CN108680550A - 一种基于分子印迹量子点荧光探针材料及其制备和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于分子印迹量子点的荧光探针材料的制备方法，是采用水热法，使量子点(Mn‑ZnS QDs)与分子印迹(SiO2@MIPs)进行结合，制得具有良好荧光性能的探针材料QDs@SiO2@MIPs。在该材料水溶液中，分别加入盐酸多巴胺(DA)，L‑多巴胺(L‑DA)，抗坏血酸(AA)，尿酸(UA)，L‑左旋色氨酸(L‑TP)，5‑羟色胺(5‑HT)溶液，只有加有5‑羟色胺(5‑HT)的溶液发生了荧光猝灭，而加有其它分子的溶液基本没有发生荧光猝灭现象，因此该材料能够专一选择性识别5‑羟色胺，且该检测过程不受其他分子的干扰，检测灵敏度达到0.69ng/mL。

Description

一种基于分子印迹量子点荧光探针材料及其制备和应用
技术领域
本发明涉及一种5-羟色胺荧光探针，尤其涉及一种基于分子印迹量子点的5-羟色胺荧光探针；本发明还涉及该荧光探针专一性识别检测5-羟色胺的应用，属于无机纳米材料技术领域及电化学分析技术领域。
背景技术
5-羟色胺，简称5-HT，普遍存在于动植物组织中。5-羟色胺最早是从血清中发现的，又名血清素，广泛存在于哺乳动物组织中，是人体内一种非常重要的生物活性物质,在心脑血管的调节方面起着很重要的作用,是中枢神经系统的神经递质。特别在大脑皮层质及神经突触内含量很高，它也是一种抑制性神经递质。血清素的含量偏低会引起许多疾病，主要有抑郁症，偏头痛，关节炎，进食障碍，强迫性精神障碍和焦虑症等。5-羟色胺具有抗抑郁症，戒瘾，改善睡眠，缓和经前综合症（PMS），治疗偏头疼等医药功能。因此，在干扰物质的存在下如何测定血液、脑脊液中的5-HT显得尤为重要，并且其可为多种疾病的诊断、治疗、致病机制研究提供重要的依据。
纳米材料是指在三维空间中至少有一维处在纳米尺度范围（1nm~100nm）或由他们作为基本单元构成的材料。自20世纪70年代问世以来，由于其具有非常独特的物理、化学及生物等性质，而成为近年来的研究热点。
分子印迹技术（MIT）是一种新型的分子识别技术，利用模板或者印迹分子，通过形成特定的识别位点制备印迹聚合物，最早来源于免疫学。MIPs是指在目标分子存在下，选用适当的引发剂、功能单体和交联剂，溶解于适合的良性溶剂(致孔剂)中，通过光引发或者热聚合形成的聚合物。
量子点是一类粒径小于或者接近于激子波尔半径的准零维纳米晶粒，其尺寸一般在1nm~10nm之间，是纳米尺度分子与原子的集合体。量子点不仅具有光学稳定性好、激发光谱较宽、发射光谱狭窄而对称、量子产率高和发射波长可控等优良的光学特性，而且具有制备方法简单、光学可调和易于修饰等优点。因此，作为一类理想的荧光纳米传感器材料，量子点被广泛应用于生物传感、医学成像和分析检测等多个领域。同时，基于量子点荧光传感器的荧光分析法受到了科研工作者的广泛关注，并已成为一种比较成熟的检测技术。目前，将量子点作为荧光传感器用于传感分析的研究正在逐年增加，同时随着高性能量子点的制备以及表面修饰技术的逐步完善与成熟，使量子点在荧光分析方面的检测能力有了很大的提高。
通过分子印迹技术制备的分子印迹聚合物是一种具有特异性识别位点的三维交联聚合物，能够实现对模板分子的选择性识别与吸附。因此，通过引入分子印迹技术，将是提高量子点荧光传感器选择性的一种行之有效的方法。所制备的量子点分子印迹荧光传感器不仅具备了分子印迹聚合物的高选择性、耐酸/碱和耐高温等优点，还兼具了荧光检测技术的操作方法简便、灵敏度高、检测线性范围宽、重现性好、取样量少、仪器设备简单和检出限低等优点。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于分子印迹量子点的5-羟色胺荧光探针的制备方法；
本发明的另一目的是提供上述基于分子印迹量子点的5-羟色胺荧光探针在专一性识别和检测5-羟色胺的应用。
（一）5-羟色胺荧光探针材料的制备
（1）量子点Mn-ZnS-QDs的制备：先将稳定剂3-巯基丙酸溶于水中，再在氮气保护下加入MnCl2·4H2O和ZnSO4·7H2O，调节pH=10~11，搅拌反应25~30min后加入Na2S·9H2O溶液，搅拌反应25~30min；产物经离心、洗涤、烘干，即得量子点；
MnCl2·4H2O与ZnSO4·7H2O的摩尔比为1:10~1:15；MnCl2·4H2O与Na2S·9H2O的摩尔比为1:1~1:5；MnCl2·4H2O与3-巯基丙酸的摩尔比为1:3~1:5。
所述离心的速度为5000~6000rpm。
图1为上述制备的量子点Mn-ZnS-QDs的透射电子显微镜图。由图1可知，量子点Mn-ZnS-QDs的粒径约为5nm，有明显金属晶格。
（2）分子印迹SiO2@MIPs的制备：将5-羟色胺（5-HT），丙烯酰胺（AM），异氰酸丙氨基三乙氧基硅烷（ICPTES），二月桂酸二丁锡（DBDU），十六烷基溴化胺（CTAB）加入到磷酸缓冲溶液（PBS）中，在氮气保护下室温搅拌25~30min；再加入四乙氧基硅烷（TEOS）和氢氧化钠溶液，在氮气保护下室温搅拌15~16h，反应完成后，用乙腈-水溶液去除十六烷基溴化胺和二月桂酸二丁锡，再用95%乙醇溶液洗脱模板分子5-HT，所得产物进行离心、洗涤、烘干，即得分子印迹SiO2@MIPs。
5-羟色胺（5-HT）与丙烯酰胺（AM）的摩尔比为1:2~1:5。
5-羟色胺（5-HT）与异氰酸丙氨基三乙氧基硅烷（ICPTES）的摩尔比为1:1~1:2。异氰酸丙氨基三乙氧基硅烷（ICPTES）在反应中作为辅助功能单体。
5-羟色胺（5-HT）与二月桂酸二丁锡（DBDU）的摩尔比为1:1~1:2。二月桂酸二丁锡（DBDU）在反应中作为一种表面活性剂。
5-羟色胺（5-HT）与十六烷基溴化胺的摩尔比为1:1~1:3。十六烷基溴化胺在反应中作为硅源。
5-羟色胺（5-HT）与四乙氧基硅烷（TEOS）的摩尔比为1:2~1:5。四乙氧基硅烷（TEOS）在反应中作为交联剂。
氢氧化钠溶液用来调溶液pH。氢氧化钠溶液的浓度为1.5~2 mol/L，5-羟色胺(5-HT)与氢氧化钠的摩尔比为1:5~1:6。
所述乙腈-水溶液中，乙腈与水的体积比为 3:1~5:1。
所述离心的速度为5000~6000rpm。
（3）基于分子印迹量子点的5-羟色胺荧光探针材料 QDs@SiO2@MIPs 的制备：将分子印迹SiO2@MIPs、量子点Mn-ZnS-QDs、3-巯基丙酸-三甲氧基甲硅烷、NH3 .H2O混合于乙醇-水混合溶剂中，室温下搅拌11~12h；所得产物离心、洗涤、烘干，即为5-羟色胺荧光探针材料QDs@SiO2@MIPs。
分子印迹(SiO2@MIPs)与量子点(Mn-ZnS QDs)的摩尔比为1:1~1:5。
分子印迹（SiO2@MIPs）与3-巯基丙酸-三甲氧基甲硅烷（TEOS）的摩尔比为1:2~1:3。3-巯基丙酸-三甲氧基甲硅烷（KH-590）在该反应中作为引发剂。
分子印迹(SiO2@MIPs)与NH3 .H2O的摩尔比为1:1~1:2。 NH3 .H2O在该反应中作为催化剂。
乙醇-水混合溶剂中，乙醇与水的体积比为 3:1~5:1。
所述离心的速度为5000~6000rpm。
图3为上述制备的QDs@SiO2@MIPs的扫描电子显微镜图。由图3可知，基于分子印迹量子点的5-羟色胺荧光探针材料QDs@SiO2@MIPs为球状形貌，呈现聚集状态。
（二）5-羟色胺荧光探针材料的荧光性能及检测5-羟色胺实验
1、5-羟色胺荧光探针材料的荧光性能
5-羟色胺荧光探针材料的荧光性能测定如图4所示：曲线a量子点QDs荧光强度曲线，曲线b为5-羟色胺荧光探针材料 QDs@SiO2@MIPs荧光强度曲线，曲线c为5-羟色胺荧光探针材料 QDs@SiO2@MIPs与被测物5-羟色胺的荧光强度曲线。图4说明QDs@SiO2@MIPs具有良好的荧光学性能。
2、5-羟色胺荧光探针材料识别5-羟色胺
配置6份0.1mg/mL的QDs@SiO2@MIPs材料溶液，取1mL于离心管中，分别加入1mL盐酸多巴胺（DA），L-多巴胺（L-DA）， 抗坏血酸（AA），尿酸（UA），L-左旋色氨酸（L-TP），5-羟色胺（5-HT）。观察材料溶液的变化。结果发现，只有加有5-羟色胺（5-HT）的溶液发生了荧光猝灭，而加有其它分子的溶液基本没有发生荧光猝灭现象。说明QDs@SiO2@MIPs材料能够转移选择性识别5-羟色胺。
3、识别5-羟色胺灵敏度测试图
图5为本发明的灵敏度测试图。其中，A为选择干扰性实验。通过图A可以说明材料QDs@SiO2@MIPs可以对被分析物5-羟色胺（5-HT）进行特异性识别且选择性良好。图B为不同浓度的被分析物5-羟色胺（5-HT）分别与材料QDs@SiO2@MIPs二者混合液进行孵化后的荧光强度测定。通过图B可以说明随着被分析物5-羟色胺（5-HT）浓度的递增混合液的荧光强度呈递减趋势，而5-HT的浓度为500ng/mL、600ng/mL时发现荧光强度几乎没有发生递减。说明材料对不同浓度的被分析物5-羟色胺进行了识别，且呈一定线性关系。C图（B图对比分析图）为不同浓度的被分析物5-羟色胺分别与材料QDs@SiO2@NIPs（制备过程与QDs@SiO2@MIPs步骤相同，只是不加被分析物5-羟色胺）二者混合液进行孵化后的荧光强度测定。通过图C可以说明随着被分析物5-羟色胺(5-HT)浓度的递增混合液的荧光强度亦呈递减趋势，但递减幅度非常小。D图是在一定浓度范围内对二者的线性关系通过Stern-Volmer方程：F 0 /F=KsvCq+1进行的拟合，得出检测范围为50-500ng/mL，检测限为0.69ng/mL。
综上所述，本发明采用水热法，使量子点与分子印迹进行结合，制得具有良好荧光性能的荧光探针材料(QDs@SiO2@MIPs) 检测5-羟色胺，该荧光探针在水相中能专一性识别5-羟色胺，且该检测过程不受其他分子的干扰，检测灵敏度达到0.69ng/mL。
附图说明
图1为本发明的Mn-ZnS-QDs的透射电子显微镜图。
图2为本发明的Mn-ZnS -QDs的X射线衍射。
图3为本发明的QDs@SiO2@MIPs的扫描电子显微镜图。
图4为本发明的QDs@SiO2@MIPs的荧光学性能。
图5为本发明的灵敏度测试图。
具体实施方式
下面通过具体实施对本发明荧光探针材料QDs@SiO2@MIPs的制备和荧光识别检测5-羟色胺的方法作进一步说明。
实施例一
1、QDs@SiO2@MIPs的制备
a. Mn-ZnS-QDs的制备：首先，将0.1moL/L 10mL3-巯基丙酸加入到40mL二次水中搅拌10min，在氮气保护下向上述溶液中加入0.198gMnCl2·4H2O和3.595gZnSO4·7H2O，用pH酸度计调节pH=11.0，搅拌反应30min。然后加入10mLNa2S·9H2O溶液搅拌反应30min，所得产物进行离心（6000rpm），并用95%乙醇洗涤3次，烘干，备用。
b. SiO2@MIPs的制备：将0.01g5-羟色胺，0.06g丙烯酰胺，100μL异氰酸丙氨基三乙氧基硅烷，80μL二月桂酸二丁锡，0.2mol/mL 20mL十六烷基溴化胺加入到40mL 0.2mol/L的磷酸缓冲溶液中，在氮气保护室温下搅拌30min。然后加入200μL四乙氧基硅烷，2mol/L0.875mL氢氧化钠溶液，继续在氮气保护下室温搅拌16h；反应完成后，用乙腈水溶液（乙腈:水= 3:1）将十六烷基溴化胺和二月桂酸二丁锡通过洗涤去除，用95%乙醇溶液将模板分子洗脱。最后，将所得产物离心（6000rpm），并用95%乙醇洗涤3次，烘干，备用。
c. QDs@SiO2@MIPs 的制备：将0.2gSiO2@MIPs，0.1gMn-ZnS-QDs，1.0mL乙醇，200μL3-巯基丙酸-三甲氧基甲硅烷，150μLNH3 .H2O加入到7mL二次水中，室温下搅拌12h。然后，将所得产物进行离心（6000rpm），并用95%乙醇洗涤3次，烘干，即得QDs@SiO2@MIPs。
2、分子检测
取1mL 0.1mg/mL的QDs@SiO2@MIPs材料水溶液于6个离心管中，分别加入1mL盐酸多巴胺，L-多巴胺， 抗坏血酸，尿酸，L-左旋色氨酸，5-羟色胺。只有加有5-羟色胺的溶液发生了荧光猝灭，而加有其它分子溶液基本没有发生荧光猝灭现象。
实施例二
1、QDs@SiO2@MIPs 的制备
a. Mn-ZnS QDs的制备：同实施例1；
b. SiO2@MIPs的制备：同实施例1；
c. QDs@SiO2@MIPs 的制备：将0.1gSiO2@MIPs，0.1gMn-ZnS-QDs，1.0mL乙醇，200μL3-巯基丙酸-三甲氧基甲硅烷，150μLNH3 .H2O加入到7mL二次水中，室温下搅拌12h。然后，将所得产物进行离心（6000rpm），并用95%乙醇洗涤3次后烘干备用。
2、分子检测
取1mL 0.1mg/mL的QDs@SiO2@MIPs材料水溶液于6个离心管中，分别加入1mL盐酸多巴胺，L-多巴胺， 抗坏血酸，尿酸，L-左旋色氨酸，5-羟色胺。只有加有5-羟色胺的溶液发生了荧光猝灭，而加有其它分子溶液基本没有发生荧光猝灭现象。
实施例三
1、QDs@SiO2@MIPs 的制备
a. Mn-ZnS QDs的制备：同实施例1；
b. SiO2@MIPs的制备：同实施例1；
c. QDs@SiO2@MIPs 的制备：将0.2gSiO2@MIPs，0.2gMn-ZnS-QDs，1.0mL乙醇，200μL3-巯基丙酸-三甲氧基甲硅烷，150μLNH3 .H2O加入到7mL二次水中，室温下搅拌12h。然后，将所得产物进行离心（6000rpm），并用95%乙醇洗涤3次后烘干备用。
2、分子检测
取1mL 0.1mg/mL的QDs@SiO2@MIPs材料水溶液于6个离心管中，分别加入1mL盐酸多巴胺，L-多巴胺， 抗坏血酸，尿酸，L-左旋色氨酸，5-羟色胺。只有加有5-羟色胺的溶液发生了荧光猝灭，而加有其它分子溶液基本没有发生荧光猝灭现象。
实施例四
1、QDs@SiO2@MIPs 的制备
a. Mn-ZnS QDs的制备：同实施例1；
b. SiO2@MIPs的制备：同实施例1；
c. QDs@SiO2@MIPs 的制备：将0.1g SiO2@MIPs，0.1g Mn-ZnS-QDs，1.0mL乙醇，200μL3-巯基丙酸-三甲氧基甲硅烷，100μLNH3 .H2O加入到7mL二次水中，室温下搅拌10h。然后，将所得产物进行离心（6000rpm），并用95%乙醇洗涤3次后烘干备用。
2、分子检测
取1mL 0.1mg/mL的QDs@SiO2@MIPs材料水溶液于6个离心管中，分别加入1mL盐酸多巴胺，L-多巴胺， 抗坏血酸，尿酸，L-左旋色氨酸，5-羟色胺。只有加有5-羟色胺的溶液发生了荧光猝灭，而加有其它分子溶液基本没有发生荧光猝灭现象。
实施例五
1、QDs@SiO2@MIPs 的制备
a. Mn-ZnS QDs的制备：同实施例1；
b. SiO2@MIPs的制备：同实施例1；
c. QDs@SiO2@MIPs 的制备：将0.2gSiO2@MIPs，0.1gMn-ZnS-QDs，1.0mL乙醇，200μL3-巯基丙酸-三甲氧基甲硅烷，150μLNH3 .H2O加入到7mL二次水中，室温下搅拌12h。然后，将所得产物进行离心（6000rpm），并用95%乙醇洗涤3次后烘干备用。
2、分子检测
取1mL 0.1mg/mL的QDs@SiO2@MIPs材料水溶液于6个离心管中，分别加入1mL盐酸多巴胺，L-多巴胺， 抗坏血酸，尿酸，L-左旋色氨酸，5-羟色胺。只有加有5-羟色胺的溶液发生了荧光猝灭，而加有其它分子溶液基本没有发生荧光猝灭现象。
实施例六
1、QDs@SiO2@MIPs 的制备
a. Mn-ZnS QDs的制备：同实施例1；
b. SiO2@MIPs的制备：同实施例1；
c. QDs@SiO2@MIPs 的制备：将0.2gSiO2@MIPs， 0.1gMn-ZnS-QDs，1.0mL乙醇，200μL3-巯基丙酸-三甲氧基甲硅烷-，150μLNH3 .H2O加入到7mL二次水中，室温下搅拌12h。然后，将所得产物进行离心（6000rpm），并用95%乙醇洗涤3次后烘干备用。
2、分子检测
取1mL 0.1mg/mL的QDs@SiO2@MIPs材料水溶液于6个离心管中，分别加入1mL盐酸多巴胺，L-多巴胺， 抗坏血酸，尿酸，L-左旋色氨酸，5-羟色胺。只有加有5-羟色胺的溶液发生了荧光猝灭，而加有其它分子溶液基本没有发生荧光猝灭现象。

Claims (10)

1.一种基于分子印迹量子点的荧光探针材料的制备方法，包括以下工艺步骤：
（1）量子点Mn-ZnS-QDs的制备：先将稳定剂3-巯基丙酸溶于水中，再在氮气保护下加入MnCl2·4H2O和ZnSO4·7H2O，调节pH=10~11，搅拌反应25~30min后加入Na2S·9H2O溶液，搅拌反应25~30min；产物经离心、洗涤、烘干，即得量子点；
（2）分子印迹SiO2@MIPs的制备：将5-羟色胺，丙烯酰胺，异氰酸丙氨基三乙氧基硅烷，二月桂酸二丁锡，十六烷基溴化胺加入到磷酸缓冲溶液中，在氮气保护下室温搅拌25~30min；再加入四乙氧基硅烷和氢氧化钠溶液，在氮气保护下室温搅拌15~16h，反应完成后，用乙腈-水溶液去除十六烷基溴化胺和二月桂酸二丁锡，再用95%乙醇溶液洗脱模板分子5-羟色胺，所得产物进行离心、洗涤、烘干，即得分子印迹SiO2@MIPs；
（3）基于分子印迹量子点的荧光探针材料 QDs@SiO2@MIPs 的制备：将分子印迹SiO2@MIPs、量子点Mn-ZnS-QDs、3-巯基丙酸-三甲氧基甲硅烷、NH3 .H2O混合于乙醇-水混合溶剂中，室温下搅拌11~12h；所得产物离心、洗涤、烘干，即为5-羟色胺荧光探针材料 QDs@SiO2@MIPs。
2.如权利要求1所述一种基于分子印迹量子点的荧光探针材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，MnCl2·4H2O与ZnSO4·7H2O的摩尔比为1:10~1:15；MnCl2·4H2O与Na2S·9H2O的摩尔比为1:1~1:5；MnCl2·4H2O与3-巯基丙酸的摩尔比为1:3~1:5。
3.如权利要求1所述一种基于分子印迹量子点的荧光探针材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，5-羟色胺与丙烯酰胺的摩尔比为1:2~1:5；5-羟色胺与异氰酸丙氨基三乙氧基硅烷的摩尔比为1:3~1:5； 5-羟色胺与二月桂酸二丁锡的摩尔比为1:1~1:2；5-羟色胺与十六烷基溴化胺的摩尔比为1:5~1:6；5-羟色胺与四乙氧基硅烷的摩尔比为1:5~1:6。
4.如权利要求1所述一种基于分子印迹量子点的荧光探针材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，氢氧化钠溶液的浓度为1.5~2 mol/L，5-羟色胺与氢氧化钠的摩尔比为1:5~1:6。
5.如权利要求1所述一种基于分子印迹量子点的荧光探针材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述乙腈-水溶液中，乙腈与水的体积比为 3:1~5:1。
6.如权利要求1所述一种基于分子印迹量子点的5-羟色胺荧光探针材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，分子印迹SiO2@MIPs与量子点Mn-ZnS-QDs的摩尔比为1:1~1:5；分子印迹SiO2@MIPs与3-巯基丙酸-三甲氧基甲硅烷的摩尔比为1:2~1:3；分子印迹SiO2@MIPs与NH3 .H2O的摩尔比为1:1~1:2。
7.如权利要求1所述一种基于分子印迹量子点的荧光探针材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，乙醇-水混合溶剂中，乙醇与水的体积比为 3:1~5:1。
8.如权利要求1所述一种基于分子印迹量子点的荧光探针材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中步骤（1）、（2）、（3）中，所述离心的速度为5000~6000rpm。
9.如权利要求1所述方法制备的基于分子印迹量子点的荧光探针材料用于识别5-羟色胺。
10.如权利要求9所述方法制备的基于分子印迹量子点的荧光探针材料用于识别5-羟色胺，其特征在于：在QDs@SiO2@MIPs材料水溶液中，分别加入盐酸多巴胺，L-多巴胺， 抗坏血酸，尿酸，L-左旋色氨酸，5-羟色胺溶液，若QDs@SiO2@MIPs材料水溶液发生荧光猝灭，说明加入的是5-羟色胺，若QDs@SiO2@MIPs材料水溶液没有发生荧光猝灭，说明加入的是其他分子溶液。
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