胆碱氧化酶功能化室温磷光量子点的制备及其对氯化胆碱的定量检测

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.210209

摘要/Abstract

摘要：

环境友好型纳米生物传感器能够提高传统生物分子传感器的检测性能，在实际应用中具有重要的应用价值。本研究以胆碱氧化酶（ChOx）为模板，在室温（25 ℃）下通过矿化作用制备了一种ChOx功能化的室温磷光（RTP）量子点（QDs）（ChOx RTP QDs）纳米生物传感器，并利用ChOx与氯化胆碱的特异性酶-底物反应和光诱导的电子转移（PIET）实现了对氯化胆碱（Cho）的RTP定量检测。该纳米生物传感器对氯化胆碱检测的线性范围为0.05~20 mmol/L，检出限为0.02 mmol/L。该方法基于QDs的RTP性质，可以有效地避免生物样品背景荧光的干扰，且无需复杂的样品前处理过程，因此该方法较适合于生物样品中氯化胆碱的定量检测。

关键词: 胆碱氧化酶, 室温磷光量子点, 氯化胆碱

Abstract:

Environment-friendly nanobiosensors can improve the detection performance of traditional biomolecular sensors and are of importance in practical applications. In this study， a kind of room temperature phosphorescence （RTP） quantum dots （QDs）（ChOx RTP QDs） nanobiosensor was prepared by mineralization at room temperature （25 ℃）， using choline oxidase （ChOx） as the template. The specific enzyme substrate reaction between ChOx and choline oxidase and the photoinduced electron transfer （PIET） were used to detect the RTP of choline oxidase. The linear range of chox detection is 0.05~20 mmol/L， and the detection limit is 0.02 μmol/L. This method is based on the RTP property of QDs， which can effectively avoid the interference of background fluorescence of biological samples and does not need complex sample pretreatment process. Therefore， this method is more suitable for the quantitative detection of choline oxidase in biological samples.

Key words: Choline oxidase, Room temperature phosphorescent quantum dots, Choline chloride

中图分类号:

O655

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图/表 7

图1 （A） ChOx RTP QDs合成过程示意图；（B）氯化胆碱的检测过程

Fig.1 （A） Synthesis process and diagram of ChOx RTP QDs；（B） Detection of choline oxidase by ChOx RTP QDs

图2 （A） n（Mn2+）：n（Mn2++Zn2+）与ChOx RTP QDs RTP强度的关系；（B） n（S2-）/n（Mn2++Zn2+）与ChOx RTP QDs RTP强度的关系；（C） pH值与ChOx RTP QDs RTP强度的关系；（D） ChOx浓度与ChOx RTP QDs RTP强度的关系.（λex=295 nm，λem=585 nm）

Fig.2 （A） Relation between n（Mn2+）∶n（Mn2++Zn2+） and RTP intensity of ChOx RTP QDs；（B） Relation between n（S2-）/n（Mn2++Zn2+）and RTP intensity of ChOx RTP QDs；（C） Relation between pH and RTP intensity of ChOx RTP QDs；（D） Relation between ChOx concentration and RTP intensity of ChOx RTP QDs. （λex=295 nm，λem=585 nm）

图3 （A） MPA包覆的Mn-ZnS QDs（a）、ChOx RTP QDs（b）、ChOx（c）的紫外光谱；（B） ChOx RTP QDs的最大激发峰（a）和RTP最大发射峰（b）；（C） ChOx RTP QDs的磷光寿命；（D） ChOx RTP QDs的TEM图

Fig.3 （A） UV spectra of MPA-capped Mn-ZnS QDs （a）， ChOx RTP QDs （b） and ChOx （c）；（B） Maximum excitation peak （a） and maximum emission peak （b） of ChOx RTP QDs；（C） Phosphorescence lifetime of ChOx RTP QDs；（D） TEM image of ChOx RTP QDs

图4 （A）随着氯化胆碱（Cho）浓度的增加（0、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、2.0、10、20、30和40 mmol/L），ChOx RTP QDs的 RTP强度变化光谱图（插图：ΔRTP/RTP0与浓度倒数图及线性拟合）；（B） ChOx RTP QDs检测氯化胆碱的标准曲线；（C） pH值对ΔRTP/RTP0的影响；（D）温度对ΔRTP/RTP0的影响

Fig.4 （A） Variation spectra of RTP intensity of ChOx RTP QDs with the increase of choline chloride concentration （0， 0.05， 0.1， 0.2， 0.5， 1.0， 2.0， 10， 20， 30 and 40 mmol/L）. Insets： plot of ΔRTP/RTP0vs.reciprocal concentration and linear fitting；（B） Standard curve of choline chloride detection based on ChOx RTP QDs；（C） Influences of pH on ΔRTP/RTP0；（D） Influences of temperature on ΔRTP/RTP0

图5 ChOx在固定前（a）后（b）CD的光谱.

Fig.5 CD spectra of ChOx before （a） and after （b） fixation

表1 生物体液中常见金属离子和生物分子对氯化胆碱检测体系RTP 强度的干扰

Table 1 Effect of co?existing substance on the RTP intensity of 0.1 mmol/L choline

共存物质 Co?existing substance	共存物质浓度/氯化胆碱浓度 c（Co?existing substance）/c（choline）	RTP变化率 Change of the RTP intensity/%
钾离子 K⁺	80	-4.7
钠离子 Na⁺	300	2.6
钙离子 Ca²⁺	10	-4.2
镁离子 Mg²⁺	8	3.9
锌离子 Zn²⁺	0.06	4.9
亚铁离子 Fe²⁺	0.0004	-4.6
锰离子 Mn²⁺	0.005	-2.7
葡萄糖 Glucose	80	-5.3
丙氨酸 Alanine	6	-2.9
脯氨酸 Proline	0.05	5.6
赖氨酸 Lysine	0.05	-3.1
谷胱甘肽 Glutathione	0.05	-4.1
半胱氨酸 Cysteine	0.0005	2.8

表2 实际样品中检测氯化胆碱回收率实验（实验重复3次）

Table 2 Recovery for the determination of choline chloride in real samples （n = 3）

样品

Sample

样品中氯化胆碱浓度

Concentration of choline chloride in the sample

c/（mmol·L^-1）

氯化胆碱添加浓度

Choline chloride addition concentration

c/（mmol·L^-1）

检测浓度

Detection concentration

c/（mmol·L^-1）

回收率

Rate of recovery/%

人尿液

Urine

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