基于纳米金复合材料光学特性的抗氧化能力评价方法

Antioxidants can effectively reduce the oxidative stress level in vivo, and thus contribute to the defense against oxidative damage and protect against several diseases. Exogenous antioxidants is a kind of important source, such as the diet of tea drinks, red wine, vegetables and fruits which contain a variety of natural antioxidant effective component. They have various positive physiological function to the human body. Many of the traditional antioxidant capacity evaluation methods are not widely used in laboratory and routine testing due to time-consuming, low sensitivity, single detect objects, expensive instrument, et al. With the continuous development of nanotechnology, nanosensors show a strong application propect in a variety of areas. The project focuses on the gold nanocomposite materials and the application in antioxidant testing. The intrinsic localized surface plasmon resonance (LSPR) characteristic is well studied and attractive for the nanosensor construction. Redox role mediated formation of gold nanocomposite results in high-adjustable optical absorption propertites during the growth process. On one hand, the addition of antioxidant can scavenge reactive oxygens and then restraining the formation of gold nanocomposites. On the other hand, due to the different reducing power of antioxidants arising from the intrinsic structural varieties (abundant with hydroxyl groups or the existance of lone pair of electrons), the gold nanocomposites will exhibit various growth stages. Under both of the two situations, the optical absorption peak will be regularly changed. We use the optical properties as detection signal to construct gold nanocompasite materials-based antioxidant capacity assay. It is simple, rapid and sensitive, additionally, can be used in visual analysis to a certian extent for antioxidant functional evaluation. Some real samples including the tea, red wine, fruit, vegetable, et al. will be evaluated successfully for their antioxidant capacity after some processing. It is a novel and reliable spectrophotometric method which provides an alternative prospect of nanoprobe for the estimation of antioxidant capacity and offers new perspectives for innovative detection scheme in combination with nanoscience and food industry.

抗氧化剂能有效降低体内的氧化应激水平，预防氧化损伤引起的诸多疾病。其中，外源性抗氧化剂是一类重要的来源，如日常饮食中的各种茶类饮品、红酒、蔬菜、水果等都含有多种天然抗氧化有效成分，对人体具有各种积极的生理作用。传统的抗氧化能力检测方法存在耗时、敏感度低、检测物单一、仪器昂贵等缺点而无法普及应用。随着纳米科技的不断发展，在纳米传感器技术的基础上，本课题以不同形貌的金纳米复合材料作为研究对象，利用氧化还原作用介导金纳米复合材料的形成及高度可调的光学吸收特性构建纳米传感探针，基于抗氧化剂对活性氧物种的清除作用和抗氧化剂本身富含羟基官能团或外层含有孤对电子的极易失电子特性会对金纳米复合材料形成产生不同程度的影响，以规律性变化的光学吸收峰作为检测信号，构建基于金纳米复合基底结构的抗氧化能力快速评价方法。并利用多种提取手段，对茶类饮品、葡萄酒、水果、蔬菜等日常饮食中含有的天然抗氧化成分进行有效提取，将该方法应用于对一系列实际样品的抗氧化功效检测。该研究拓展了纳米材料的光学传感应用，具有方法研究、理论探索和指导实践的重要科学意义。

20世纪50年代，Denham Harman等人提出关于老化的“自由基理论”，他认为细胞内生的氧自由基在细胞内不断积累，正常情况下，抗氧化剂与活性氧物种存在动态平衡，从而维持正常的生理机能。除体内自身含有的抗氧化成分，我们还可以通过体外摄取来补充。传统抗氧化能力测定方法包括分光光度法、荧光法、化学发光法、循环伏安法、色谱法、电子自旋共振法、自动流体注射法等。纳米粒子具有特殊的表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应,使得金纳米粒子可以和多种生物分子结合，易于标记，可检测模式更多、更灵敏，在生物分析应用中已显现出极大的优越性。. 基于此， 我们利用纳米金的光学效应，将纳米金应用于抗氧化能力的评价中，选取一系列酚酸化合物（没食子酸，咖啡酸，原儿茶酸，阿魏酸，香草酸）作为标准品，还原剂诱导金纳米粒子的生长，再利用分光光度法表征所形成金纳米颗粒的光学吸收强度，分别对应不同的还原能力，即抗氧化能力，对相应的构效关系进行了分析，我们还利用酚酸化合物的电还原性能，对在纳米金修饰的电极表面的氧化还原能力进行了检测。此外，我们分别选择一系列茶饮料、果蔬提取物、植物提取物等作为实际样品，利用以上方法，分别对我们日常饮食中的成分进行了抗氧化能力的评价与分析，对相关膳食的抗氧化水平给出建议值。我们还利用纳米材料的光学增强特性，对细胞遭受氧化损伤后的情况进行了光学表征，建立了一种细胞氧化损伤的表征新方法。. 通过与传统抗氧化能力评价方法相比较，证实了本实验所建立的基于纳米金光学吸收特性测定抗氧化剂的抗氧化能力的新方法的可靠性和准确性，拓展了纳米材料在食品检测领域的新应用。在细胞氧化损伤检测中的应用为生物体系内的实时动态检测提供了新的思路。基于纳米金检测评价物质抗氧化性能相对于传统方法操作简单，响应迅速，有望推广至相关天然食品和饮料的功能评价，具有广阔的实际应用前景。