CN108659815A - 用于铜离子检测的金铜纳米簇荧光探针及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于铜离子检测的金铜纳米簇荧光探针，探针由半胱氨酸包裹的双发射纳米材料金铜纳米团簇构成，其荧光发射波长为400‑600nm。制备方法：将氯金酸溶液与硫酸铜溶液混合均匀后，再往其中加入半胱氨酸溶液和NaOH溶液，然后在30‑70℃条件下水浴反应3‑6h，即得荧光探针溶液。该探针是可视化颜色效果明显的定量检测铜离子的方法，且合成过程简单、检测过程快速准确。

Description

用于铜离子检测的金铜纳米簇荧光探针及其制备方法
技术领域
本发明属于铜离子检测技术领域，具体涉及一种用于铜离子检测的金/铜纳 米簇荧光探针。
背景技术
铜是维持人体健康的重要元素，在调节新陈代谢、生长发育和免疫系统发 育等过程中发挥着重要的作用。低剂量的铜离子是一种不可缺少的微量营养元 素，但高剂量的铜离子会对肠胃和肾脏造成损害。同时因为含铜材料被广泛应 用于工业、电子器件生产和农业生产过程中，因此铜污染是一个持续的环境问 题，寻找一种高效、简便、快速的铜离子检测方法就具有重要意义。目前检测 重金属离子较为成熟的方法为原子光谱方法，包括原子吸收光谱、原子荧光光 谱法、原子发射光谱法，电感耦合等离子体质谱、电化学分析等方法，但这些 方法普遍存在着分析步骤较为繁琐、样品前处理复杂、十分耗时、测试费用高、能耗高等缺点。
荧光分析法由于其分析灵敏准确、操作简单、选择性好、便捷高效而受到 广泛好评，在环境监测和食品安全等领域得到广泛关注。近年来，荧光金属纳 米团簇被广泛采用作为一种新的替代有机荧光团的物质用于Cu2+检测。由于其具 有合成与修饰过程简单，量子产率高，水溶性、光稳定性和生物相容性好等优 点，因此成为理想的荧光探针。近年来，荧光金团簇和银团簇作为一种新型发 光材料得到了广泛的研究和应用。与贵金属金和银相比，金属铜含量相对丰富， 价格低廉，易于从商业来源获得。然而，由于其合成尺寸难控且铜离子在空气 中容易氧化，使得铜团簇合成过程较为困难。同时，同单金属纳米簇相比，双 金属纳米簇在催化、磁学、光学和生物诊断等方面有着广泛的应用，由于其特 殊的协同效应，越来越受到人们的关注。
目前为止大多数基于纳米团簇检测铜离子的方法都是通过聚集引起的荧光 猝灭模式，这种基于荧光猝灭模式的铜离子的检测方法容易受到其它因素的影 响，可能导致错误信号，具有较大系统误差和人为误差。因此聚集引导的荧光 增强现象为荧光探针的设计打开了新的大门，其明显优于荧光猝灭模式，可提 供更精确的数据分析，具有更好的重现性和稳定性。对于金属离子的检测，荧 光增强模式(turn-on)在灵敏度和选择性方面有着明显的优势，因为它在目标 物的检测中能产生正响应信号。同时，增强型体系反应颜色变化明显，检测过 程更加可靠、容易分辨，更容易用肉眼区分，适合用于可视化检测。
发明内容
针对上述存在问题，本发明旨在提供一种用于铜离子检测的金铜纳米簇荧 光探针，该探针为基于半胱氨酸包裹的金铜双金属纳米团簇(Cys-Au/Cu NCs) 荧光增强型-可视化的方法用于对Cu2+的检测。该探针是可视化颜色效果明显的 定量检测铜离子的方法，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：
一种用于铜离子检测的金铜纳米簇荧光探针，探针由半胱氨酸包裹的双发 射纳米材料金铜纳米团簇构成，其荧光发射波长为400-600nm。
本发明的荧光探针是一种基于“turn-on”模式用于真实样品中铜离子快速 可视化检测的金铜纳米团簇的荧光探针，由金铜纳米团簇构成的。金铜双金属 纳米团簇是以半胱氨酸(cysteine)为还原剂和稳定剂，采用“一锅煮”方法 合成的。该金铜纳米团簇在400-600nm处有最大发射峰，且该团簇荧光可有效 地被Cu2+增强，同时随铜离子浓度的增加荧光颜色呈现出从浅绿色到青色的变化 趋势。因此该金/铜纳米团簇可发展为Cu2+含量定量测定的可视化荧光探针。
优选地，该荧光探针中金/铜摩尔比为1：1，在该摩尔比下荧光强度较强。
优选地，该荧光探针中金离子与半胱氨酸的摩尔比为3-5：1。
本发明的金铜纳米簇荧光探针的制备方法如下：将氯金酸(HAuCl4)溶液与 硫酸铜(CuSO4)溶液混合均匀后，再往其中加入半胱氨酸(Cys)溶液和NaOH溶 液，然后在30-70℃条件下水浴反应3-6h，制备所得的溶液放入冰箱保存。
优选地，所述氯金酸溶液浓度为0.5-2mmol/L，硫酸铜溶液浓度为0.5-2 mmol/L，且两者摩尔比为1:1。
优选地，所述半胱氨酸溶液和NaOH溶液的浓度分别为20-70mg/mL和 0.2-0.8mol/L。
优选地，加入NaOH溶液调节pH值至11-12，在该强碱性条件下才能成功合 成该纳米团簇。
本发明的金铜纳米簇荧光探针检测铜离子：取铜离子溶液定容稀释配制铜 标液，将铜离子溶液加入到荧光探针溶液中，采用磷酸盐缓冲液定容，混合溶 液在室温下用旋涡震荡仪加速反应完全，然后在荧光仪上进行光谱测量；通过 荧光分光光度计记录荧光发射光谱，并转移到紫外试验箱在365nm紫外光进行 Cu2+的可视化检测。
优选地，分别配制0.2,0.5,1,5,8,10,20,50和80μgL-1的铜离子 标准溶液，将各浓度的汞离子溶液与荧光探针溶液以体积比1∶1混合。在该 浓度梯度范围内检测铜离子才能观察到明显的颜色变化，有利于可视化检测铜 离子。
优选地，磷酸盐缓冲液的pH值为6.0-10.0，磷酸盐缓冲液的浓度为10-50 mmol/L。
本发明的优点：本发明构建了以半胱氨酸包裹的金铜纳米团簇(Cys-Au/Cu NCs)为基础的荧光传感器用于高灵敏度、高选择性的荧光增强型-可视化检测 Cu2+。具体地说是发明了一种用于真实样品中铜离子快速可视化检测的金铜双金 属纳米团簇荧光探针及其制备方法。制备的荧光探针能够用于可视化检测铜离 子，能够可视化检测到10μg L-1铜离子残留。该方法检测限较低，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 首次将金铜纳米团簇基于荧光增强型-可视化检测铜离子，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是Cys-Au/Cu NCs对Cu2+的荧光响应示意图。
图2为Cys-Au/Cu NCs对不同浓度Cu2+的荧光响应曲线。
图3为本发明所述Cys-Au/Cu NCs在不同浓度铜离子存在下的荧光照片。
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 他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种用于铜离子检测的金铜纳米簇荧光探针，由半胱氨酸包裹的双发射纳 米材料金铜纳米团簇构成，其荧光发射波长为400nm。
实施例2
一种用于铜离子检测的金铜纳米簇荧光探针，由半胱氨酸包裹的双发射纳 米材料金铜纳米团簇构成，其荧光发射波长为600nm。
荧光探针中金/铜摩尔比为1：1。
该荧光探针中金离子与半胱氨酸的摩尔比为5：1。
实施例3
一种用于铜离子检测的金铜纳米簇荧光探针，由半胱氨酸包裹的双发射纳 米材料金铜纳米团簇构成，其荧光发射波长为490nm。
荧光探针中金铜摩尔比为1：1。
该荧光探针中金离子与半胱氨酸的摩尔比为4：1。
实施例4
一种用于铜离子检测的金铜纳米簇荧光探针，由半胱氨酸包裹的双发射纳 米材料金铜纳米团簇构成，其荧光发射波长为500nm。
荧光探针中金铜摩尔比为1：1。
该荧光探针中金离子与半胱氨酸的摩尔比为3：1。
实施例5
本发明铜离子检测的金铜纳米簇荧光探针的制备方法，将氯金酸溶液与硫 酸铜溶液混合均匀后，再往其中加入半胱氨酸溶液和NaOH溶液，然后在30℃条 件下水浴反应6h，即得荧光探针溶液。
实施例6
本发明铜离子检测的金铜纳米簇荧光探针的制备方法，将氯金酸溶液与硫 酸铜溶液混合均匀后，再往其中加入半胱氨酸溶液，并加入NaOH溶液调节pH 值至11，然后在70℃条件下水浴反应3h，即得荧光探针溶液。
所述氯金酸溶液浓度为0.5mmol/L，硫酸铜溶液浓度为0.5mmol/L。
所述半胱氨酸溶液和NaOH溶液的浓度分别为20mg/mL和0.2mol/L。
实施例7
本发明铜离子检测的金铜纳米簇荧光探针的制备方法，将氯金酸溶液与硫 酸铜溶液混合均匀后，再往其中加入半胱氨酸溶液，并加入NaOH溶液调节pH 值至11.5，然后在50℃条件下水浴反应5h，即得荧光探针溶液。
所述氯金酸溶液浓度为2mmol/L，硫酸铜溶液浓度为2mmol/L。
所述半胱氨酸溶液和NaOH溶液的浓度分别为70mg/mL和0.8mol/L。
实施例8
本发明铜离子检测的金铜纳米簇荧光探针的制备方法，将氯金酸溶液与硫 酸铜溶液混合均匀后，再往其中加入半胱氨酸溶液，并加入NaOH溶液调节pH 值至12，然后在60℃条件下水浴反应4h，即得荧光探针溶液。
所述氯金酸溶液浓度为1mmol/L，硫酸铜溶液浓度为1mmol/L。
所述半胱氨酸溶液和NaOH溶液的浓度分别为50mg/mL和0.5mol/L。
实施例9
Cys-Au/Cu NCs的合成：将0.25mL,1mmol/L的氯金酸溶液与0.25mL,1 mmol/L的硫酸铜溶液混合均匀后，再往其中加入2.5mL,35mg/mL的半胱氨酸 溶液和0.4mol/L的NaOH溶液调节Ph，然后在55℃条件下水浴反应4.5h，制 备所得的溶液放入4℃条件下的冰箱保存。
图1是Cys-Au/Cu NCs对Cu2+的荧光响应示意图。
实施例10
金铜纳米簇荧光探针检测铜离子的方法，取铜离子溶液定容稀释配制铜标 液，将铜离子溶液加入到荧光探针溶液中，采用磷酸盐缓冲液定容，混合溶液 在室温下用旋涡震荡仪加速反应完全，然后在荧光仪上进行光谱测量；通过荧 光分光光度计记录荧光发射光谱，并转移到紫外试验箱进行Cu2+的可视化检测。
实施例11
在实施例10的基础上：
分别配制0.2,0.5,1,5,8,10,20,50和80μgL-1的铜离子标准溶液， 将各浓度的汞离子溶液与荧光探针溶液以体积比1∶1混合。
所述磷酸盐缓冲液的pH值为6.0，磷酸盐缓冲液的浓度为10mmol/L。
实施例12
在实施例10的基础上：
分别配制0.2,0.5,1,5,8,10,20,50和80μgL-1的铜离子标准溶 液，将各浓度的汞离子溶液与荧光探针溶液以体积比1∶1混合。
所述磷酸盐缓冲液的pH值为10.0，磷酸盐缓冲液的浓度为50mmol/L。
实施例13
在实施例10的基础上：
分别配制0.2,0.5,1,5,8,10,20,50和80μgL-1的铜离子标准溶 液，将各浓度的汞离子溶液与荧光探针溶液以体积比1∶1混合。
所述磷酸盐缓冲液的pH值为8.0，磷酸盐缓冲液的浓度为30mmol/L。
实施例14
荧光探针对铜离子测定的响应情况
取1000mg/L的铜离子溶液定容稀释配制一系列铜标液(0.2,0.5,1,5, 8,10,20,50和80μg L-1)。取100μL Cu2+溶液加入到100μL Cys-Au/Cu NCs溶液，然后在磷酸盐缓冲溶液(20mmol/L，pH 8)进行定容至2毫升，混 合溶液在室温下用旋涡震荡仪加速反应完全混合。该混合物在室温下搅拌20分 钟，然后在荧光仪上进行光谱测量。将比色皿放入荧光分光光度计记录荧光发 射光谱，并转移到紫外试验箱在365nm紫外光进行Cu2+的可视化检测。由荧光 照片(图2-3)可看出，随着铜离子含量的增加，溶液的荧光由浅绿色逐渐变为 青色，荧光颜色变化过程明显，可实现可视化检测。
图3表明随着铜离子含量的增加,490nm的荧光强度逐渐升高。 随着铜离子含量的增加，荧光颜色呈现出从浅绿色到青色的变化趋 势，可实现可视化检测，能够可视化检测到10μg L-1铜离子残留。
实施例15
荧光探针对铜离子测定的选择性
在实施例14相同反应条件下加入100μg L-1探针分子，再加入其他金属离 子，如：Zn2+,Mg2+,Ag+,Fe3+,Ni2+,Bi3+,K+,Co2+,Pb2+,Fe2+,Cd2+和Hg2+，浓 度均为10000μg L-1。结果发现只有铜离子发生了明显的荧光猝灭，其他金属 离子没有太明显变化，因此在上述干扰离子存在的条件下，探针对铜离子仍具 有较好的选择性和灵敏性。
本发明公开和提出的一种基于“turn-on”模式用于可视化检测铜离子的金 铜双金属纳米团簇荧光探针及制备方法，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 (10)

1.一种用于铜离子检测的金铜纳米簇荧光探针，其特征在于，探针由半胱氨酸包裹的双发射纳米材料金铜纳米团簇构成，其荧光发射波长为400-600nm。
2.根据权利要求1所述用于铜离子检测的金铜纳米簇荧光探针，其特征在于，该荧光探针中金铜摩尔比为1：1。
3.根据权利要求1所述用于铜离子检测的金铜纳米簇荧光探针，其特征在于，该荧光探针中金离子与半胱氨酸的摩尔比为3-5：1。
4.根据权利要求1-3任意一项所述铜离子检测的金铜纳米簇荧光探针的制备方法，其特征在于，将氯金酸溶液与硫酸铜溶液混合均匀后，再往其中加入半胱氨酸溶液和NaOH溶液，然后在30-70℃条件下水浴反应3-6h，即得荧光探针溶液。
5.根据权利要求4所述铜离子检测的金铜纳米簇荧光探针的制备方法，其特征在于，所述氯金酸溶液浓度为0.5-2mmol/L，硫酸铜溶液浓度为0.5-2mmol/L，且两者摩尔比为1:1。
6.根据权利要求4所述铜离子检测的金铜纳米簇荧光探针的制备方法，其特征在于，所述半胱氨酸溶液和NaOH溶液的浓度分别为20-70mg/mL和0.2-0.8mol/L。
7.根据权利要求4所述用于铜离子检测的金铜纳米簇荧光探针的制备方法，其特征在于，加入NaOH溶液调节pH值至11-12。
8.根据权利要求1-3任意一项所述金铜纳米簇荧光探针检测铜离子的方法，其特征在于，取铜离子溶液定容稀释配制铜标液，将铜离子溶液加入到荧光探针溶液中，采用磷酸盐缓冲液定容，混合溶液在室温下用旋涡震荡仪加速反应完全，然后在荧光仪上进行光谱测量；通过荧光分光光度计记录荧光发射光谱，并转移到紫外试验箱进行Cu2+的可视化检测。
9.根据权利要求8所述金铜纳米簇荧光探针检测铜离子的方法，其特征在于，分别配制0.2,0.5,1,5,8,10,20,50和80μgL-1的铜离子标准溶液，将各浓度的汞离子溶液与荧光探针溶液以体积比1∶1混合。
10.根据权利要求8所述金铜纳米簇荧光探针检测铜离子的方法，其特征在于，磷酸盐缓冲液的pH值为6.0-10.0，磷酸盐缓冲液的浓度为10-50mmol/L。
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