CN108120701A - 用于可视化检测汞离子的比率型荧光探针及其制备方法 - Google Patents

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黄科
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Abstract

本发明提供了一种可视化检测汞离子的比率型荧光探针，探针由牛血清白蛋白包裹的金纳米团簇和荧光素组成，其荧光发射波长为500‑550nm和620‑660nm。制备方法为将氯金酸加入到BSA溶液中，再加入氢氧化钠溶液调节其pH值为碱性，将溶液置于水浴锅中在35‑40摄氏度的温度下反应10‑15小时后，将得到的溶液与荧光素溶液混合，即得双波长发射的比率型荧光探针溶液。该探针为可视化颜色效果明显的定量检测汞离子方法，且合成过程简单、检测过程快速准确。

Description

用于可视化检测汞离子的比率型荧光探针及其制备方法
技术领域
本发明属于汞离子检测技术领域，具体涉及一种可视化检测汞离子的比率型荧光探针。
背景技术
重金属污染一直以来是一个严峻的生态环境问题，尤其是汞污染。汞通常以稳定的二价汞离子存在。汞离子可在动植物体内蓄积，通过食物链的传播，其浓度可成千上万倍增加。而高浓度的汞会对人体中枢神经系统、造血系统、肾脏等方面造成严重危害。因此开发出一种简单、快速、灵敏的汞离子可视化检测方法十分必要。
传统的汞离子检测方法包括原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、电感耦合离子体原子发射光谱法、电感耦合等离子体质谱法等。尽管这些方法具有较高的灵敏度，较低的检出限，但也具有一定的不足，如通常需要精密而昂贵的仪器以及专业的技术人员，这些缺点限制了它们在快速的野外便携式检测领域的应用。近年来，一系列的荧光探针可视化传感方法出现，弥补了这一缺陷，荧光可视化传感法具有操作简单、无需大型仪器等优点，有望成为野外在线监测汞离子含量的有效方法。但该方法仍然存在许多不足，如大多数的荧光可视化方法是基于单波长的猝灭机制来检测汞离子，此方法并不能直接对汞离子进行定量化，而且单波长荧光容易受到外界条件的干扰出现假阳性信号。因此在单波长的基础上设计双波长发射的比率型荧光探针来检测汞离子受到研究者的青睐，比率型荧光传感器是以两波长荧光强度比值来测定目标分析物浓度，具有更高的灵敏度、准确性及抗干扰能力。
发明内容
针对上述存在问题，本发明的目的在于提供一种可视化检测汞离子的比率型荧光探针。该探针为可视化颜色效果明显的定量检测汞离子方法，且合成过程简单、检测过程快速准确。
为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种可视化检测汞离子的比率型荧光探针，探针由牛血清白蛋白包裹的金纳米团簇和荧光素组成，其荧光发射波长为500-550nm和620-660nm。
三色渐变：在分析物响应过程中，由于响应物质浓度的改变导致溶液的颜色逐渐呈红色-黄色-绿色。根据颜色变化就能用肉眼直接读出分析物响应程度，且整个检测过程便捷、准确。
本发明以发红光的牛血清白蛋白包被的金纳米团簇(BSA-AuNCs)和发绿光的荧光素混合制备比率型荧光探针。由于BSA-AuNCs对汞离子有特异性响应，会降低BSA-AuNCs的荧光信号，而荧光素与汞离子之间呈惰性，因此以荧光素作为荧光背景参考色构建双发射比率型荧光探针。此比率型荧光探针与不同浓度的汞离子结合后，荧光颜色呈现由红-黄-绿色的变化。在紫外灯下即可实现汞离子的可视化和定量化检测。
优选地，该荧光探针中牛血清白蛋白与金离子的摩尔比为12-16:1，合成的金纳米团簇的荧光强度最高。
本发明可视化检测汞离子的比率型荧光探针的制备方法如下：将氯金酸加入到BSA溶液中，再加入氢氧化钠溶液调节其pH值为碱性，将溶液置于水浴锅中在35-40摄氏度的温度下反应10-15小时后，将得到的溶液与荧光素溶液混合，即得双波长发射的比率型荧光探针溶液。
以BSA-AuNCs为传感荧光信号，荧光素为参考荧光信号，两种溶液按一定比例混合构建双发射比率型荧光探针。
优选地，得到的荧光探针溶液中荧光素的含量为0.5μg/mL，在检测过程中溶液的颜色变化更加快速明显。
优选地，制备中所有的玻璃器皿均用王水(VHCl:VHNO3＝3:1)浸泡12小时以上,并且用乙醇和超纯水冲洗干净。避免其它杂质影响实验合成产物的产率以及质量。
优选地，所述牛血清白蛋白溶液和NaOH溶液的浓度分别为20-70mg/mL和0.5-2M。
优选地，调节pH值为11，合成的产物的荧光强度最高。
本发明的比率型荧光探针检测汞离子：取汞离子溶液定容稀释配制汞标液，将配制好的汞标液加入到荧光探针溶液中，用荧光仪在365nm激发波长下测定其荧光强度，并转移到紫外试验箱进行汞离子的可视化检测，根据双发射峰的荧光强度之比建立标准曲线，对比标准曲线得到待测样品中汞离子的浓度。
本发明的有益效果在于：
1、本发明的比率型荧光探针是用发红光的BSA-AuNCs和发绿光的荧光素混合构建的。汞离子与BSA-AuNCs之间形成S-Hg键，导致红色的BSA-AuNCs的荧光强度发生降低。汞离子与荧光素之间无反应，故绿色荧光素作为参考色。荧光颜色的改变是由于发红光的金纳米团簇与发绿光的荧光素两种光的相对强弱引起的变化。由于BSA-AuNCs的红色荧光被逐渐猝灭而降低，荧光素的绿色荧光逐渐呈现出来，用裸眼即可清楚的看到整个溶液从红色依次变到黄色，最后呈绿色。由此可知该比率型荧光探针能够用于可视化检测汞离子。
2、本发明的比率型荧光探针具有两个发射峰，可减少或消除检测底物浓度、外部环境和仪器条件变化等因素引起的数据失真等等。检测限较低，线性范围较宽，可用于实际样品的检测，而且灵敏度高、快速、简单、能耗低，同时这是首次将金纳米团簇/荧光素用于比率型和可视化检测汞离子，在环境重金属快速测定中有着非常广阔的应用前景，这种方法有望用于其它金属纳米团簇高选择性和灵敏性地检测重金属离子。
附图说明
图1为比率型荧光探针检测汞离子的原理示意图。
图2为牛血清白蛋白包裹的金纳米颗粒的光谱图，紫外吸收波长(a)、激发波长(b)和荧光发射波长(c)。
图3为荧光素的的光谱图，激发波长(d)和荧光发射波长(e)。
图4为一系列的干扰离子与汞离子对比率型荧光探针的干扰测定结果示意图。
图5为比率型荧光探针在不同浓度汞离子溶液中的荧光光谱以及相对应的标准曲线。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种可视化检测汞离子的比率型荧光探针，探针由牛血清白蛋白包裹的金纳米团簇和荧光素组成，其荧光发射波长为500nm和620nm。
该荧光探针中牛血清白蛋白与金离子的质量比为12:1。
实施例2
一种可视化检测汞离子的比率型荧光探针，探针由牛血清白蛋白包裹的金纳米团簇和荧光素组成，其荧光发射波长为520nm和650nm。
该荧光探针中牛血清白蛋白与金离子的质量比为16:1。
实施例3
一种可视化检测汞离子的比率型荧光探针，探针由牛血清白蛋白包裹的金纳米团簇和荧光素组成，其荧光发射波长为550nm和660nm。
该荧光探针中牛血清白蛋白与金离子的质量比为15:1。
实施例4
可视化检测汞离子的比率型荧光探针的制备方法，将氯金酸加入到BSA溶液中，再加入氢氧化钠溶液调节其pH值为碱性，将溶液置于水浴锅中在35摄氏度的温度下反应15小时后，将得到的溶液与荧光素溶液混合，即得双波长发射的比率型荧光探针溶液。
实施例5
可视化检测汞离子的比率型荧光探针的制备方法，将氯金酸加入到BSA溶液中，再加入氢氧化钠溶液调节其pH值为碱性，将溶液置于水浴锅中在40摄氏度的温度下反应10小时后，将得到的溶液与荧光素溶液混合，即得双波长发射的比率型荧光探针溶液。
荧光探针溶液中荧光素的含量为0.5μg/mL。
所述牛血清白蛋白溶液和NaOH溶液的浓度分别为20mg/mL和0.5M。
实施例6
可视化检测汞离子的比率型荧光探针的制备方法，将氯金酸加入到BSA溶液中，再加入氢氧化钠溶液调节其pH值至11，将溶液置于水浴锅中在37摄氏度的温度下反应12小时后，将得到的溶液与荧光素溶液混合，即得双波长发射的比率型荧光探针溶液。
荧光探针溶液中荧光素的含量为0.5μg/mL。
所有的玻璃器皿均用体积比HCl:HNO3＝3:1的王水浸泡12小时以上,并且用乙醇和超纯水冲洗干净。
所述牛血清白蛋白溶液和NaOH溶液的浓度分别为70mg/mL和2M。
实施例7
可视化检测汞离子的比率型荧光探针的制备方法，将氯金酸加入到BSA溶液中，再加入氢氧化钠溶液调节其pH值至11，将溶液置于水浴锅中在38摄氏度的温度下反应13小时后，将得到的溶液与荧光素溶液混合，即得双波长发射的比率型荧光探针溶液。
荧光探针溶液中荧光素的含量为0.5μg/mL。
所有的玻璃器皿均用体积比HCl:HNO3＝3:1的王水浸泡12小时以上,并且用乙醇和超纯水冲洗干净。
所述牛血清白蛋白溶液和NaOH溶液的浓度分别为50mg/mL和1M。
实施例8
BSA-AuNCs与荧光素的制备
所有的玻璃器皿均用王水(VHCl:VHNO3＝3:1)浸泡12小时以上,并且用乙醇和超纯水冲洗干净。在实验过程中，牛血清白蛋白溶液(BSA:5mL,50mg/mL,37℃)加入到搅拌状态下的氯金酸水溶液(HAuCl4:5mL,10mM,37℃)中，两分钟后加入NaOH溶液(0.5mL,1M)，该过程中整个溶液呈淡黄色,该溶液在37℃下剧烈搅拌反应12小时，溶液由淡黄色变为浅棕色再变成棕红色。反应结束后，将溶液储存在4℃条件下保存备用。
荧光素的配制
称取荧光素固体0.1mg溶解在100mL蒸馏水中配成浓度为1μg/mL的荧光素溶液。
比率型荧光探针的构建
将制备的BSA-AuNCs溶液用蒸馏水稀释5倍，取500μL BSA-AuNCs溶液与500μL 1μg/mL的荧光素溶液进行混合摇匀，得到双波长发射的比率型荧光探针。此时BSA-AuNCs与荧光素的浓度分别为25mg/mL(浓度以BSA的浓度计算)和0.5μg/mL。该比率型荧光探针的发射波长分别在520nm和647nm左右(光谱图见图2和图3)。
实施例9
比率型荧光探针检测汞离子的方法，取汞离子溶液定容稀释配制汞标液，将配制好的汞标液加入到荧光探针溶液中，用荧光仪在365nm激发波长下测定其荧光强度，并转移到紫外试验箱进行汞离子的可视化检测，根据双发射峰的荧光强度之比建立标准曲线，对比标准曲线得到待测样品中汞离子的浓度。
实施例10
比率型荧光探针对金属离子的选择性
分别取若干等量的比率型荧光探针，向其中分别加入500μL浓度为10ng/mL的汞离子，500μL浓度为1000ng/mL的Bi3+,Pb2+,Cd2+,Ni2+,Cu2+,Fe3+,Co2+,Na+,K+,Ag+,Zn2+,Ba2+,Mg2 +,Sr2+和Fe3+，将溶液均匀混合，用荧光仪分别测定其荧光强度。
一系列的干扰离子与汞离子对比率型荧光探针的干扰测定结果见图4。由图4可知，其它离子对探针的影响较低，表明该探针对汞离子有较好的选择性。
实施例11
比率型荧光探针对汞离子的检测灵敏度及线性检测范围
分别取若干等量的比率型荧光探针溶液，向其中分别加浓度为0.03μg/mL、0.2μg/mL、0.26μg/mL、1μg/mL、1.33μg/mL和2μg/mL，将溶液均匀混合，用荧光仪在365nm激发条件下测定其荧光强度，并确定该比率型荧光探针对汞离子检测的灵敏度及线性范围。
比率型荧光探针在不同浓度汞离子溶液中的荧光光谱以及相对应的标准曲线见图5，汞离子的浓度范围为0.03-2μg.ml-1。
实施例12
大米样品的处理以及检测
称取大米样品0.05g，将其溶解在含有0.5％盐酸的10mL蒸馏水中，均匀混合后将溶液超声20分钟，再进行过滤即得到大米的待测液。
分别取若干等量的比率型荧光探针，依次加入500μL大米样品溶液，然后在其中一个加入500μL水，另三个分别加入浓度为0.05μg/mL、1μg/mL、2μg/mL汞离子溶液，用荧光仪在365nm激发波长下测定其荧光强度，通过加标回收计算其回收率，通过理论计算可得加标回收率在90％-110％之间。
本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变原料和工艺路线等环节实现，尽管本发明的方法和制备技术已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和技术路线进行改动或重新组合，来实现最终的制备技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。

Claims (8)

1.一种可视化检测汞离子的比率型荧光探针，其特征在于，探针由牛血清白蛋白包裹的金纳米团簇和荧光素组成，其荧光发射波长为500-550nm和620-660nm。
2.根据权利要求1所述的可视化检测汞离子的比率型荧光探针，其特征在于，该荧光探针中牛血清白蛋白与金离子的质量比为12-16:1。
3.根据权利要求1-2任意一项所述可视化检测汞离子的比率型荧光探针的制备方法，其特征在于，将氯金酸加入到BSA溶液中，再加入氢氧化钠溶液调节其pH值为碱性，将溶液置于水浴锅中在35-40摄氏度的温度下反应10-15小时后，将得到的溶液与荧光素溶液混合，即得双波长发射的比率型荧光探针溶液。
4.根据权利要求3所述可视化检测汞离子的比率型荧光探针的制备方法，其特征在于，荧光探针溶液中荧光素的含量为0.5μg/mL。
5.根据权利要求3所述可视化检测汞离子的比率型荧光探针的制备方法，其特征在于，制备中所有的玻璃器皿均用体积比HCl:HNO3为3:1的王水浸泡12小时以上,并且用乙醇和超纯水冲洗干净。
6.根据权利要求3所述可视化检测汞离子的比率型荧光探针的制备方法，其特征在于，所述牛血清白蛋白溶液和NaOH溶液的浓度分别为20-70mg/mL和0.5-2M。
7.根据权利要求3所述可视化检测汞离子的比率型荧光探针的制备方法，其特征在于，调节pH值为11。
8.根据权利要求1-2任意一项所述比率型荧光探针检测汞离子的方法，其征在于，取汞离子溶液定容稀释配制汞标液，将配制好的汞标液加入到荧光探针溶液中，用荧光仪在365nm激发波长下测定其荧光强度，并转移到紫外试验箱进行汞离子的可视化检测，根据双发射峰的荧光强度之比建立标准曲线，对比标准曲线得到待测样品中汞离子的浓度。
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