基于纳米金的pH比色传感器(3)
1.3纳米金在比色传感上的应用
相较于荧光法，发光法，电化学法等常规检测方法，比色法具有结果用肉眼可见，而又无需复杂仪器测量，非常地适合现场测定和实时测定等优点，因此比色法一直是分析化学领域中的热点研究方向。纳米金作为生物分析化学上应用最为广泛的标记纳米材料，具有极高的消光系数（比普通有机染料高3-4个数量级）和强烈的粒子间距效应，其在分散状态或者粒径较小时（10-50 nm）呈酒红色，紫外可见吸收图谱在525 nm左右呈现较高光吸收，发生团聚或者粒径变大后会逐渐转变为紫色或者蓝色，吸收峰红移，520 nm处光吸收降低而600-700 nm处的光吸收增强。反之纳米金从团聚状态或者粒径较大变为分散状态或者粒径较小时也可以由紫色或者蓝色变成酒红色，吸收峰左移［9,10］.通过肉眼观测或者测量紫外可见吸收光谱的变化可以对纳米金变色的程度进行测定，利用这一性质建立的纳米金比色法的灵敏度已经可以达到荧光法的灵敏度［10,11］.而目前已应用在实验研究的纳米金比色法的原理主要有两种，第一种是去保护法，即先用适配体或者其他修饰分子保护纳米金，使其即使在高盐浓度下仍然保持分散状态，溶液呈酒红色，当加入待测靶标时，靶标就会和保护分子结合，失去保护的纳米金溶液就会在高盐浓度下团聚变蓝；第二种是交联法，即选择或者设计合成能同时与靶标两个或者两个以上位点特异结合的修饰分子修饰纳米金，当加入靶标时，不同纳米金上的修饰分子即可通过与靶标发生反应而把纳米金交联到一起，使溶液变蓝。当然除了上述两种常见的比色原理之外，还可以通过靶标来控制纳米金的还原合成［12,13］(颜色从无到酒红)或者纳米金刻蚀［14,16］（颜色从酒红变淡）等方法来实现纳米金的比色检测。纳米金比色操作简单，反应速度快，近十年来围绕纳米金已经开发各种各样的比色检测方法，被广泛用于分析细胞［17］，小分子［18］，生物大分子［19］，金属离子［20］等。
1.4纳米金比色测定pH应用上的发展
当把纳米金的比色性能应用到pH检测上时，衍生出很多种生物或化学方法，Sharma 等［21,22］巧妙的将巯基修饰的i-motif DNA通过Au-S键修饰到纳米金表面，利用pH调控四重体结构的折叠与打开，从而实现纳米金的聚集与分散，通过观察溶液颜色的变化，可以非常直观的指示溶液的pH。然而该方法过程繁琐，检测成本也很高。吴金梅等［23］则报道了一种不用修饰的纳米金即可测定pH的方法，该方法利用DNA序列在酸碱度不同的溶液中所呈现的结构不同（单链或四重体结构）的特性，通过加入纳米金后的颜色变化或呈现的紫外可见吸收光谱图就可判断待测溶液的pH。然而还需购买价格过高的生物DNA片段，应用成本过高。
近年来，4-巯基吡啶分子在修饰纳米金表面上的应用越来越广泛起来，吴超课题组在2009年利用线性α-甲氧基-ω-巯基聚乙二醇（PEG）高分子保护层的特性，用4-巯基吡啶和线性PEG修饰纳米金表面，得到的纳米金颗粒不仅能够在强酸，强碱和高浓度盐溶液中稳定存在，而且依然保持了较好的pH传感器的性能［24］。本论文利用上述纳米金特性，用4-巯基吡啶修饰的纳米金作为pH计，利用纳米金配体上的吡啶N与溶液中H+形成氢键作用，从而导致纳米金配体分子之间聚集。通过控制缓冲溶液浓度、缓冲盐种类、缓冲盐pH、4-巯基吡啶浓度、配体交换时间长短，达到预期实验效果，从而能在短时间通过测定溶液的紫外可见吸收光谱或者根据溶液的颜色直观地判断待测溶液的pH，建立出一种可视化、便携性、现场快速的pH检测方法。