银纳米粒子结合紫外-可见分光光度法与数字图像分析技术用于电解质比色检测的创新研究

推荐：本研究针对传统金纳米粒子(AuNPs)检测电解质成本高、功能化复杂的问题，开发了基于银纳米粒子(AgNPs)和赖氨酸(Lys)的比色传感系统。通过优化合成纯化工艺将粒径从27±15 nm降至10.3±1.4 nm，结合UV-Vis和PCA评估纯化效果，首次实现AgNPs对Na+/Ca2+的UV-Vis检测及四种电解质的DIA分析(R2 0.959-0.998)，为临床监测提供经济高效的替代方案。

　　

电解质失衡与多种疾病密切相关，传统检测方法如原子吸收光谱(AAS)、离子色谱(IC)等虽精准但设备昂贵。金纳米粒子(AuNPs)虽广泛用于比色检测，但其前驱体HAuCl₄成本高昂且功能化复杂。相比之下，银纳米粒子(AgNPs)具有更高的消光系数和更低的原料成本，但相关研究仍存在合成批次差异大、纯化标准缺失等问题。

为解决这些技术瓶颈，研究人员系统探索了五种AgNPs合成方案（S0-S4），通过离心纯化将粒径从27±15 nm优化至10.3±1.4 nm，创新性地结合UV-Vis和主成分分析(PCA)评估纯化效果。选用赖氨酸(Lys)作为交联剂诱导纳米粒子聚集，建立Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺的检测体系。关键技术包括：TEM表征纳米粒子形貌、MATLAB图像处理分析粒径分布、微孔板DIA系统采集动力学数据，以及离子色谱(IC)验证实际样品。

研究结果方面：
3.1 合成与表征：S0方案获得的AgNPs最接近商业参照品(10 nm)，其UV-Vis吸收峰位于405 nm，而S1/S4因聚集呈现宽谱带。
3.2 纯化验证：12,000 rpm离心20分钟的组分(S0_1220L)通过TEM显示最优单分散性，PCA证实其光谱特征与商业NPs高度吻合。
3.4 电解质检测：

• UV-Vis法：在5分钟反应时间内，Na⁺(20.9-139.5 mM)通过A₃₀₀检测(R² 0.998)，Ca²⁺/Mg²⁺(0.25-1.0 mM)通过A₅₄₅检测，首次实现AgNPs对Na⁺/Ca²⁺的定量。
• DIA法：智能手机采集的RGB图像中，B通道对K⁺(1-25 mM)响应最佳(R² 0.997)，而Ca²⁺-Mg²⁺同步检测因离子相似性受限。
  3.5 实际应用：眼用制剂检测受基质干扰，但标准加入法证实方法在简单基质中的可行性。

结论部分强调，该研究突破性地将AgNPs应用于多种电解质检测，相比AuNPs方案降低成本50%以上。虽然复杂样本的基质效应仍需克服，但提出的PCA纯化评估模型和微孔板DIA系统为纳米传感研究提供新范式。论文发表于《Sensing and Bio-Sensing Research》，为开发床边检测(POCT)设备奠定基础，特别适用于资源有限地区的电解质筛查。研究同时指出，未来需关注AgNPs的环境毒性，并探索生物可降解的纳米材料替代方案。