本發(fā)明涉及一種用于濃縮樣品液體中的至少一種人為目標物質(zhì)的方法，該人為目標物質(zhì)由具有納米范圍內(nèi)的平均顆?；蛭⒘３叽绲念w粒和/或顆粒組成。

背景技術(shù)：

1、納米顆粒和納米微粒在我們的生活中起著越來越重要的作用。例如，對于制藥工業(yè)中的各種應(yīng)用（例如結(jié)合封裝的mrna活性成分）、食品技術(shù)或電氣工程或電子工業(yè)（例如與量子點有關(guān)），這涉及這些顆粒和微粒的使用，并且在本文中也涉及這些顆粒和微粒的生產(chǎn)。

2、由于它們的小尺寸和相關(guān)聯(lián)的物理特性變化，納米顆粒和/或納米微粒能夠被用于將藥物運輸?shù)剿杵鞴?，因為它們能夠穿透血腦屏障（例如，適用于藥物）和皮膚（例如，適用于化妝品工業(yè)）。納米顆粒和/或納米微粒也用于診斷應(yīng)用，例如用于基于膠體金的快速測試中的顏色檢測。它們還使食物穩(wěn)定，從而確保更長的保質(zhì)期。

3、納米顆粒和/或納米微粒幾乎全都是人為物質(zhì)。這意味著納米顆粒和/或納米微粒已經(jīng)由人類通過工業(yè)、商業(yè)和市政過程而不是例如由生物有機體產(chǎn)生。因此，納米顆粒和/或納米微粒的另一方面涉及我們的行星的污染，因為納米顆粒和/或納米微粒通常難以生物降解。納米顆粒和/或納米微粒例如源自塑料工業(yè)的廢料或通過本質(zhì)上的塑料廢料的部分分解（所謂的二次納米塑料）。具有來自塑料工業(yè)的廢物的環(huán)境的全球污染是全球問題。顆粒和/或微粒小于1μm小的納米塑料廢物進入生態(tài)系統(tǒng)不受阻礙，并且通常不被污水處理廠阻止。由微塑料和納米塑料引起的損傷包括將顆粒積聚在水生生物的組織中。它們還通過污染的水和食物鏈到達我們?nèi)祟?。疏水性持久性有機污染物（pop）在環(huán)境中的積累意味著增加了海洋生物和人類的附加負擔。由塑料或多種塑料制成的納米顆粒和/或納米微粒特別危險，因為它們能夠穿過細胞膜并且影響細胞代謝過程。

4、目前使用的收集和檢測方法僅適用于宏觀塑料和微塑料，而不適用于納米塑料。為了評估環(huán)境污染，例如從表面水收集塑料廢物。這利用以下事實：約98%的塑料顆粒具有比水更低的密度。使用具有約0.3mm的篩目尺寸的大型網(wǎng)收集塑料顆粒，該大型網(wǎng)通過船在水面上被拉動。收集的沉積物通過篩分分離尺寸。然后根據(jù)尺寸將塑料顆粒懸浮和過濾。其他方法基于大量水或空氣的過濾。不同水中的塑料顆粒的濃縮估計在大約1.5x10-5-0.11g/m3。

5、然而，在所有這些方法中，塑料部件<0.33mm（即微米范圍內(nèi)的納米顆粒和納米微粒的部分以及納米范圍內(nèi)的所有納米顆粒和納米微粒）要么丟失要么保持在過濾循環(huán)中。

6、使用光譜方法（例如，拉曼或紅外光譜）、熱分析方法（例如，動態(tài)差示掃描量熱法（dsc））、使用氣相色譜質(zhì)譜儀（gc/ms）、使用顯微鏡（光學(xué)的、基于熒光的）或還使用基于熒光的流式細胞術(shù)檢測微塑料和納米塑料廢物。這表明，由于納米塑料的低濃度，檢測非常復(fù)雜。對于這些應(yīng)用領(lǐng)域也需要一種新穎且簡單的濃縮方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種簡單、快速且普遍可用的方法，其用于濃縮樣品液體中的至少一種人為目標物質(zhì)。

2、該目的借助于根據(jù)權(quán)利要求1定義的方法、根據(jù)權(quán)利要求21的用途和根據(jù)權(quán)利要求24的試劑盒以令人驚訝的簡單且普遍適用的方式實現(xiàn)。在從屬權(quán)利要求中列出有利的實施例。

3、該溶液基于所謂的超吸收劑的使用，利用其能夠處理任何含水樣品液體以便濃縮包含在樣品液體中的納米顆粒和/或納米微粒。

4、超吸收劑（超吸收性聚合物，sap）是能夠在極性液體中吸收其自身重量的倍數(shù)的塑料。這些主要是水或含水溶液。當液體被吸收時，超吸收劑溶脹并形成水凝膠。水凝膠能夠由有極性的所有交聯(lián)聚合物（例如，聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、支鏈淀粉、明膠、纖維素）形成。然而，通常一方面使用丙烯酸（丙烯酸，?h2c＝ch-cooh）或丙烯酸鈉（丙烯酸鈉鹽，h2c＝ch-coona）并且另一方面使用丙烯酰胺的共聚物，其中兩種單體彼此的比例能夠變化。另外，所謂的核心交聯(lián)劑（cxl）被添加到單體溶液中，并且通過化學(xué)橋（也稱為交聯(lián)）將彼此形成的長鏈聚合物分子連接在適當位置。由于這些橋，聚合物是水不溶性的。這種所謂的基礎(chǔ)聚合物可能經(jīng)受所謂的表面交聯(lián)（sxl）。在此將另外的化學(xué)品施加到顆粒的表面，其通過加熱將第二網(wǎng)絡(luò)僅連接到顆粒的外層。該外殼支撐溶脹凝膠，以便在外部加載（移動、壓力）下也保持在一起。

5、通常使用產(chǎn)品，例如，具有100-1000μm的顆粒尺寸的白色顆粒。它主要用于嬰兒尿布、衛(wèi)生巾、失禁護理、繃帶并且少量也用于深海電纜的纜線護套中。進一步的應(yīng)用領(lǐng)域是所謂的凝膠床、在消防中形成凝膠的滅火劑、作為用于在花瓶中切割花的機械穩(wěn)定劑或作為植物土壤的添加劑，以便在持續(xù)的基礎(chǔ)上節(jié)省水。然而，由于其更好的環(huán)境兼容性，在此使用鉀中和的丙烯酸。以球形顆粒的形式，使用超吸收劑作為玩具是已知的，具有諸如“aquabeads”或“waterbeads”的名稱。這些是超吸收劑，其以可變尺寸（亞毫米至厘米）球的形式市售。

6、本發(fā)明基于以下非預(yù)期觀察：將水樣品與平均顆?；蛭⒘３叽鐬?0nm的熒光納米顆粒混合。在添加市售的水珠形珠后并且在珠膨脹至其原始體積的幾倍的培育期后，示出了納米顆粒未被超吸收劑吸收，而是濃縮在剩余的殘留液體中。

7、該觀察示出，通過使用超吸收劑，特別是以所謂的水珠形珠市售的超吸收劑，多種納米顆粒能夠容易且快速地濃縮在液體樣品中。然后能夠更容易地檢測濃縮的顆粒，因為濃縮導(dǎo)致更高的目標濃縮。

8、利用根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置，由此可以有效、容易和快速地濃縮廣泛范圍的組合物的納米顆粒用于檢測反應(yīng)。

9、基于此觀察，可以實現(xiàn)本發(fā)明的目的。

10、根據(jù)本發(fā)明的用于濃縮樣品液體中的至少一種人為目標物質(zhì)的方法包括：

11、-?將超吸收劑添加到樣品液體的初始體積的液體中或?qū)⒃擉w積的液體添加到超吸收劑中，

12、-?通過在第一時間段內(nèi)培育混合超吸收劑和該體積的液體獲得的混合物，以及

13、-?去除培育后存在的混合物的液體部分的第一樣品。

14、“人為物質(zhì)”是不由自然界而是由人產(chǎn)生的物質(zhì)，例如通過工業(yè)、商業(yè)或市政過程。它們包括例如塑料，但也包括殺蟲劑、藥物、個人護理產(chǎn)品和工業(yè)化學(xué)品以及它們的降解產(chǎn)物和代謝物。例如，由微生物（例如酶、dna/rna片段等）產(chǎn)生并且具有納米范圍內(nèi)的相似尺寸的生物分子不屬于本技術(shù)中提到的人為物質(zhì)的顆粒和/或微粒。

15、在上述根據(jù)本發(fā)明的方法中，從培育后存在的液體和超吸收劑的混合物的液體部分中去除的第一樣品能夠是全部剩余的液體部分。然而，也可以僅去除給定液體部分的部分體積作為第一樣品。

16、第一樣品能夠直接用于后續(xù)分析，例如借助于光譜方法。然而，它還能夠在一個或多個附加的階段中在級聯(lián)過程中被進一步濃縮，例如通過再添加超吸收劑和/或再添加到超吸收劑并且培育，或借助于用于濃縮目標物質(zhì)的常規(guī)方法，例如通過在開始時指定的方法之一。如果僅液體部分的一部分被去除作為第一樣品，則在樣品去除后剩余的混合物的液體部分中的目標物質(zhì)能夠通過在第二時間段內(nèi)再培育被進一步濃縮。該方法的兩種變型都能夠重復(fù)進行，使得在級聯(lián)濃縮的每個階段獲得更高濃度的目標物質(zhì)。

17、有利的是，在第一階段中，借助于使用超吸收劑的根據(jù)本發(fā)明的方法來減小初始樣品體積，并且在隨后的第二階段中，借助于常規(guī)的濃縮技術(shù)，例如過濾、超濾、沉淀反應(yīng)、超速離心或借助于ep2283026?bl中所描述的方法來進行目標物質(zhì)的進一步濃縮。這些已知技術(shù)能夠比在已經(jīng)減小的樣品體積中的更強稀釋的溶液中顯著更有效地使用。因此，根據(jù)本發(fā)明的方法適用于顯著簡化用于濃縮僅包含低濃度目標物質(zhì)的大體積樣品液體和/或樣品液體的納米顆粒或納米微粒的已知方法。

18、如所提及，在有利的實施例中，在去除第一樣品后，該方法能夠包括進一步濃縮在所去除的第一樣品中的目標物質(zhì)。

19、所去除的第一樣品中的目標物質(zhì)的進一步濃縮能夠通過過濾、超濾或沉淀反應(yīng)技術(shù)進行。

20、然而，替代地，還能夠通過進行以下方法步驟再次或可選地以級聯(lián)方式一次或多次進行所去除的第一樣品中的目標物質(zhì)的進一步濃縮：

21、-?將超吸收劑添加到第一樣品中或?qū)⒌谝粯悠诽砑拥匠談┲校?/p>

22、-?在第二時間段內(nèi)，培育通過混合超吸收劑（5）和第一樣品獲得的混合物，以及

23、-?去除培育后存在的混合物的液體部分的濃縮后的第一樣品。

24、如上所述，在級聯(lián)的第一階段中，從培育后剩余的液體部分去除的濃縮后的第一樣品能夠包括液體部分的全部體積。替代地，濃縮后的第一樣品能夠是剩余液體部分的部分體積。

25、借助于過濾、超濾或沉淀反應(yīng)，目標物質(zhì)能夠在濃縮后的第一樣品中被進一步濃縮或在通過特別是借助于超吸收劑進一步濃縮獲得的進一步濃縮后的第一樣品中被進一步濃縮。如果濃縮后的第一樣品的體積僅對應(yīng)于幾毫升，例如1至10ml，則這是有利的。

26、如上所述，根據(jù)本發(fā)明的用于濃縮目標物質(zhì)的方法能夠包括以下另外的步驟：在從原始使用的體積的液體和超吸收劑的混合物的剩余液體部分中去除第一樣品后：

27、通過以下方式，可選地級聯(lián)，并且單獨或多次重復(fù)，將去除第一樣品后剩余的混合物的液體部分中的目標物質(zhì)再濃縮，

28、-?在第三時間段內(nèi)，對在從剩余液體部分和超吸收劑去除第一樣品后剩余的混合物進行再培育；以及

29、-?去除在再培育后存在的混合物的液體部分的第二樣品。

30、作為再培育的結(jié)果，液體部分的體積被進一步減小，并且因此目標物質(zhì)在液體部分中被進一步濃縮。尤其是通過第三時間段的可預(yù)先指定的持續(xù)時間和在培育期間占優(yōu)勢的條件來確定目標物質(zhì)的濃縮。

31、在根據(jù)本發(fā)明的方法中，初始使用的體積的液體能夠包含極性液體，特別是作為主要成分。在根據(jù)本發(fā)明的方法的有利實施例中，該體積的液體能夠包含極性溶劑，特別是作為主要成分。例如，該體積的液體能夠由極性溶劑組成，質(zhì)量分數(shù)為至少50％。例如，極性液體或極性溶劑能夠是水。

32、目標物質(zhì)是納米顆粒和/或納米微粒。這種物質(zhì)由人為物質(zhì)組成，特別是至少一種天然聚合物、至少一種生物相容性合成聚合物、無機材料或有機材料的人為物質(zhì)組成。

33、如上所述，在有利的實施方案中，超吸收劑能夠是塑料或包含吸收一定比例的該體積的液體的塑料，例如包含在該體積的液體（諸如水）中的極性溶劑，以形成凝膠或水凝膠。有利地，選擇塑料使得其基本上不吸收納米微粒。例如，在由上述聚合物和/或共聚物材料（例如市售waterbeads等）制成的上述超吸收劑中就是這種情況。

34、超吸收劑能夠以顆粒的形式被使用，例如作為粉末顆粒、作為顆粒狀物，或以幾何體的形式被使用，特別是珠（球形顆粒）。因此，它能夠以這種顆粒的形式被添加到該體積的液體和/或第一樣品中，或者該體積的液體和/或第一樣品能夠以這種形式被添加到超吸收劑中。顆粒或珠的直徑能夠在100至5000μm之間。

35、有利地，超吸收劑是市售的超吸收劑球-例如，以名稱“aquabeads”、“waterbeads”、“hydroballs”、“gelballs”可得的超吸收珠。

36、在有利的方法實施方案中，在培育步驟后剩余的液體部分的體積，以及因此在剩余液體部分中的目標物質(zhì)的濃縮由培育的一個或多個時間段的長度、添加到樣品液體的初始使用的體積的液體和/或第一樣品中的超吸收劑顆?；虺談┣蝮w的尺寸和數(shù)量和/或在培育期間占優(yōu)勢的溫度來控制。

37、能夠提供樣品液體構(gòu)成濾液或離心上清液。在濃縮前，進行一個或多個分離步驟以從樣品中去除另外的組分。

38、該方法的一個實施方案提供了，樣品液體構(gòu)成環(huán)境樣品。環(huán)境樣品取自環(huán)境，例如來自水體，諸如湖泊或河流。但是，例如與液體混合的沉積物或氣體樣品也被稱為環(huán)境樣品。

39、本發(fā)明還包括一種檢測樣品液體中的人為目標物質(zhì)的方法，包括：

40、-?使用根據(jù)本發(fā)明的濃縮方法使用超吸收劑濃縮樣品液體，以及

41、-?進行人為目標物質(zhì)的定性和/或定量確定的物理檢測方法。

42、物理檢測方法用于確定濃縮后的樣品中是否存在某些納米顆粒和/或納米微粒或它們的濃度多高。在初始液體體積中，這些將不能被物理檢測方法檢測到，因為它們的濃度太低。顯微鏡被用于定性和/或定量確定。在這種情況下，例如，納米顆粒和/或納米微粒以限定尺寸的區(qū)段被計數(shù)。替代地，使用熒光測量方法或光譜測量方法。為此，納米顆粒和/或納米微粒必須包含熒光染料，其特別是在濃縮前被添加。

43、本發(fā)明還包括超吸收劑用于在液體樣品中的人為目標物質(zhì)的濃縮的用途，其進行一次或以級聯(lián)方式進行多次。液體樣品能夠包含極性液體，特別是水，其中超吸收劑被設(shè)計成吸收極性液體，例如水，或極性液體的至少一部分，從而形成水凝膠。超吸收劑能夠由上述材料形成，并且能夠在上述實施方案中被用作顆粒狀物，或特別優(yōu)選以珠的形式，特別是市售的waterbeads、waterbeads或aquabeads。

44、級聯(lián)濃縮能夠包括幾個階段。在每個階段后，能夠去除樣品用于分析，并且能夠繼續(xù)濃縮過程，或者在樣品與超級吸收劑一起培育后，在至少一個階段中濃縮樣品，或者隨后能夠使用其他已知方法將樣品的一部分進一步濃縮。

45、本發(fā)明還包括用于進行上述方法的試劑盒。該試劑盒能夠包括例如具有預(yù)先放置的超吸收劑的一個或多個容器，用戶然后能夠?qū)⒂糜跐饪s的初始體積的液體或已經(jīng)在第一階段濃縮的樣品添加到容器中。

46、根據(jù)所述方法和/或根據(jù)所述用途濃縮的液體，即培育后存在的液體部分，或從濃縮后的液體中去除的樣品能夠被手動或自動供應(yīng)到實驗室儀器以用于進一步處理或分析。在該方法或用途的一個可能的實施方式中，這種液體或液體的樣品能夠被添加到自動分析設(shè)備的藥筒（特別是微流體藥筒）中，以便借助于物理檢測方法自動執(zhí)行目標物質(zhì)的檢測，以用于定性和/或定量確定人為目標物質(zhì)。這能夠手動或以自動方式發(fā)生。