基于氨基酸修飾銀納米材料的汞離子檢測(cè)

張宸源 姜翠鳳

（鹽城工學(xué)院 材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 鹽城224051）

0 引言

作為一種有劇毒的重金屬離子，汞離子廣泛存在于自然環(huán)境中。其中，水溶性二價(jià)汞離子，即Hg2+，是無(wú)機(jī)汞最穩(wěn)定和最常見(jiàn)的形式之一。Hg2+不僅會(huì)損害大腦和神經(jīng)系統(tǒng)，而且對(duì)腎臟和內(nèi)分泌系統(tǒng)也有很大危害[1]。因此，準(zhǔn)確檢測(cè)Hg2+對(duì)于人類健康具有重要意義。截止目前，已經(jīng)有多種方法用于Hg2+檢測(cè)，如熒光法、雙光子熒光法、上轉(zhuǎn)換法、電化學(xué)法和紫外可見(jiàn)吸收光譜法[2-7]。其中，紫外可見(jiàn)吸收光譜法以其簡(jiǎn)單、快速等優(yōu)點(diǎn)而備受青睞。然而，大部分紫外可見(jiàn)吸收檢測(cè)方法存在探針需要復(fù)雜的樣品修飾的缺點(diǎn)，限制了傳感器的實(shí)際使用范圍。因此，開(kāi)發(fā)一種簡(jiǎn)單、快速、探針無(wú)須修飾的檢測(cè)Hg2+的方法對(duì)于傳感器的發(fā)展具有重要意義。

在此，我們發(fā)現(xiàn)精氨酸-銀納米材料具有類過(guò)氧化物酶樣活性，能夠使3,3',5,5'-四甲基聯(lián)苯胺（TMB）溶液由無(wú)色變?yōu)樗{(lán)色，同時(shí)在652 nm出現(xiàn)典型的吸收峰。而Hg2+能夠增強(qiáng)這種活性，從而使紫外可見(jiàn)吸收信號(hào)增強(qiáng)，且信號(hào)的增強(qiáng)程度與Hg2+物質(zhì)的量濃度呈線性關(guān)系?；诖?，構(gòu)建了一種檢測(cè)Hg2+的方法。與報(bào)道的方法相比，本設(shè)計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn)。首先，檢測(cè)快速，整個(gè)檢測(cè)過(guò)程不到10 min即可完成；其次，所用精氨酸-銀納米材料探針無(wú)須修飾，制備好后即可直接使用，大大簡(jiǎn)化了檢測(cè)步驟。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于精氨酸-銀納米材料的Hg2+檢測(cè)為一種快速和方便的方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

精氨酸、硝酸銀、硼氫化鈉均為分析純，購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司（上海）。汞標(biāo)準(zhǔn)溶液購(gòu)自國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心。紫外可見(jiàn)光光度計(jì)（UV-2600），透射電子顯微鏡（JEM-2100F）。

1.2 精氨酸-銀納米材料的制備

精氨酸-銀納米材料采用硼氫化鈉還原AgNO3的方法制備。首先，在25 mL的燒瓶中加入5 mL含有75 mg精氨酸的水溶液，接著加入10 mL 1 mM的硝酸銀，室溫下劇烈攪拌。5 min后，逐滴加入1 M的NaOH溶液0.3 mL，然后再逐滴加入還原劑0.5 mL 10 mM NaBH4，室溫下避光劇烈攪拌15 min。

1.3 Hg2+的檢測(cè)

將下列物質(zhì)依次加入，200μLAgNPs+200μLTMB+200μL H2O2及200μL不同物質(zhì)的量濃度的Hg2+離子，反應(yīng)5 min，進(jìn)行紫外可見(jiàn)分光光譜測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

如圖1所示，用透射電子顯微鏡對(duì)所制備樣品進(jìn)行形貌表征。從圖1中可以看出，樣品顆粒大部分呈圓形，有的尺寸較大，但總體比較均勻。我們發(fā)現(xiàn)，所制備的精氨酸-銀納米材料具有類過(guò)氧化物酶活性，其表現(xiàn)為能使顯色體系TMB變成綠色，同時(shí)在652 nm出現(xiàn)典型的吸收峰。為了獲得更好的檢測(cè)效果，首先對(duì)實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行探索。如圖2所示，溫度對(duì)銀納米材料的類酶活性具有明顯影響，隨著溫度升高，吸收值先升高后降低，最佳溫度為40℃。然后又探索了TMB濃度對(duì)體系的影響，如圖3所示，隨著TMB物質(zhì)的量 濃度增大，吸收值先增強(qiáng)，后保持不變，最佳濃度為12 mM。

圖1 所制備精氨酸-銀納米材料的透射電子顯微鏡照片

圖2 在不同溫度下，AgNPs+TMB+H 2O2體系的（a）紫外可見(jiàn)吸收光譜及（b）652 nm吸收與溫度之間的線性關(guān)系曲線

圖3 不同物質(zhì)的量濃度TMB對(duì)體系吸收光譜的影響；652 nm處的吸收值隨汞離子濃度的變化

不同物質(zhì)的量濃度的汞離子加入到精氨酸-銀納米材料溶液中后，發(fā)現(xiàn)溶液顏色隨著Hg2+物質(zhì)的量濃度的增加逐漸加深 （圖4）。結(jié)果如圖4a所示，隨著Hg2+物質(zhì)的量濃度的增大，開(kāi)始溶液顏色變深，當(dāng)濃度達(dá)到0.5 mM以上時(shí)，顏色由綠色變成藍(lán)色，當(dāng)物質(zhì)的量濃度繼續(xù)增大到4mM以上時(shí)，顏色變成黑色。為了定量檢測(cè)Hg2+，將最高吸收處的峰值（0~0.2 mM為6 52nm，0.5~6 mM為603nm）的吸收值對(duì)Hg2+物質(zhì)的量濃度作曲線，得到圖4c?？梢?jiàn)，在0~6mM之間，吸收值隨著Hg2+物質(zhì)的量濃度的增大分兩個(gè)階段（0~0.2 mM，0.5~6 mM）呈線性變化，故該方法可定量用于Hg2+檢測(cè)。該檢測(cè)方法從加入樣品開(kāi)始，總共不到10 min，非常快速，有望應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。

圖4 圖4加入不同物質(zhì)的量濃度Hg2+后AgNPs+TMB+H 2O2體系的（a）顏色變化;（b）紫外可見(jiàn)吸收光譜；（c）最高吸收值與Hg2+物質(zhì)的量濃度的關(guān)系

選擇性是評(píng)價(jià)檢測(cè)體系的一個(gè)重要參數(shù)。因此，研究了不同種類金屬離子對(duì)所設(shè)計(jì)傳感體系的影響。結(jié)果如圖5所示。與空白樣品相比，只有Hg2+的加入使顏色變深，而其它金屬離子的加入，都對(duì)顏色幾乎沒(méi)有影響或影響很小。這可能與精氨酸能夠和Hg2+反應(yīng)有關(guān)。因此，基于精氨酸-銀納米材料的傳感體系對(duì)汞離子具有很高的選擇性。

圖5 加入不同金屬離子后體系顏色變化，從左往右依次為：H 2O,Hg2+，K+,Na+，Ca2+，Mn2+，Zn2+，Cu2+，Al3+

3 結(jié)論

本文提出一種簡(jiǎn)單的免修飾Hg2+檢測(cè)方法。該方法基于汞離子能和精氨酸-銀納米材料反應(yīng)，使精氨酸-銀納米材料的催化活性提高，從而引起紫外可見(jiàn)吸收峰增強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)定量檢測(cè)Hg2+的目的。該方法能夠在10 min內(nèi)完成檢測(cè)。與其他金屬離子相比，該方法具有很好的選擇性?？傊摲椒ň哂锌焖?、靈敏和選擇性高的優(yōu)點(diǎn)，有望應(yīng)用于Hg2+的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。