一种纳米酶-气凝胶复合材料及唾液中酒精含量、血液中葡萄糖含量的检测方法技术

本发明专利技术提供了一种纳米酶‑气凝胶复合材料，由双亲气凝胶原位生长具有过氧化氢酶活性的纳米酶制备得到。本发明专利技术提供的上述纳米酶‑气凝胶复合材料具有非常好的亲水性，良好的机械性能，较高的过氧化氢酶活性和良好的生物相容性。气凝胶的合成原料聚乙烯醇和顺丁烯二酸都是价钱低且生物友好的试剂。纳米酶原位生长在气凝胶上，增加了纳米粒子的稳定性和生物安全性，降低了纳米材料在生物应用中的污染。该材料可重复利用，循环使用十次其活性仍然高达84.9％。缓冲溶液中酒精的检出限为0.50mM，唾液中酒精含量检测的动态范围为0.50‑15mM，涵盖国标中酒驾和醉驾的酒精浓度范围。

A method for detecting nano enzyme aerogel composite material and alcohol content in saliva and glucose content in blood

【技术实现步骤摘要】
一种纳米酶-气凝胶复合材料及唾液中酒精含量、血液中葡萄糖含量的检测方法
本专利技术涉及检测
，尤其涉及一种纳米酶-气凝胶复合材料及唾液中酒精含量、血液中葡萄糖含量的检测方法。
技术介绍
目前酒精检测的方法有呼出气体酒精含量检测仪(GB/T21254-2017)，顶空气相色谱法(GA/T842-2009)以及唾液酒精检测试纸条(GA/T843-2009)。其中，呼出气体酒精含量检测仪用于检测呼出气体中酒精的含量，具体方法是收集呼出气体，通过电化学方法检测酒精含量。工作电流不大于120mA，特点是便携设计、小巧时尚。该方法是交通中常用的检测酒驾的方法。但该方法容易受到当时温度、湿度、周围环境和人为吹气方式不同的影响，要多次采集样本保证检测的准确性，通常用于定性检测。顶空气相色谱法又称液上气相色谱分析，是一种联合操作技术。通常采用进样针在一定条件下一定温度下对固体、液体、气体等进行萃取吸附，然后在气相色谱分析仪上进行脱附注射。萃取过程常在固相微萃取平台上进行。顶空气相色谱法用于检测血液中酒精含量，可以准确定量，但是需配备昂贵的大型仪器，操作人员需要进行培训，血液样本的采集比较繁琐并且伴随疼痛，耗费精力和时间。唾液酒精检测试纸条用于检测唾液中酒精的含量。将有试纸条反应垫的一端放入受测试者舌下，合上嘴巴，确保唾液渗透试纸条，或让受试者将唾液吐在包装袋中，将反应垫渗透唾液中，立即开始计时，到达规定时间后，拔出试纸条。唾液酒精检测试纸条是一种半定量检测方式，通过颜色比对进行酒驾醉驾的判断，会因个人颜色辨别差异对检测结果产生影响，目前使用不广泛。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种纳米酶-气凝胶复合材料及唾液中酒精含量、血液中葡萄糖含量的检测方法，收集样本简单，检测方便，且准确度高。本专利技术提供了一种纳米酶-气凝胶复合材料，由双亲气凝胶原位生长具有过氧化氢酶活性的纳米酶制备得到。优选的，所述双亲气凝胶为聚乙烯醇气凝胶。优选的，所述纳米酶为以Pd为核、Pt为壳的核-壳结构纳米粒子，Au纳米粒子，Ag纳米粒子和CeO2纳米粒子中的任意一种或多种。本专利技术将上述以Pd为核、Pt为壳的核-壳结构纳米粒子记为Pd@Pt纳米粒子。本专利技术提供的纳米酶-气凝胶复合材料，包含两个部分，聚乙烯醇气凝胶材料和纳米酶，如Pd@Pt纳米粒子。气凝胶材料一方面可以收集唾液，一方面提供了纳米酶的生长位点。这种材料比普通的棉签吸收效果好，更方便收集生物样本。本专利技术中，所述具有过氧化氢酶活性的纳米酶可以替换为具有其他酶活性(过氧化物酶活性)的纳米材料，采用比色法进行检测。本专利技术公开了上述纳米酶-气凝胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1)将聚乙烯醇、交联剂顺丁烯二酸，和无机酸混合，反应得到双亲气凝胶；S2)将金属粒子前驱体、表面活性剂、还原剂的混合溶液，与双亲气凝胶混合，进行水热反应，得到纳米酶-气凝胶复合材料。优选的，所述无机酸为浓硫酸。优选的，所述步骤S1)中，反应的温度为100-200℃，反应的时间为16-48h。在本专利技术的一些具体实施例中，反应在200℃烘箱中进行。优选的，所述步骤S1)具体为：在聚乙烯醇水溶液中，加入交联剂顺丁烯二酸，无机酸，搅拌均匀，进行反应。所述聚乙烯醇水溶液的浓度优选为3wt％-10wt％，更优选为6wt％。所述交联剂顺丁烯二酸和聚乙烯醇的比例关系优选为顺丁烯二酸中的-COOH与聚乙烯醇中的-OH的比例为30％～50％，例如30％，40％或50％，更优选为30％。优选的，所述步骤S1)还包括：将得到的双亲气凝胶在去离子水中浸泡至溶液呈中性，冷冻干燥。优选的，所述步骤S2)中，水热反应的温度为90℃，反应的时间为2h。优选的，所述金属粒子前驱体为Pt、Pd前驱体，如氯铂酸和氯钯酸；或者为氯金酸，硝酸银，硝酸铈中的一种或多种。所述表面活性剂为普郎尼克F127；所述还原剂为抗坏血酸。优选的，所述步骤S2)还包括：将得到的纳米酶-气凝胶复合材料在去离子水中浸泡至溶液呈中性，冷冻干燥。本专利技术提供的上述纳米酶-气凝胶复合材料，具备良好的亲水亲油性能和多孔性质。Pd@Pt纳米粒子或Au纳米粒子，Ag纳米粒子、CeO2纳米粒子均匀分布在气凝胶的3D网状结构中，具有过氧化氢酶活性。利用气凝胶的双亲性质和多孔性质，本专利技术提供了一种检测唾液中酒精含量和血液中葡萄糖含量的新方法。采用上述纳米酶-气凝胶复合材料收集生物样本(唾液和血液)，然后将天然酶和纳米酶组合起来级联催化酒精/葡萄糖产生过氧化氢进而分解生成氧气，最后利用气压计检测因生成氧气而引起的压强变化，进行定量检测。天然酶和纳米酶的级联催化组合，兼具高选择性和强催化活性，保证酒精/葡萄糖到氧气的转化过程。采用气压计进行压强检测，不仅能保证准确定量，而且不需要配备大型仪器，具有成本低、灵敏度高、操作简单的优点。比起采用紫外-可见分光光度计要更方便，更低廉。本专利技术中，检测氧气含量的方法可以采用其他装置，如氧电极。该检测方法比起国标中的三种检测方法，弥补了呼出气体酒精含量检测仪只能定性的缺点，也克服了顶空气相色谱法需要抽取血液的弊端，同时比唾液酒精检测试纸条更准确地进行定量。具体的，本专利技术提供了一种唾液中酒精含量的检测方法，包括以下步骤：利用上述纳米酶-气凝胶复合材料，或上述制备方法制备的纳米酶-气凝胶复合材料，收集唾液，然后加入酒精氧化酶，密封；通过气压计进行压强检测。酒精氧化酶将唾液中的酒精分解成过氧化氢，然后在纳米酶-气凝胶复合材料中的Pd@Pt纳米粒子的催化作用下，过氧化氢被分解为水和氧气。上述在密闭空间生成的氧气可以通过气压计进行压强检测。而通过以上级联反应生成的氧气与唾液中酒精的含量成正比，因此气压计的压强读数就代表着唾液中酒精的含量。本专利技术提供了一种血液中葡萄糖含量的检测方法，包括以下步骤：利用上述纳米酶-气凝胶复合材料，或上述制备方法制备的纳米酶-气凝胶复合材料，收集血液，然后加入葡萄糖氧化酶，密封；通过气压计进行压强检测。葡萄糖氧化酶将血液中的葡萄糖分解成过氧化氢，然后在纳米酶-气凝胶复合材料中的Pd@Pt纳米粒子的催化作用下，过氧化氢被分解为水和氧气。上述在密闭空间生成的氧气可以通过气压计进行压强检测。而通过以上级联反应生成的氧气与血液中葡萄糖的含量成正比，因此气压计的压强读数就代表着血液中葡萄糖的含量。本专利技术利用纳米酶-气凝胶复合材料检测唾液中酒精含量和血液中葡萄糖含量流程图如图1所示。本专利技术采用天然酶作为级联反应的第一步是为了利用天然酶的高催化活性和对目标物的选择性。天然酶与纳米酶组合进行级联催化，可以保证将目标物快速分解成过氧化氢，再利用具有高过氧化氢酶活性的纳米酶催化其分解成氧气，将信号快速准确的转化为气体压强，方便检测。本专利技术中，信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米酶-气凝胶复合材料，由双亲气凝胶原位生长具有过氧化氢酶活性的纳米酶制备得到。/n

【技术特征摘要】
1.一种纳米酶-气凝胶复合材料，由双亲气凝胶原位生长具有过氧化氢酶活性的纳米酶制备得到。


2.根据权利要求1所述的纳米酶-气凝胶复合材料，其特征在于，所述双亲气凝胶为聚乙烯醇气凝胶。


3.根据权利要求1所述的纳米酶-气凝胶复合材料，其特征在于，所述纳米酶为以金属Pd为核、Pt为壳的核-壳结构纳米粒子，Au纳米粒子，Ag纳米粒子和CeO2纳米粒子中的任意一种或多种。


4.权利要求1～3任一项所述的纳米酶-气凝胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1)将聚乙烯醇、交联剂顺丁烯二酸，和无机酸混合，反应得到双亲气凝胶；
S2)将金属粒子前驱体、表面活性剂、还原剂的混合溶液，与双亲气凝胶混合，进行水热反应，得到纳米酶-气凝胶复合材料。


5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述无机酸为浓硫酸。


6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1)中，反应的温度为100-200℃，反应的时间为16-48h；所述步骤S2)中，水热反应的温度为90℃，反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜衍，张玉，马崇博，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22