[發(fā)明專利]一種利用殼聚糖碳點(diǎn)檢測重金屬離子的SPR傳感器和芯片

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• 申請日: 2020-03-11
• 公開（公告）號: CN111208090A
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳勝旭;吳偉娜;王文華;嚴(yán)立遜;黎珊珊;夏曉冰
• 申請（專利權(quán)）人: 廣州市加和檢測技術(shù)服務(wù)有限公司;廣東海洋大學(xué)
• 主分類號: G01N21/552
• 分類號: G01N21/552
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11562
• 代理人: 張雪

本發(fā)明公開了一種利用殼聚糖碳點(diǎn)檢測重金屬離子的SPR傳感器和芯片，屬于表面等離子共振(SPR)技術(shù)、高分子材料、SPR活性層薄膜制備的交叉技術(shù)領(lǐng)域，該傳感器包括依次設(shè)置的玻璃棱鏡和SPR傳感器芯片，該SPR傳感器芯片由上至下依次由鉻膜、金屬膜、活性層膜組成；本發(fā)明所述的利用殼聚糖碳點(diǎn)檢測重金屬離子的SPR傳感器對傳統(tǒng)金屬膜的特點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)，鍍金屬膜前在棱鏡全反射面增覆鉻膜，同時(shí)在金屬膜表面增覆殼聚糖?碳點(diǎn)膜，利用殼聚糖碳點(diǎn)對2,3?二氨基吩嗪的強(qiáng)吸附作用，實(shí)現(xiàn)重金屬銅離子的高靈敏特異性檢測。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及表面等離子共振(SPR)技術(shù)、高分子材料、SPR活性層薄膜制備的交叉技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種利用殼聚糖碳點(diǎn)檢測重金屬離子的SPR傳感器和芯片。

背景技術(shù)

銅是人體內(nèi)的必要微量元素，攝入不足將會影響人體正常的生理功能，過量攝入將引起人們的重金屬中毒，造成人體肝臟、腎臟等器官的損傷，以及造成一些疾病，比如：Wilson’s病。正常人體中約90％的銅離子經(jīng)膽汁排泄。當(dāng)人體攝入過量的銅離子時(shí)，銅離子不能有效地經(jīng)膽汁排泌，導(dǎo)致其在肝細(xì)胞內(nèi)蓄積，通過氧應(yīng)激損傷等方式損傷線粒體等細(xì)胞，進(jìn)而引起肝細(xì)胞脂肪病變、壞死與凋亡。肝細(xì)胞破壞后游離銅釋放入血可引起其他器官損傷。另外，未與銅離子結(jié)合的銅藍(lán)蛋白在血液中半衰期縮短，導(dǎo)致Wilson’s病患者的血銅藍(lán)蛋白下降。為了人們的健康生活，銅離子的痕量檢測顯得尤為重要，開展銅離子的高靈敏度、特異性檢測方法及傳感機(jī)理研究具有重要意義。

我們國家的飲用水標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定水中二價(jià)銅離子的含量低于20μM，美國和歐盟的飲用水標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定水中二價(jià)銅離子的含量分別低于20μM和30μM。因此，食品和環(huán)境中的銅離子檢測是確保人們健康的重要手段之一，對食品和環(huán)境中的痕量銅離子檢測具有重要意義，所以人們開展了銅離子檢測的深入研究。

重金屬銅離子含量的檢測方法主要有原子吸收光譜法、原子發(fā)射光譜法、原子熒光光譜法、質(zhì)譜法、酶抑制法和電化學(xué)分析檢測法等。這些傳統(tǒng)的儀器分析測試方法有各自的優(yōu)點(diǎn)，但是操作繁瑣、費(fèi)時(shí)、靈敏性不高，特異性檢測方面有待進(jìn)一步提高，也不能應(yīng)用于現(xiàn)場分析檢驗(yàn)，一直困擾目前重金屬銅離子的檢測。

SPR傳感技術(shù)屬于光學(xué)檢測方法，最早由Wood等人于上世紀(jì)初提出，并在上世紀(jì)80年代首次被運(yùn)用于氣體和生物傳感領(lǐng)域，與傳統(tǒng)的檢測方法相比具有免標(biāo)記、靈敏度高、快速響應(yīng)、實(shí)時(shí)監(jiān)測等優(yōu)點(diǎn)。棱鏡型SPR的典型模型是一個(gè)全反射棱鏡，全反射表面鍍有一層或多層金屬膜，當(dāng)光信號在全反射面的入射角大于臨界角時(shí)，光信號發(fā)生全反射，在此條件下，光信號的p偏振光在棱鏡全反射面與金屬膜的分界面向金屬膜介質(zhì)傳輸光信號，該光信號即為倏逝波，其振幅呈指數(shù)衰減，導(dǎo)致金屬介質(zhì)中的自由電子形成表面等離子波。如果調(diào)整光信號的入射角或波長為某一數(shù)值時(shí)，表面等離子波的頻率與倏逝波的波數(shù)相等，它們將發(fā)生能量耦合，產(chǎn)生共振，隨即入射光信號的能量被吸收，發(fā)射光強(qiáng)相應(yīng)降低，此時(shí)在反射光譜出現(xiàn)共振峰，對應(yīng)的入射角稱之為共振角。SPR傳感技術(shù)分為角度調(diào)制、波長調(diào)制和強(qiáng)度調(diào)制等類型，憑借SPR獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，SPR傳感技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域受到越來越廣泛的青睞，在食品安全的重金屬離子和農(nóng)藥殘留、環(huán)境監(jiān)測方面具有很大的優(yōu)越性。

現(xiàn)有棱鏡SPR傳感器結(jié)構(gòu)繁雜多樣，各有各自的特點(diǎn)，其共同特點(diǎn)均是利用金屬膜(金或銀膜)表面修飾一層薄膜，用于對某一種或某幾種物質(zhì)的高選擇性有效吸附。但現(xiàn)有的棱鏡SPR傳感器存在較多不足，例如：有的檢測耗時(shí)比較長，有的修飾膜不牢固、在溶液中易溶脹，有的膜層很多，制備過程過于復(fù)雜。

中國專利文獻(xiàn)號CN102621104A，公開日2012.08.01，公開了一種基于石墨烯薄膜增敏的D型光纖傳感器，該傳感器包括D型光纖，在D型光纖的拋光面具有銀膜層，在銀膜層表面具有石墨烯薄膜層。該方法利用銀膜表面沉積或生長石墨烯薄膜材料來增加該SPR傳感結(jié)構(gòu)的靈敏度，但是石墨烯薄膜對生物分子的固定穩(wěn)定性及非特異性吸附控制都還不如金、銀膜表面制備技術(shù)成熟。