利用金纳米粒子的颜色变化实现食品基质中的物质检测

  本文着重介绍金纳米粒子食品检测中的应用，并对金纳米粒子检测的影响因素进行详细介绍。

  局域表面等离子共振(LSPR)是指当光线入射到由贵金属构成的纳米颗粒上时，如果入射光子频率与贵金属纳米颗粒或金属传导电子的整体振动频率相匹配时，纳米颗粒或金属会对光子能量产生很强的吸收作用，就会发生局域表面等离子体共振的现象，这时会在光谱上出现一个强的共振吸收峰,这种现象会使溶液中聚集或未聚集的粒子出现颜色不同的现象。关于金纳米粒子，可知，在粒径为1-50nm时，在溶液中呈现酒红色，等离子带是在520nm左右，当金纳米粒子聚集会整体呈现紫色，等离子带在630nm附近，具体表现如图1a所示。这种等离子震荡和颜色改变受到粒子间距的极大影响，粒子间距越小，从红色变为紫色的效果越明显，具体表现如图1c所示。

  图1

  关于金纳米粒子的合成，最常用的是，柠檬酸还原法，氯金酸被柠檬酸三钠还原，柠檬酸钠在整个反应过程中除了做还原剂，还被当作封端剂。金盐和柠檬酸盐的添加量比例会影响到所合成的纳米粒子的尺寸。除了柠檬酸，还有一些其他还原剂如硼氢化钠，单宁酸，抗坏血酸，胺分子以及葡萄糖被用作金纳米粒子的制备。并且可以通过控制溶液PH，室温，还原剂浓度等来得到不同形状的金纳米粒子。金纳米粒子的稳定性受到静电与空间位阻的影响，靶标的存在也会导致金纳米粒子的聚集。在食品检测过程中，食品基质的成分会对检测结果的颜色表征造成干扰，如Cl^-、Ca²⁺、Na⁺、K⁺、SO₄^2-、PO₄^3-等会干扰到检测过程。在检测过程中，缓冲液的配置也会影响到金纳米粒子的捕获能力，其中水溶性盐如MgSO4,NaCl,MgCl2,会被用于调节缓冲液粒子强度以及优化反应条件，添加1mM的Al³⁺，Mg²⁺，K⁺，Cl^-，SO₄^2-并不会导致粒子的颜色变化，但是添加0.1mM的Ca²⁺会导致粒子颜色的变化，这表明食品基质中Ca²⁺的存在会导致假阳性结果的出现。溶液的PH会影响到金纳米粒子表面的电荷进一步影响结合反应。关于DNA在金纳米粒子表面的结合与DNA的负电性的减少有关。尽管双链和单链DNA都能和金纳米粒子结合，但是单链结合要比双链结合更快，这是由于单链DNA的展开能力更强，能更大程度的暴露电核并促进吸附，除此之外，小于四十个核酸碱基的短链DNA结合更快，并且腺嘌呤的结合效果最好，其次依次是胞嘧啶，鸟嘌呤，胸腺嘧啶。寡核苷酸通常会在末端修饰硫醇基来与金纳米粒子表面形成硫-金键来提高DNA-金纳米粒子复合物的稳定性，避免检测机制中其他物质的干扰。

  本文介绍当中，主要利用金纳米粒子颜色发生改变这一性质进行靶标检测，如图2所示，当存在靶标是，纳米粒子发生聚集，呈现紫色，不存在靶标时，纳米粒子处于分散状态，呈现红色。

  图2