[发明专利]血红素蛋白功能化的磁性表面增强拉曼活性基底及其应用

说明书

技术领域

本发明属于环境和食品中有毒成份监控检测技术领域，具体涉及一种血红素蛋白功能化的磁性表面增强拉曼活性基底及其在对有毒小分子的高灵敏度检测和对其毒性快速去除方面的应用。

背景技术

环境和食品安全问题与人们的日常生活息息相关，环境和食品中常见的一些小分子(氰化物、亚硝酸盐、一氧化氮、一氧化碳等)的毒性对人们的健康具有潜在的威胁。氰化物广泛存在于自然界中的食物和植物中，环境中的汽车尾气和香烟的烟雾中也都存在氰化物。氰根离子对重金属离子具有超强的络合能力，能够抑制含金属酶的活性，从而抑制细胞呼吸作用中的电子传递链。亚硝酸盐在食品加工业常被用作保色剂和防腐剂，然而其潜在的毒性不容忽视。亚硝酸盐能使血液中携带氧的血红蛋白氧化成高铁血红蛋白，导致其携氧能力的丧失从而引起组织缺氧。亚硝酸盐是致癌物，在胃酸等环境下亚硝酸盐食物中的仲胺、叔胺和酰胺等反应生成强致癌物N‐亚硝胺。因此，建立快速、高灵敏性和特异性的针对环境或食品中的有害分子的分析检测技术，引起了人们的高度重视并得到了越来越多的关注。

目前用于检测这些有毒小分子的方法主要有化学发光法、荧光法、质谱法、电化学法等，各种检测技术的迅速发展提高了这些有毒小分子的检测灵敏度，然而现有技术在检测技术本身的可操作性、多组份分析以及检测后分析物的处理等方面还存在很多局限。

表面增强共振拉曼散射(SERRS)光谱技术能够在复杂的体系中选择性增强某一类分子，具有超高的检测灵敏度，适宜条件下可实现单分子检测。SERS检测条件温和，可用于气、液和固态分析物的检测。更重要的是，与紫外、荧光等光谱不同，SERS光谱特异性高，由于其非常窄的半峰宽，避免了结构类似的分子间光谱的重叠，因此可以实现同一体系内多组份检测。

磁性纳米材料以其独特的磁响应性在生物和医学研究领域得到了越来越多的应用。磁性纳米材料可以制备成多种尺寸，在外部磁场的条件下可以用于生物分子的分离、医学成像和药物传送等。血红素蛋白广泛存在于生物体中，具有传递电子、氧传输、酶等生理机能。一些小分子的毒性机理在于这些小分子能够结合生物体内的血红素蛋白，从而引起这些蛋白机能的缺陷甚至丧失。在血红蛋白的特征SERS光谱中，v₄振动模式对其配体(具有毒性的小分子)的结合及其敏感，而且该振动峰的变化是对配体小分子特异性的。因此利用此振动峰位的变化可以对小分子定性和定量分析。

发明内容

本发明以SERS为主要检测手段，以磁性银纳米材料为SERS活性基底和血红蛋白载体，能够实现对环境和食品中有害成份的多组份检测，而且不破坏原有体系中有益的成分。本发明在环境和食品的安全评价、潜在毒性成分的监控和去除等方面具有很大的应用潜力。

本发明的目的是提供一种血红素蛋白功能化的磁性表面增强拉曼活性基底及其应用，其可以实现对有毒小分子的高灵敏度检测和对其毒性的快速去除。克服了传统方法在可操作性、多组份检测和毒性去除能力等方面的局限。本发明所涉及的磁性表面增强拉曼活性基底为磁性银核壳结构，兼具磁响应性和SERS活性，血红素蛋白的共价吸附赋予了磁性银纳米粒子吸附有毒小分子的能力。外加磁场条件下磁性纳米材料的汇集在实现了去除体系中小分子所引起的毒性的同时提高了待测分子的浓度和SERS增强能力，为实现其高灵敏度检测提供了便利条件。

本发明所述的一种血红素蛋白功能化的磁性表面增强拉曼活性基底，是由如下步骤制备得到(本发明除非特别说明，溶液均是指水溶液)：

(a)制备Fe₃O₄磁性纳米粒子

共沉淀法：在无氧环境中强力搅拌含0.001M(mol/L)FeCl₂·4H₂O和0.002M FeCl₃·6H₂O的100mL混合水溶液30～40min，之后逐滴加入25～30％(w/w)浓氨水15～20mL，继续搅拌30～50min，在80～90℃条件下加热30～50min后，用乙醇和蒸馏水分别清洗3～5次，烘干后制得Fe₃O₄磁性纳米粒子粉末；

水热法：将1.62g FeCl₃·6H₂O和5.22g乙酸钠在磁力搅拌下溶解在50～80mL乙二醇溶液中，之后转移到反应釜中200～220℃密闭加热8～10h，烘干后制得Fe₃O₄磁性纳米粒子粉末；