纳米金的应用-陕西理工学院 拓少杰 毕业论文

1、陕西理工学院毕业论文纳米金的应用拓少杰（陕西理工学院化学与环境科学学院应用化学1202班，陕西 汉中 723001）指导教师：吴睿摘要 纳米金作为纳米家族的重要成员，除了具有纳米材料的一般性质外，还具有良好的光学特性、生物相容性及催化活性等独特的物理、化学性质。纳米金这些特殊的性质，使其在化学、生物、医药、食品等领域具有广泛的应用。本文重点就纳米金在食品安全检测领域、生物医药领域的应用作了详细综述，并对其未来的发展进行了展望。关键词 纳米金；应用；食品安全检测；生物医学The application of gold nanoparticlesShaojie Tuo（Grade 12, Class 1202, Major in Applied Chemistry, School of Chemical & Environment science, Shaanxi University of Technology, Hanzhong 723001, Shaanxi）Tutor: Rui WuAbstract: As an important member of the nanopartic

2、le family, gold nanoparticles have the general properties of nanometer materials and other good unique physical and chemical properties such as optical properties, biocompatibility, catalytic activity. Gold nanoparticles have a wide range of applications in the chemical, biomedicine, food and other fields. Based on these special properties, we mainly reviewed the application of gold nanoparticles in the field of Food safety inspection and biomedicine, as well as the development in the future was

3、 prospected.Key words: gold nanoparticles; application; Food safety inspection; biomedicine引言纳米材料是指三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料1。纳米金是纳米材料的一种，为金的纳米级颗粒，直径一般在1 100 nm之间。纳米金的发展可追溯到16世纪现代化学的奠基人Paracelsus将制备得到的“饮用金”用于精神类疾病的治疗。而在1857年，英国科学家法拉第发现将少量电解质加入到氯金酸还原出的含纳米金的溶液中后，溶液会由红变蓝，最后变为无色，而当他在溶液中加入一些大分子物质(如明胶等)后，便可阻止该现象的发生。法拉第的这个发现为后来纳米金的应用奠定了牢固的科学基础2。1 纳米金的性质纳米金具有非常特殊的光学性质，主要表现在对光的吸收和散射两方面。当其吸收光时，由于表面等离子体共振的存在，一方面可以使纳米金将光能高效的转换为热能，另一方面也会根据纳米金粒径、形状的不同而产生不同的颜色变化。而当其发生光散射时，不仅会发生等离子体共振散射，还能增强拉曼散射的信号强度。此外

4、，纳米金与其他荧光物质作用时表现出荧光增强和荧光淬灭两种不同的效应，其荧光寿命极短，非常适合对一些特异性物质进行检测3。除了光学性质，纳米金还具有比表面积大，表面易修饰，生物相容性好，催化活性高等诸多优秀的物化性质。2 纳米金的制备方法目前研究者大多采用化学方法和物理方法来制备纳米金粒子，纳米金的化学制备方法主要有氧化还原法、电化学法、紫外光分解法等。其中，利用柠檬酸钠还原氯金酸是应用最早的一种制备纳米金的方法，该方法到目前为止依然被研究人员所广泛使用4。其方法是先将氯金酸溶液与水过滤后加热至沸腾，然后再加入过滤后的柠檬酸钠，混合均匀，待溶液颜色由浅黄色变为酒红色即为所得胶体金溶液。相对物理方法而言，化学方法由于操作要求更低、粒子不易发生团聚、能够根据研究需求改变粒子尺寸大小等优点，因而更适合在实际研究中使用。当前，对纳米材料的应用研究是科学界的一大热点领域，而纳米金更是因为其区别于其他纳米材料的独特性质而受到人们的广泛关注，其在分子检测、光热治疗、肿瘤诊断以及绿色催化等诸多领域都发挥着重要的作用，下面我主要就其在食品安全检测及生物医药领域作详细综述。3 纳米金的应用3.1 纳米金在食

5、品安全检测领域的应用食品安全是当今世界共同关注的一个重大问题，如何能够研发出快速、灵敏、经济、准确的食品安全检测产品是解决食品安全问题的重中之重。而目前一般采用的检测技术大都存在前处理繁琐，样品损耗较大，检测成本过高等缺点，因此，有着易制备，表征方法简单，检测灵敏度高等优点的纳米金粒子受到人们越来越多的重视和研究5，相信在不久的将来纳米金一定会在食品安全检测领域大放异彩。现将纳米金粒子在食品安全检测方面的应用作如下综述。3.1.1 农药残留农药残留是目前食品安全的一大重要问题，自从人工合成农药大量应用于农业生产以来，关于农药残留的问题日益严重与复杂。目前，全世界每年要生产上百万吨的化学农药，有千余种人工合成的化合物被用于农业生产，由此引发的农药污染问题无时无刻不在威胁着人类的健康6。而采用一般的气液相色谱分析法不仅检测过程繁琐、耗时，而且检测结果也不够精确。Faulk等人首次利用纳米金作为免疫标记物检测沙门氏菌的表面抗原，很好的解决了上述问题。该方法到目前为止已经达到实用化阶段，比如克百威农残速测试纸条等。Kaur等人7制作出一种用来检测残留除草剂莠去津的免疫层析试纸（图3.1），该试

6、纸条以纳米金粒子作为免疫标记物，利用纳米金粒子团聚引起颜色的变化来检测残留莠去津，能够很大程度的提高检测灵敏度，其检出限可达到1.0 g/mL。吸水层NC膜样品层半抗原金蛋白抗莠去津抗体莠去津图3.1 免疫层析试纸交叉反应分析示意图Fig. 3.1 Schematic diagram of an immunochromatographic dipstick employed in the described assay showing cross-reaction and assay formatLi等8通过使用纳米金比色探针对以甲胺磷为代表的有机磷农药进行了可视化检测，其原理是硫代乙酰胆碱被乙酰胆碱酯酶催化生成的硫代乙酰胆碱能够与纳米金结合，引起纳米金粒子团聚，使溶液颜色由酒红色变为蓝色，而有机磷农药可以通过抑制乙酰胆碱酯酶的活性从而起到控制纳米金溶液颜色变化的作用，通过颜色的变化就可以知道有机磷农药的含量。通过实验，发现该方法的检测灵敏度达到1.40 ng/mL。Rastegarzadeh等9建立了一种利用纳米金来检测福美双的方法，其原理是福美双能够抑制氯金酸被抗坏血酸还原生成纳米

7、金，体系中的福美双含量越多，最后生成的纳米金粒子就越少，颜色也会越浅。通过实验，发现线性范围在2.010-7 1.010-5 mol/L时，灵敏度达到1.710-7 mol/L。说明该方法适用范围广，灵敏度高，能够用于实际检测中。随着科学技术的进步，利用纳米金检测农药残留的方法和技术也在不断改善和发展，相信在不久以后，农药残留的检测一定会变得快速，方便并且准确。3.1.2 兽药残留兽药残留不仅仅是我们所理解的原药残留物，它其实也包括了药物在机体中反应所产生的代谢产物。兽药残留危害极大，一般不会立刻致病，但长期食用含有残留兽药的肉制品会使残留物在体内积累，最终导致过敏等一系列毒性反应。另外，部分残留药物还具有致癌、致畸、致突变作用10。因此，找到一种快速、灵敏、简单的兽药残留检测方法是人们所迫切需要的。Chen等11采用纳米金免疫技术首次同时对猪肉组织中的卡那霉素和妥布霉素进行了检测，该方法对猪肉组织中卡那霉素和妥布霉素总量的检测限达到了50 g/kg，检测过程在5 10分钟之间，结果肉眼可辨。该方法检出限低，灵敏度高，检测时间短，因而在对样品的现场快速筛选工作中能够发挥重要作用。Jia

8、ng等在2011年利用相同的办法对牛肉和猪肉样品中的19-去甲睾酮残留进行了检测，实验结果显示，线性范围在0.03 38 ng/mL之间时，在磷酸盐缓冲液中检测限可达0.52 ng/mL。同样适用于现场快速检测。在2011年，He等12报道了一例利用纳米金比色法成功检测到猪体液中-兴奋剂的实验，氯金酸会被-兴奋剂还原为金原子从而形成红色的纳米金溶液，该现象肉眼可辨，检测准确度高，利用该方法，人们便可以通过对尿液、血清等液体样品的检测来检测-兴奋剂或其它类似物，在体育竞技等方面有着非常好的应用前景。3.1.3 致病微生物的检测由致病性微生物所引发的食源性疾病可以算是全世界头号食品安全问题。上世纪80年代上海便因为生吃毛蚶而导致30万人患上甲肝，这一数字直到现在依然是世界记录。而每年都会有数以百人因为沙门氏菌中毒住院。食品生产是一个非常复杂的过程。在整个过程中任意一环都存在被致病性微生物污染的可能性13。包括原料本身就可能携带有致病性微生物、在运输或销售过程中被致病微生物感染等。致病微生物的种类有许多，其中与人们接触最多，对人们威胁最大的主要有：禽流感病毒、沙门氏菌、口蹄疫病毒、金黄色葡萄

9、球菌等。目前，以纳米金为免疫标记物的快速检测技术在致病微生物方面的应用比较多，检测的种类也比较广泛。自从Hasan成功利用免疫胶体金技术检测了O1群霍乱孤菌以来，以纳米金为基础的致病微生物检测技术越来越多，检测方式也越来越丰富14。Yang等15通过纳米金将沙门氏菌的单克隆抗体固定于经乙二胺修饰的玻璃电极上，从而制得一种电容型免疫传感器，利用该传感器可以直接检测沙门氏菌。实验表明，当沙门氏菌处于1.0102 1.0105 CFU/mL的浓度范围内时，检测限能够达到1.0102 CFU/mL。Su等16在2012年研究出一种通过将巯基乙胺与纳米金结合来检测大肠杆菌O157:H7的方法，当以巯基乙胺修饰的纳米金与含有大肠杆菌O157:H7的样本接触时，由于巯基乙胺能够以静电吸附作用与大肠杆菌O157:H7结合，从而引起巯基乙胺与纳米金复合物的聚合，导致溶液颜色由红变蓝，5 min即可用肉眼观测到，适用于现场即时检测。2013年袁京磊等17完成了一次对金黄色葡萄球菌的可视化检测实验。他们将与要检测的目标序列互补的DNA修饰到纳米金上，利用DNA分子杂交原理，只要样品中存在金黄色葡萄球菌目标序列，与目标序列互补的DNA序列就会与之杂交，而作为载体的纳米金也会互相靠近，使得纳米金之间发生团聚，从而引起纳米金颜色的变化。而目标序列浓度的不同也会使纳米金的颜色呈现出不同的变化(图3.2)。结果显示，当线性范围在30 9800 CFU/ml之间时，检出限可达到25 CFU/ml。该方法检测灵敏度高，通过对比实验，其准确度与平板计数法基本一致，因此可用于实际的检测工作中。图3.2 基于纳米金的金黄色葡萄球菌可视化检测的原理Fig. 3.2 Schematic representation of the visual detection of Staphylococcus aureus using nanoparticles3.1.4 生物毒素的检测生物毒素本质为具有毒性的

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