金纳米棒光学探针应用于过氧化氢检测及多酚化合物的抗氧化活性的评价
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摘 要：以金纳米棒为荧光探针，基于H2O2对金纳米棒的氧化作用，导致金纳米棒的荧光光谱发生变化，建立一种对H2O2检测以及评价多酚化合物抗氧化能力的新方法。采用透射电镜（TEM）和局域表面等离子共振（LSPR）光谱对金纳米棒进行表征。在最佳实验条件下，H2O2氧化金纳米棒使其719 nm处的荧光峰下降，且H2O2浓度在2.0×10 6～3.5× 10 5mol/L范围内与荧光强度呈线性关系，检出限为8.0×107 mol/L（S/N=3）。进一步在该体系中加入多酚化合物，利用其具有清除活性氧的能力，可使金纳米棒的荧光信号的恢复，从而评价化合物的抗氧化能力。以芒果苷（MGF）、白藜芦醇（RSV）、瑞香素（DAP）研究此体系对活性氧的清除作用，抗氧化能力依次为：MGF>RSV>DAP，此结果与DPPH法的检测结果相符。
关键词：金纳米棒； 荧光； 过氧化氢； 多酚化合物； 抗氧化
1 引 言
金纳米棒具有独特的光学性质，其可调的表面等离子共振（LSPR）特性使其在材料学、生物医学、疾病诊断和治疗、分析应用等领域得到广泛应用[1，2]。如利用其LSPR性质来进行有机小分子的检测[3]、抗体抗原的免疫分析[4]、肿瘤标记物的检测[5]等。金纳米棒通过表面功能化修饰，也可应用于重金属离子的分析， Rex等[6]利用Hg与金纳米棒的融合形成汞合金，使金纳米棒的吸收光谱强度下降并发生蓝移，从而实现了水样中Hg的高灵敏检测。此外，金纳米棒具有独特的荧光性质，其荧光强度随着长径比的增大而增强[7]。ElSayed等[8]研究表明，金纳米棒变形为短棒状或球体是由于不稳定的（110）晶面转换为稳定的（100）和（111）晶面。Gnecco等[9]研究了过氧化氢对金纳米棒的氧化作用机理，发现氧化过程中金纳米棒逐渐变形为球体。然而，应用其荧光性质进行分析研究仍较少，Li等[10]利用金纳米棒的荧光光谱实现了对DNA杂交的检测。本研究组的前期研究中发现金纳米棒在近红外光区具有独特的荧光峰，其峰型尖而灵敏，且背景干扰小，因此，利用该区域的荧光信号进行定量分析具有重要的应用价值。
H2O2常作为研究活性氧的模型分子，目前，检测H2O2的方法有光谱法[11]、色谱法[12]、化学发光法[13]和电化学方法[14]等，但普遍存在灵敏度不高或稳定性不足等缺点，开发灵敏、简便、响应迅速的检测H2O2的传感方法是近年来的研究热点[15]。多酚化合物芒果苷（MGF）、白藜芦醇（RSV）、瑞香素（DAP）是植物中重要的生物活性物质，具有良好的抗氧化清除自由基能力以及其它多种生物活性[16]。因此，本研究以金纳米棒为荧光探针，利用H2O2侵蚀金纳米棒，导致其近红外光区荧光光谱的下降，建立一种检测H2O2的新方法；利用多酚化合物具有清除活性氧的能力，可减弱H2O2对金纳米棒的氧化侵蚀作用，导致荧光强度恢复，根据金纳米棒荧光强度的变化，建立评价多酚化合物抗氧化活性的方法（检测机理见图1），同时采用DPPH自由基清除实验方法进行对照实验。
2 实验部分
2.1 仪器与试剂
Cary 5000紫外可见近红外分光光度计（美国瓦里安技术有限公司）；Zetasizer Nano纳米粒度仪（英国马尔文仪器有限公司）；JEOL2100F场发射透射电镜（日本电子公司）。
氯金酸（上海国药集团化学试剂有限公司）；十六烷基三甲基溴化胺（上海源聚生物科技有限公司）；白藜芦醇、瑞香素、芒果苷（南京泽朗医药有限公司）；H2O2（广州化学试剂厂）；DPPH（美国Sigma公司）；其它试剂均为分析纯；实验用水均为去离子水。
2.2 实验方法
2.2.1 金纳米棒的制备与表征 参照文献 [17]采用晶种生长法制备金纳米棒。用紫外可见近红外分光光度计和TEM 对其进行表征。经两次离心（1000 r/min）分散在少量水中，超声15 min，作为储备液。
3.3 基于金纳米棒荧光光谱对多酚化合物抗氧化活性的检测
如图5所示，在相同条件下，金纳米棒 H2O2检测体系中加入多酚化合物，随多酚化合物的增加，金纳米棒的荧光强度有所恢复，表明了多酚化合物清除溶液中H2O2，减弱H2O2对金纳米棒的氧化作用，使金纳米棒的荧光强度恢复。不同多酚化合物清除活性氧能力不同，金纳米棒的荧光恢复程度也不同。纳米棒荧光强度依次为： MGF>RSV>DAP，表明多酚化合物的抗氧化能力为：MGF>RSV>DAP。在低浓度多酚化合物作用下，金纳米棒的荧光光谱变化很小。因此， 实现了多酚化合物抗氧化活性的评价。
为了进一步评价上述方法的可行性，采用常用的DPPH自由基法作对照实验， 3种物质抗氧化能力依次为： MGF>RSV>DAP（图6），本方法与DPPH自由基清除实验方法结果变化趋势吻合。
本研究基于金纳米棒的荧光性质以及H2O2对金纳米棒的氧化作用，建立一种对H2O2检测以及评价多酚化合物抗氧化能力的新方法。在pH 6，20%甲醇溶液中加入多酚化合物，利用其具有清除活性氧的能力，引起金纳米棒的荧光信号的恢复，从而评价化合物的抗氧化能力。