活性基底中加入二级葡萄糖受体4-氰基苯硼酸，4-氰基苯硼酸分子选择性地与基底上葡萄糖分子共价结合；
进行SERS光谱测试，以4-氰基苯硼酸的拉曼特征峰强度来标定已知浓度的标准葡萄糖水溶液，建立定量分析标准曲线；
S3：使用激发光的波长范围为400~1000 nm的拉曼光谱仪，采集葡萄糖浓度未知的血液、尿液、唾液或汗液样本，适当稀释后，用步骤S2的方法进行处理和SERS光谱测试，将得到的4-氰基苯硼酸的拉曼特征峰强度代入步骤S2所建立的定量分析标准曲线，得到待测样本的葡萄糖浓度值。
本发明提供一种基于表面增强拉曼散射和双分子探针的葡萄糖检测方法，为葡萄糖检测提供了一种专一性强，灵敏度高的手段，不仅可用于血糖检测，还可用于尿液、唾液和汗液等葡萄糖含量较低的人体样本的检测。SERS技术实现高灵敏度、无创方式的葡萄糖检测，采用了形状、尺寸等性质高度可控的金-银核壳纳米棒制备SERS活性基底，可将基底的等离激元波长精确调节至与入射光共振，从而达到最高的拉曼增强因子，最大化的提高检测灵敏度。采用了4-巯基苯硼酸和4-氰基苯硼酸双分子探针技术，从而实现了葡萄糖的专一性检测，4-氰基苯硼酸的特征拉曼峰位于生物寂静区，从而有效避免了其他内源性生物分子的干扰，保证了检测的专一性和准确性。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (9)
1.基于表面增强拉曼散射和双分子探针的葡萄糖检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1：将制备好的币族金属纳米棒均匀沉积在载体表面，制备成SERS活性基底，调节币族金属纳米棒的尺寸和横纵比，使SERS活性基底的等离激元波长与入射光共振；
S2：用初级葡萄糖受体分子修饰SERS活性基底，使其固定于SERS活性基底上；
将SERS活性基底浸泡于不同浓度的葡萄糖标准水溶液中，将溶液中的葡萄糖捕捉到SERS活性基底上；
往SERS活性基底中加入二级葡萄糖受体分子，二级葡萄糖受体分子选择性的与基底上葡萄糖分子共价结合；
进行SERS光谱测试，以二级葡萄糖受体分子的拉曼特征峰强度来标定已知浓度的标准葡萄糖水溶液，建立定量分析标准曲线；
S3：采集葡萄糖浓度未知的待测样本，适当稀释后，用步骤S2的方法进行处理和SERS光谱测试，将得到的二级葡萄受体分子的拉曼特征峰强度代入步骤S2所建立的定量分析标准曲线，得到待测样本的葡萄糖浓度值。
2.根据权利要求1所述的基于表面增强拉曼散射和双分子探针的葡萄糖检测方法，所述币族金属纳米棒为金-银核壳纳米棒。
3.根据权利要求1所述的基于表面增强拉曼散射和双分子探针的葡萄糖检测方法，其特征在于，所述载体为盖玻片。
4.根据权利要求1所述的基于表面增强拉曼散射和双分子探针的葡萄糖检测方法，其特征在于，所述载体为滤纸或滤膜。
5.根据权利要求1所述的基于表面增强拉曼散射和双分子探针的葡萄糖检测方法，其特征在于，SERS光谱测试使用的仪器为拉曼光谱仪，其激发光的波长范围为400~1000 nm。
6.根据权利要求1所述的基于表面增强拉曼散射和双分子探针的葡萄糖检测方法，其特征在于，所述待测样本包括血液、尿液、唾液、汗液。
7.根据权利要求1所述的基于表面增强拉曼散射和双分子探针的葡萄糖检测方法，其特征在于，所述初级葡萄糖受体分子采用4-巯基苯硼酸分子，其固定于SERS活性基底上。
8.根据权利要求1所述的基于表面增强拉曼散射和双分子探针的葡萄糖检测方法，其特征在于，所述二级葡萄糖受体分子采用4-氰基苯硼酸，其与SERS活性基底上的葡萄糖分子结合。
9.根据权利要求8所述的基于表面增强拉曼散射和双分子探针的葡萄糖检测方法，其特征在于，采用4-氰基苯硼酸的氰基拉曼特征峰对葡萄糖浓度进行定量检测。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20161116 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |