專利名稱：量子點電致化學發(fā)光的巰基化合物的分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于分析化學中的量子點電致化學發(fā)光技術(shù)，它是利用含巰基的化合物對電致化學發(fā)光過程的淬滅提出了測定該類化合物的分析方法。
背景技術(shù)：
一些含有巰基的具有生物活性的小肽和氨基酸是人體重要的組成部分，如谷胱甘肽，它是由L-谷氨酸，L-半胱氨酸和甘氨酸組成的三肽，在生命體系中扮演著相當重要的角色。作為組織和細胞內(nèi)的主要自由基清除劑，還原態(tài)谷胱甘肽是維持生理環(huán)境的重要抗氧化劑，其作用主要依靠半胱氨酸上的巰基的還原性。它可以保護體內(nèi)蛋白質(zhì)或酶分子中巰基免被氧化而處于活性狀態(tài)。一些臨床研究表明，谷胱甘肽的濃度水平也是判斷一些疾病，如白血病、糖尿病和部分癌癥發(fā)生的有效標志之一。谷胱甘肽及其復方型制劑已用于臨床注射。同樣，作為和谷胱甘肽類似的化合物，L-半胱氨酸在蛋白質(zhì)合成和代謝方面也有獨特的作用。
由于這些含巰基的小肽和氨基酸的重要生理價值，實現(xiàn)對這些生物小分子的迅速準確定量是非常有必要的，對生命的代謝研究也有很大意義。巰基化合物的檢測方法已有很多報道，目前采用的主要包括光度法、質(zhì)譜法、熒光法、電化學法和化學發(fā)光法。最常用的Ellman法屬于光度法[G.L.Ellman Arch.Biochem.Biophys.1959，82，70.]，利用巰基化合物和二硫二硝基苯甲酸之間的交換反應產(chǎn)生的有色產(chǎn)物來定量，該方法簡單迅速，但也有一個無法克服的缺點，即對于沒有預處理的樣品(如血樣)可能有很大背景吸收的干擾。質(zhì)譜法[P.Capitan et al.JChromatogr.B 1999，732，127.]和熒光法[P.J.Hissin et al.Anal.Biochem.1976，74，214.]對儀器要求較高，檢測成本隨之提高。電化學法[P.R.Harvey etal.Clin.Chim.Acta 1989，180，203.]設(shè)備簡單，但在裸電極上氧化巰基化合物需要較高氧化電位，干擾因素很多，無法準確定量。利用化學修飾電極方法來降低氧化過電位，減少干擾，可部分緩解這些問題，但檢測限偏高?；瘜W發(fā)光法[F.J.Romero，W.Mueller-Klieser J.Biolumin.Chemilumin.1998，13，263-6.]是一種分析應用的優(yōu)秀方法，它與熒光相比沒有背景干擾，檢測限大幅下降，特別適合痕量物質(zhì)的檢測。而且它只測量總的光子數(shù)而不作波長上的分辨，因而儀器便宜，操作簡便，近年來得到快速的發(fā)展。但由于它是由化學反應激發(fā)的發(fā)光，對發(fā)光的控制存在一定困難。為改善這種局面，電致化學發(fā)光分析法應運而生。該法是利用電化學手段來驅(qū)動化學發(fā)光的分析方法，在這里，將電化學技術(shù)引入化學發(fā)光體系可以大大提高體系的選擇性和可控性。它集中了電化學和化學發(fā)光的優(yōu)勢，具有快速，精確控制發(fā)光的時間和空間等因素，高選擇性和高靈敏度等多種優(yōu)點。目前它在臨床診斷、環(huán)境監(jiān)測、食品安全等領(lǐng)域得到了日益廣泛的應用。
量子點是尺寸可調(diào)的零維納米粒子，具有優(yōu)秀的光電性能。自從量子點的電致化學發(fā)光現(xiàn)象在2002年被發(fā)現(xiàn)以來，受到了日益廣泛的重視。基于這一方法，對生命過程中的重要中間體-過氧化氫的檢測已經(jīng)實現(xiàn)(Zou G.Z.et al.Anal.Chem.2004，76，6871.)。本發(fā)明也旨在擴大量子點電致發(fā)光技術(shù)的檢測范圍，使這項技術(shù)能更好的應用到實際檢測工作中去。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是基于巰基化合物淬滅量子點的電致化學發(fā)光的性質(zhì)，而提供一種量子點電致化學發(fā)光的巰基化合物的分析方法。該方法操作簡單，成本低廉，重復性好，可應用于臨床診斷、環(huán)境監(jiān)測、食品安全等領(lǐng)域。
本發(fā)明的目的是通過以下的技術(shù)方案來實現(xiàn)1.一種量子點電致化學發(fā)光的巰基化合物的分析方法，其分析步驟如下(1)將打磨好的石墨電極做表面氧化的親水處理，然后取5～20μL的0.21μM 1～3nm的巰基乙酸穩(wěn)定的CdSe量子點溶液，均勻的涂布在電極表面，靜置于干燥器中過夜，獲得量子點修飾的工作電極(2)；(2)向反應池(7)中注入2mL反應緩沖液(8)，將量子點修飾的工作電極(2)、Ag/AgCl參比電極(3)和Pt絲對電極(4)一起浸入反應緩沖液(8)中，分別連接到電化學工作站(1)的對應接線位置；(3)將量子點修飾的工作電極(2)、Ag/AgCl參比電極(3)、Pt絲對電極(4)和反應池(7)置于光電倍增管(9)的密封暗箱中，從氮氣通路(6)通入99.5～99.9％的氮氣，電化學采用循環(huán)伏安法，選擇0～-1.8V的電位掃描區(qū)間，掃描速度100～400mV s-1，利用計算機(11)同步啟動電化學工作站(1)和化學發(fā)光檢測儀(10)工作；(4)用進樣注射器(5)向反應緩沖液(8)中加入濃度2～60μM的巰基化合物，混合均勻后再次掃描，獲得與濃度相對應的發(fā)光強度，繪出一條工作曲線；(5)將量子點修飾的工作電極(2)、Ag/AgCl參比電極(3)和Pt絲對電極(4)從反應緩沖液(8)中取出，棄去該反應緩沖液(8)，重復步驟(2)和(3)，用進樣注射器(5)向反應緩沖液(8)中加入待測濃度的巰基化合物，根據(jù)其發(fā)光強度峰值，利用步驟(4)的工作曲線來確定待測疏基化合物的濃度；(6)測定完成后，用二次蒸餾水充分浸洗量子點修飾的工作電極(2)，4℃時置于0.1M pH7.0磷酸鹽緩沖液中保存，以備再次使用。
上述步驟(1)中所述的石墨電極表面氧化的親水處理是指將打磨好的石墨電極在+1.75V電位下氧化5分鐘后超聲處理，再用二次蒸餾水多次浸洗獲得親水表面。
上述步驟(2)所述的反應緩沖液(8)為溶解0.3mM H2O2的0.1M磷酸鹽緩沖液，pH7.0～9.3，該反應緩沖液(8)處在99.5～99.9％的N2保護氣氛中。
上述步驟(3)所述的量子點修飾工作電極(2)、Ag/AgCl參比電極(3)、Pt絲對電極(4)和反應池(7)處在光電倍增管(9)的密封暗箱中，反應池(7)具有良好的透光性能。
上述分析方法的步驟(4)所述的加入濃度2-60μM的巰基化合物，是采用分別先后加入濃度2μM、4μM、6μM、8μM、10μM、12μM、14μM、16μM、18μM、20μM、22μM、24μM、26μM、28μM、30μM，直至60μM的30種不同濃度的巰基化合物，混合均勻后再次掃描，獲得與30種不同濃度相對應的發(fā)光強度，根據(jù)30個發(fā)光強度的點即可繪出一條工作曲線。
上述步驟(4)所述的巰基化合物包括谷胱甘肽、半胱氨酸、半胱胺等。
上述疏基化合物的分析方法，其分析過程中工作電極(2)、參比電極(3)、對電極(4)、注射器(5)、氮氣通路(6)、反應池(7)、緩沖液(8)和光電倍增管(9)均置于完全避光區(qū)域(12)中進行分析的。
本分析方法依托的檢測系統(tǒng)的構(gòu)成及其工作原理本檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，共包括四個部分第一部分是三電極體系和電化學工作站，三電極體系包括由CdSe量子點修飾的工作電極(2)、Ag/AgCl參比電極(3)和Pt絲對電極(4)，電化學工作站(1)用于向體系施加電位，控制發(fā)光過程；第二部分是反應池(7)，反應池是容積約10mL的玻璃燒杯，內(nèi)盛反應緩沖液(8)，并配有氮氣通路(6)和進樣注射器(5)，放置在光電倍增管(9)之上；第三部分是光電倍增管(9)和化學發(fā)光檢測儀(10)，用于采集和處理發(fā)光信號；第四個部分是計算機(11)，控制電化學工作站(1)和化學發(fā)光檢測儀(10)的工作。
整個分析過程中，電化學掃描和化學發(fā)光檢測過程均由計算機進行程序化自動控制。電化學工作站(1)利用控制三電極體系的施加電位來控制發(fā)光過程，反應產(chǎn)生的光子被反應池(7)下的光電倍增管(9)接收，后者以電信號形式轉(zhuǎn)移到化學發(fā)光檢測儀(10)中，再傳輸至計算機(11)。計算機可以將電化學工作站(1)和化學發(fā)光檢測儀(10)的數(shù)據(jù)綜合起來，繪制出施加電位和發(fā)光強度的關(guān)系。實驗表明，-1.1V(vsAg/AgCl)電位對應于最強的光信號，下述的測量均基于這一電位的光強。
本分析方法的測定原理本檢測系統(tǒng)利用了修飾在工作電極上的CdSe量子點的電致化學發(fā)光行為。在N2飽和的含H2O2的pH 7.0～9.3的磷酸鹽緩沖液中施加一定的電位，CdSe量子點可以通過一系列的空穴和電子注入過程產(chǎn)生量子點的激發(fā)態(tài)，該激發(fā)態(tài)隨后返回基態(tài)，其間的能量以光的形式釋放，此即量子點的電致化學發(fā)光過程。H2O2是發(fā)光過程中的共反應劑，直接導致了發(fā)光中間體自由基OH·的產(chǎn)生。EPR研究表明，利用自由基捕捉劑DMPO(5，5’-二甲基-吡啰啉氮氧化物)可以捕捉到電致化學發(fā)光過程產(chǎn)生的OH·。對量子點電致化學發(fā)光行為機理可用圖2來闡明。在一定條件下，電致化學發(fā)光的強度和H2O2濃度，亦即產(chǎn)生OH·自由基的濃度成正比。巰基化合物是有效的自由基淬滅劑，是維持人體細胞和組織抗氧化能力的主要來源。它可以迅速淬滅機體中的OH·自由基，理論和實驗研究均證明這一過程的淬滅速率常數(shù)在109～3×1010mol dm3s-1數(shù)量級。因此向這一電致化學發(fā)光體系中加入一定濃度的巰基化合物，可以有效的形成一條自由基的淬滅路徑(見圖2)，導致電致化學發(fā)光強度的下降，其下降的幅度和加入的巰基化合物濃度在一定范圍內(nèi)有線性關(guān)系。而同樣條件下加入這些化合物的氧化二聚體(即巰基二聚成二硫鍵形式)，則未發(fā)現(xiàn)其對電致化學發(fā)光有任何抑制作用，說明抑制發(fā)光強度的因素僅僅來自巰基。這一簡單的對應關(guān)系即是本檢測的基本依據(jù)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的特點本發(fā)明利用巰基化合物對量子點的電致化學發(fā)光的定量淬滅現(xiàn)象，提出了檢測巰基化合物的新方法。相對于其他巰基化合物的分析方法，具有以下特點(1)操作簡單，量子點材料的制備和修飾電極的準備工作均屬于簡單成熟的技術(shù)，檢測操作均以計算機進行程序化控制，無需熟練操作人員。
(2)分析時間短，量子點的陰極電致發(fā)光屬于快速發(fā)光，采用電化學快速掃描下，獲得單個數(shù)據(jù)時間低于10秒?？梢暂^快的獲得所需工作曲線，迅速完成樣品檢測。
(3)儀器設(shè)備簡單，成本低廉，避免使用價格昂貴的光學檢測系統(tǒng)，整個分析系統(tǒng)由低值的電化學工作站(只需要循環(huán)伏安等最基本的功能)、光電倍增管和化學發(fā)光檢測儀組成。
(4)抗干擾能力較強，大多數(shù)物質(zhì)對自由基過程的干擾不大，而測定作為生物體系中主要自由基清除劑的巰基化合物，具有較顯著的專一性。
四

圖1 量子點電致化學發(fā)光的巰基化合物分析檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖
1-電化學工作站；2-量子點修飾的工作電極；3-Ag/AgCl參比電極；4-Pt絲對電極；5-進樣注射器；6-氮氣通路；7-反應池；8-反應緩沖液；9-光電倍增管；10-化學發(fā)光檢測儀；11-計算機；12-完全避光區(qū)域。
圖2 量子點電致化學發(fā)光的巰基化合物分析的檢測原理示意圖五具體實施方式
實施例1 巰基乙酸穩(wěn)定的量子點的制備將20mL 5mM CdCl2和20μl巰基乙酸混合，用1M NaOH調(diào)節(jié)pH至11.2后稀釋至50mL，所得無色澄清溶液通入99.5～99.9％N230分鐘，緩慢加入0.5mL0.1M Na2SeSO3，得淡黃色量子點溶液，加熱回流，量子點尺寸會隨時間延長而增加，回流5小時后冷卻，所得橘黃色溶液在二次水中透析48小時除去雜質(zhì)小分子，離心除去少量沉淀，在4℃冰箱中保存，這時量子點粒徑約2.5nm，其具有最佳電致化學發(fā)光響應。
實施例2 巰基化合物谷胱甘肽濃度的測定(1)將打磨好的石墨電極在+1.75V電位下氧化5分鐘后超聲處理，再用二次蒸餾水多次浸洗獲得親水表面，然后取15μl的0.21μM 2.5nm的巰基乙酸穩(wěn)定的CdSe量子點溶液，均勻的涂布在電極表面，靜置于干燥器中過夜，獲得量子點修飾的工作電極(2)；(2)向反應池(7)中注入2mL 0.3mM H2O2的0.1M pH9.3磷酸鹽溶液[反應緩沖液(8)]，將量子點修飾的工作電極(2)、Ag/AgCl參比電極(3)和Pt絲對電極(4)一起浸入反應緩沖液(8)中，分別連接到電化學工作站(1)的對應接線位置；(3)將量子點修飾的工作電極(2)、Ag/AgCl參比電極(3)、Pt絲對電極(4)和反應池(7)置于光電倍增管(9)的密封暗箱中，從氮氣通路(6)通入99.9％的氮氣，電化學采用循環(huán)伏安法，選擇0~-1.8V的電位掃描區(qū)間，掃描速度400mV s-1，利用計算機(11)同步啟動電化學工作站(1)和化學發(fā)光檢測儀(10)工作；(4)用進樣注射器(5)向反應緩沖液(8)中加入濃度2～60μM的谷胱甘肽，混合均勻后再次掃描，獲得與濃度相對應的發(fā)光強度，繪出一條工作曲線；(5)將量子點修飾的工作電極(2)、Ag/AgCl參比電極(3)和Pt絲對電極(4)從反應緩沖液(8)中取出，棄去該反應緩沖液(8)，重復步驟(2)和(3)，用進樣注射器(5)向反應緩沖液(8)中加入待測濃度的谷胱甘肽，根據(jù)其發(fā)光強度峰值，利用步驟(4)的工作曲線來確定谷胱甘肽的濃度。
(6)測定完成后，用二次蒸餾水充分浸洗量子點修飾的工作電極(2)，4℃時置于0.1M pH7.0磷酸鹽緩沖液中保存，以備再次使用。
權(quán)利要求
1.一種量子點電致化學發(fā)光的巰基化合物的分析方法，其分析步驟如下(1)將打磨好的石墨電極做表面氧化的親水處理，然后取5～20μL的0.21μM 1～3nm的巰基乙酸穩(wěn)定的CdSe量子點溶液，均勻的涂布在電極表面，靜置于干燥器中過夜，獲得量子點修飾的工作電極(2)；(2)向反應池(7)中注入2mL反應緩沖液(8)，將量子點修飾的工作電極(2)、Ag/AgCl參比電極(3)和Pt絲對電極(4)一起浸入反應緩沖液(8)中，分別連接到電化學工作站(1)的對應接線位置；(3)將量子點修飾的工作電極(2)、Ag/AgCl參比電極(3)、Pt絲對電極(4)和反應池(7)置于光電倍增管(9)的密封暗箱中，從氮氣通路(6)通入99.5～99.9％的氮氣，電化學采用循環(huán)伏安法，選擇0～-1.8V的電位掃描區(qū)間，掃描速度100～400mV s-1，利用計算機(11)同步啟動電化學工作站(1)和化學發(fā)光檢測儀(10)工作；(4)用進樣注射器(5)向反應緩沖液(8)中加入濃度2～60μM的巰基化合物，混合均勻后再次掃描，獲得與濃度相對應的發(fā)光強度，繪出一條工作曲線；(5)將量子點修飾的工作電極(2)、Ag/AgCl參比電極(3)和Pt絲對電極(4)從反應緩沖液(8)中取出，棄去該反應緩沖液(8)，重復步驟(2)和(3)，用進樣注射器(5)向反應緩沖液(8)中加入待測濃度的巰基化合物，根據(jù)其發(fā)光強度峰值，利用步驟(4)的工作曲線來確定待測疏基化合物的濃度；(6)測定完成后，用二次蒸餾水充分浸洗量子點修飾的工作電極(2)，4℃時置于0.1M磷酸鹽緩沖液，pH7.0中保存，以備再次使用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分析方法，其特征在于在步驟(1)中所述的石墨電極表面氧化的親水處理是指將打磨好的石墨電極在+1.75V電位下氧化5分鐘后超聲處理，再用二次蒸餾水浸洗2-5次獲得親水表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分析方法，其特征在于步驟(2)所述的反應緩沖液(8)為溶解0.3mM H2O2的0.1M磷酸鹽緩沖液，pH7.0～9.3，該反應緩沖液(8)處在99.5～99.9％的N2保護氣氛中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分析方法，其特征在于步驟(4)所述的加入濃度2-60μM的巰基化合物，是采用分別先后加入濃度2μM、4μM、6μM、8μM、10μM、12μM、14μM、16μM、18μM、20μM、22μM、24μM、26μM、28μM、30μM，直至60μM的30種不同濃度的巰基化合物，混合均勻后再次掃描，獲得與30種不同濃度相對應的發(fā)光強度，根據(jù)30個發(fā)光強度的點即可繪出一條工作曲線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分析方法，其特征在于步驟(4)所述的巰基化合物為谷胱甘肽、半胱氨酸或半胱胺。
全文摘要
一種量子點電致化學發(fā)光的巰基化合物的分析方法。其分析步驟為(a)制備量子點修飾的工作電極(2)；(b)將工作電極(2)、參比電極(3)和對電極(4)(以下簡稱三電極)一起浸入緩沖液(8)中，分別連接到電化學工作站(1)；(c)將三電極和反應池(7)置于光電倍增管(9)中，通入高純氮，用計算機(11)同步啟動工作站(1)和檢測儀(10)工作；(d)加入濃度2－60μM的巰基化合物，混勻后掃描，獲得與濃度相對應的發(fā)光強度，繪出一條工作曲線；(e)棄去緩沖液(8)，重復步驟(b)、(c)，加入待測濃度的巰基化合物，根據(jù)發(fā)光強度峰值，利用步驟(d)的工作曲線可確定待測巰基化合物的濃度。該方法具有成本低、重現(xiàn)性好、靈敏度高的特點。
文檔編號G01N27/416GK101029896SQ20071002100
公開日2007年9月5日 申請日期2007年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月22日
發(fā)明者鞠熀先, 姜暉 申請人:南京大學