CN106916159A - 一种开关纳米卟啉荧光传感器可控制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种开关纳米卟啉荧光传感器可控制备方法，属于纳米材料制备领域。本发明利用自组装纳米化的四‑(4‑吡啶基)锌卟啉光敏效应和CdTe量子点在特定加样顺序和酸碱度合适的缓冲溶液体系中可控制备得到一种具有双重复合纳米效应的开关纳米卟啉荧光传感器。这种基于纳米化的卟啉与量子点的复合传感界面，比普通卟啉和量子点构建的复合传感界面，开关灵敏度更高、稳定性更好。本发明所涉及的制备方法均在常温常压下操作，简单、快速、可控性高，具有广阔的应用前景。

Description

一种开关纳米卟啉荧光传感器可控制备方法
技术领域
本发明属于纳米材料制备技术领域，具体涉及一种新型开关纳米卟啉荧光传感器可控制备。
背景技术
卟啉类化合物光敏性好、具有良好的化学稳定性和热稳定性，是研究传感器敏感元件的理想模型化合物。目前以卟啉类化合物为基础制备而成的光学传感器，主要是通过纳米金、纳米银、金属氧化物、碳纳米管和石墨烯等材料合成制备。量子点是具有独特光学和电子学特性的半导体纳米晶，由于量子效应，其具有分立的电子能级及高的荧光量子产率。因此，也有文献报道了卟啉与量子点合成制备复合纳米材料进一步改善其荧光特性。但是，由于卟啉类化合物种类繁多，量子点性能也都受到合成的方法和配体的选择等因素影响，不同的合成方法和途径，使其光学性能差异大，且合成途径越简单，其制备的量子点与卟啉复合纳米荧光材料质量越高，传感性能越好，发光机制越易于被研究，其光学检测领域也越广泛。自组装方法由于操作简单、易实现纳米材料的可控性生长，已成为制备卟啉化合物纳米材料的主要途径。若能将不同卟啉分子自身择优组合，取长补短，采用多个卟啉化合物共组装则可得到性质更加优良的复合纳米卟啉材料，适用范围也会更加广泛。根据现有文献方法，基于自组装纳米化的纳米卟啉与量子点制备开关双重纳米效应的卟啉荧光传感器方法尚未见文献报道，本发明提出了一种将自组装纳米化的四-(4-吡啶基)锌卟啉和CdTe量子点在特定的加样顺序和酸碱度合适的缓冲溶液体系中可控制备一种具有双重复合纳米效应的新型高灵敏开关纳米卟啉荧光传感器的方法，该方法制备途径简单、工艺绿色环保、成本低、适于大量制备和工业化。
发明内容
本发明的目的之一提供一种制备简单、反应条件温和的新型开关纳米卟啉荧光传感器可控制备方法；
本发明采用CdTe量子点作为荧光探针，四-(4-吡啶基)锌卟啉四氢呋喃溶液与十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)制备得到的自组装纳米卟啉为荧光猝灭剂，两者在特定的加样顺序和酸碱度合适的缓冲溶液体系中特异性结合得到开关纳米卟啉荧光传感器。本发明制备方法，其特征在于，按如下步骤执行：
(1)将二氯化镉和N-乙酰-L-半胱氨酸溶于超纯水中，在常温、常压下搅拌15分钟后用氢氧化钠溶液将溶液pH调为8.00，然后充氮气冰浴搅拌20分钟；加入亚碲酸钠，搅拌15分钟；再加入硼氢化钠，搅拌15分钟；最后将此溶液放入反应釜中，在200℃的烘箱中反应50分钟，得到发射波长为641nm的红光CdTe量子点荧光探针；
(2)将四-(4-吡啶基)锌卟啉溶于四氢呋喃溶液中，向十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)水溶液中加入四-(4-吡啶基)锌卟啉四氢呋喃溶液，常温、常压搅拌10～30分钟，溶液由浑浊变澄清，反应停止，得到四-(4-吡啶基)锌卟啉纳米球自组装溶液；
(3)将四-(4-吡啶基)锌卟啉纳米球自组装溶液加入到CdTe量子点荧光探针中，再加入pH＝4.02的Tris-HCl缓冲溶液，四-(4-吡啶基)锌卟啉纳米球自组装溶液通过电子转移和荧光共振能量转移作用，猝灭量子点荧光，通过特异性结合得到的复合物，提供量子点一个“Turn-off”的状态；吸收波长红移8～10nm，荧光强度由860～880下降至360～340；从而得到具有双重复合纳米效应的开关纳米卟啉荧光传感器。
本发明中二氯化镉、N-乙酰-L-半胱氨酸、亚碲酸钠的物质的量的比为：1.0:(1.2～1.5):0.2，一般步骤(1)CdTe量子点荧光探针发射波长为620～640nm；
本发明步骤(2)中四-(4-吡啶基)锌卟啉与十六烷基三甲基溴化铵在混合溶液中物质的量比为1:(1.3～1.5)；
本发明中步骤(3)四-(4-吡啶基)锌卟啉纳米球中四-(4-吡啶基)锌卟啉与CdTe量子点溶液的物质的量比为40～42:1；
本发明中步骤(3)混合溶液中四-(4-吡啶基)锌卟啉纳米球的浓度、CdTe量子点浓度分别为8.0×10-9-1.28×10-7mol/L、5.8×10-9mol/L时，四-(4-吡啶基)锌卟啉纳米球与CdTe量子点的荧光强度成很好的线性关系。
本发明的开关纳米卟啉荧光传感器灵敏度高。CdTe量子点荧光探针的荧光强度随着四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装溶液的增加逐渐减弱，甚至可以猝灭到底。四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装溶液浓度甚至在ppb级与CdTe量子点的荧光强度成也成很好的线性关系。这种基于纳米化的卟啉与量子点的复合传感界面，比普通卟啉和量子点构建的复合传感界面，开关灵敏度更高、稳定性更好。
本发明所述的方法均在常温常压下操作，简单、快速、可控性高，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明新型开关纳米卟啉荧光传感器的可控制备方法示意图。
图2为本发明开关纳米卟啉传感器中的四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装溶液的紫外可见光光谱，横坐标为波长，纵坐标为吸光度。
图3为本发明开关纳米卟啉传感器中的四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装溶液的透射式电子显微镜图片，其为纳米球。
图4为本发明实施例1开关纳米卟啉传感器中CdTe量子点1(二氯化镉、N-乙酰-L-半胱氨酸、亚碲酸钠的物质的量的比为：1.0:1.2:0.2)与四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装溶液特异性结合前的荧光光谱图，横坐标为波长，纵坐标为荧光强度。
图5为本发明实施例1开关纳米卟啉传感器的灵敏度。四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装溶液(8.0×10-9-1.28×10-7mol/L)与CdTe量子点1在Tris-HCl缓冲溶液(pH＝4.02)作用后的荧光光谱图，横坐标为波长，纵坐标为荧光强度。
图6为本发明实施例2开关纳米卟啉传感器中CdTe量子点2(二氯化镉、N-乙酰-L-半胱氨酸、亚碲酸钠的物质的量的比为：1.0:1.5:0.2)与四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装溶液特异性结合前的荧光光谱图，横坐标为波长，纵坐标为荧光强度。
图7为本发明实施例2开关纳米卟啉传感器的灵敏度。四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装溶液(8.0×10-9-8.4×10-8mol/L)与CdTe量子点2在Tris-HCl缓冲溶液(pH＝4.02)作用后的荧光光谱图，横坐标为波长，纵坐标为荧光强度。
具体实施方式
下面申请人将结合具体的实施例对本发明作进一步的详细说明，以使本领域的技术人员更加清楚地理解本发明。但以下内容不应理解为是对本发明的权利要求书请求保护范围的限制。
实施例中所使用的化学试剂和溶剂均为分析纯。所述搅拌采用磁力搅拌器搅拌方式。所述的荧光光谱测定条件均为发射波长540-720nm，激发波长为380nm，狭缝宽度为10-15nm。
实施例1：开关纳米卟啉荧光传感器制备方法示意图如1，步骤如下：
(1)CdTe量子点荧光探针的合成
将二氯化镉(0.1142g,12.5mM)和N-乙酰-L-半胱氨酸(0.0979g,15mM)溶于40mL超纯水中，在常温、常压下搅拌15分钟后用氢氧化钠溶液将溶液pH调为8.00，然后充氮气冰浴搅拌20分钟。加入亚碲酸钠(0.0216g,2.5mM)，搅拌15分钟；再加入硼氢化钠(0.0113g,7.5mM)，搅拌15分钟。最后将此溶液放入反应釜中，在200℃的烘箱中反应50分钟。冷却至室温，得到2.9×10-7mol/LCdTe量子点荧光探针。
(2)四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装溶液的合成
将适量四-(4-吡啶基)锌卟啉溶于四氢呋喃溶液中，得到浓度为1.46×10-3mol/L四-(4-吡啶基)锌卟啉四氢呋喃溶液，其紫外光谱图如图2。将十六烷基三甲基溴化(0.0183g)溶于10mL水溶液中，加入240μL四-(4-吡啶基)锌卟啉四氢呋喃溶液，常温常压搅拌10分钟，溶液由浑浊变澄清，反应停止。得到3.42×10-5mol/L四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装溶液，其紫外光谱图如图2。其透射式电子显微镜表征显示为粒径40nm左右的纳米球，如图3。
(3)开关纳米卟啉荧光传感器的制备
在1.5mL比色皿中加入200μL 2.9×10-8mol/L步骤(1)合成的CdTe量子点和800μLpH＝4.02的Tris-HCl缓冲溶液，在540-720nm处进行荧光光谱测定，641nm处得到荧光强度为851的峰，如图4。在1.5mL比色皿中加入200μL2.9×10-8mol/L步骤(1)合成的CdTe量子点和70μL3.42×10-6mol/L步骤(2)中合成的四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装溶液，再加入730μLpH＝4.02的Tris-HCl缓冲溶液，混匀5分钟后，在540-720nm处进行荧光光谱测定,649nm处得到荧光强度为365的峰，如图4。考察开关纳米卟啉荧光传感器灵敏度，CdTe量子点荧光探针的荧光强度随着四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装溶液的增加逐渐减弱，甚至可以猝灭到底。总的混合溶液中四-(4-吡啶基)锌卟啉纳米球对应的浓度在低浓度(8.0×10-9-1.28×10- 7mol/L)与CdTe量子点的荧光强度成很好的线性关系，甚至在ppb级与CdTe量子点的荧光强度成也成很好的线性关系，如图5。
实施例2：开关纳米卟啉荧光传感器制备方法示意图如1，步骤如下：
(1)CdTe量子点荧光探针的合成
采用实施例1中步骤(1)的方法合成9×10-7mol/LCdTe量子点荧光探针，不同之处：将N-乙酰-L-半胱氨酸的浓度替换为：18.75mM。
(2)四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装溶液的合成
采用实施例1中步骤(2)的方法合成3.42×10-5mol/L四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装溶液。
(3)开关纳米卟啉荧光传感器的制备
在1.5mL比色皿中加入200μL2.9×10-8mol/L步骤(1)合成的CdTe量子点和800μLpH＝4.02的Tris-HCl缓冲溶液，在540-720nm处进行荧光光谱测定，628nm处得到荧光强度为866的峰，如图6。在1.5mL比色皿中加入200μL2.9×10-8mol/L步骤(1)合成的CdTe量子点和70μL3.42×10-6mol/L步骤(2)中合成的四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装溶液，再加入730μLpH＝4.02的Tris-HCl缓冲溶液，混匀5分钟后，在540-720nm处进行荧光光谱测定,638nm处得到荧光强度为349的峰，如图6。考察开关纳米卟啉荧光传感器灵敏度，CdTe量子点荧光探针的荧光强度随着四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装溶液的增加逐渐减弱，甚至可以猝灭到底。总混合溶液中四-(4-吡啶基)锌卟啉纳米球对应浓度在低浓度(8.0×10-9-8.4×10-8mol/L)与CdTe量子点的荧光强度成很好的线性关系，甚至在ppb级与CdTe量子点的荧光强度成也成很好的线性关系，如图7。

Claims (6)

1.一种开关纳米卟啉荧光传感器可控制备方法，其特征在于，采用CdTe量子点作为荧光探针，四-(4-吡啶基)锌卟啉四氢呋喃溶液与十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)制备得到的自组装纳米卟啉为荧光猝灭剂，两者在特定的加样顺序和酸碱度合适的缓冲溶液体系中特异性结合得到开关纳米卟啉荧光传感器，具体按如下步骤执行：
(1)将二氯化镉和N-乙酰-L-半胱氨酸溶于超纯水中，在常温、常压下搅拌15分钟后用氢氧化钠溶液将溶液pH调为8.00，然后充氮气冰浴搅拌20分钟；加入亚碲酸钠，搅拌15分钟；再加入硼氢化钠，搅拌15分钟；最后将此溶液放入反应釜中，在200℃的烘箱中反应50分钟，得到2.9×10-7mol/LCdTe量子点荧光探针；
(2)将四-(4-吡啶基)锌卟啉溶于四氢呋喃溶液中，向十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)水溶液中加入四-(4-吡啶基)锌卟啉四氢呋喃溶液，常温、常压搅拌10～30分钟，溶液由浑浊变澄清，反应停止，得到四-(4-吡啶基)锌卟啉纳米球自组装溶液；
(3)将四-(4-吡啶基)锌卟啉纳米球自组装溶液加入到CdTe量子点荧光探针中，再加入pH＝4.02的Tris-HCl缓冲溶液，四-(4-吡啶基)锌卟啉纳米球自组装溶液通过电子转移和荧光共振能量转移作用，猝灭量子点荧光，通过特异性结合得到的复合物，提供量子点一个“Turn-off”的状态；吸收波长红移8～10nm，荧光强度由860～880下降至360～340；从而得到具有双重复合纳米效应的开关纳米卟啉荧光传感器。
2.按照权利要求1所述的一种开关纳米卟啉荧光传感器可控制备方法，其特征在于，二氯化镉、N-乙酰-L-半胱氨酸、亚碲酸钠的物质的量的比为：1.0:(1.2～1.5):0.2。
3.按照权利要求1所述的一种开关纳米卟啉荧光传感器可控制备方法，其特征在于，步骤(1)中CdTe量子点荧光探针的发射波长为620～640nm。
4.按照权利要求1所述的一种开关纳米卟啉荧光传感器可控制备方法，其特征在于，步骤(2)四-(4-吡啶基)锌卟啉与十六烷基三甲基溴化铵在混合溶液中物质的量比为1:(1.3～1.5)。
5.按照权利要求1所述的一种开关纳米卟啉荧光传感器可控制备方法，其特征在于，步骤(3)四-(4-吡啶基)锌卟啉纳米球中四-(4-吡啶基)锌卟啉与CdTe量子点的物质的量比为40～42:1。
6.按照权利要求1所述的一种开关纳米卟啉荧光传感器可控制备方法，其特征在于，中步骤(3)混合溶液中四-(4-吡啶基)锌卟啉纳米球的浓度、CdTe量子点浓度分别为8.0×10-9-1.28×10-7mol/L、5.8×10-9mol/L时，四-(4-吡啶基)锌卟啉纳米球与CdTe量子点的荧光强度成很好的线性关系。
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