CN109897630B - 一种纳米线、其制备方法、包含该纳米线的比率型荧光化学传感器及应用 - Google Patents
一种纳米线、其制备方法、包含该纳米线的比率型荧光化学传感器及应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109897630B CN109897630B CN201910308321.0A CN201910308321A CN109897630B CN 109897630 B CN109897630 B CN 109897630B CN 201910308321 A CN201910308321 A CN 201910308321A CN 109897630 B CN109897630 B CN 109897630B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- silicon nanowire
- chemical sensor
- nanowire
- solution
- calcium ions
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 title claims abstract description 152
- 239000000126 substance Substances 0.000 title claims abstract description 61
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 151
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 151
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 151
- BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N Calcium cation Chemical compound [Ca+2] BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 50
- 229910001424 calcium ion Inorganic materials 0.000 claims abstract description 50
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 43
- OZLGRUXZXMRXGP-UHFFFAOYSA-N Fluo-3 Chemical compound CC1=CC=C(N(CC(O)=O)CC(O)=O)C(OCCOC=2C(=CC=C(C=2)C2=C3C=C(Cl)C(=O)C=C3OC3=CC(O)=C(Cl)C=C32)N(CC(O)=O)CC(O)=O)=C1 OZLGRUXZXMRXGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 26
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 16
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 16
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 16
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 14
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 13
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 12
- 229910008051 Si-OH Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910006358 Si—OH Inorganic materials 0.000 claims description 11
- WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N (3-aminopropyl)triethoxysilane Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)CCCN WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 10
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 8
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 6
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 claims description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid Substances OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 5
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 5
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 4
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 4
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000001917 fluorescence detection Methods 0.000 abstract description 3
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 19
- 239000011550 stock solution Substances 0.000 description 12
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 8
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 8
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 6
- 241000700159 Rattus Species 0.000 description 5
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 5
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 5
- 230000001605 fetal effect Effects 0.000 description 5
- 210000004295 hippocampal neuron Anatomy 0.000 description 5
- 101710134784 Agnoprotein Proteins 0.000 description 4
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 4
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 4
- 238000000799 fluorescence microscopy Methods 0.000 description 4
- 230000003834 intracellular effect Effects 0.000 description 4
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 4
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 4
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 4
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 description 3
- 210000005056 cell body Anatomy 0.000 description 3
- 238000002073 fluorescence micrograph Methods 0.000 description 3
- PGHMRUGBZOYCAA-ADZNBVRBSA-N ionomycin Chemical compound O1[C@H](C[C@H](O)[C@H](C)[C@H](O)[C@H](C)/C=C/C[C@@H](C)C[C@@H](C)C(/O)=C/C(=O)[C@@H](C)C[C@@H](C)C[C@@H](CCC(O)=O)C)CC[C@@]1(C)[C@@H]1O[C@](C)([C@@H](C)O)CC1 PGHMRUGBZOYCAA-ADZNBVRBSA-N 0.000 description 3
- PGHMRUGBZOYCAA-UHFFFAOYSA-N ionomycin Natural products O1C(CC(O)C(C)C(O)C(C)C=CCC(C)CC(C)C(O)=CC(=O)C(C)CC(C)CC(CCC(O)=O)C)CCC1(C)C1OC(C)(C(C)O)CC1 PGHMRUGBZOYCAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 210000002569 neuron Anatomy 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 230000001766 physiological effect Effects 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 210000000225 synapse Anatomy 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 208000021959 Abnormal metabolism Diseases 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 1
- 230000006907 apoptotic process Effects 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004061 bleaching Methods 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 description 1
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 210000000170 cell membrane Anatomy 0.000 description 1
- 230000019522 cellular metabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000010226 confocal imaging Methods 0.000 description 1
- 238000001218 confocal laser scanning microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000004624 confocal microscopy Methods 0.000 description 1
- 230000003013 cytotoxicity Effects 0.000 description 1
- 231100000135 cytotoxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000002795 fluorescence method Methods 0.000 description 1
- 238000012632 fluorescent imaging Methods 0.000 description 1
- 238000000504 luminescence detection Methods 0.000 description 1
- 238000002796 luminescence method Methods 0.000 description 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000006371 metabolic abnormality Effects 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 210000003061 neural cell Anatomy 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 231100000572 poisoning Toxicity 0.000 description 1
- 230000000607 poisoning effect Effects 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 230000000946 synaptic effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
本发明公开了一种纳米线，所述硅纳米线的结构中包括单根硅纳米线以及修饰在所述单根硅纳米线表面的Fluo‑3和Ru(bpy)2(mcbpy‑O‑Su‑ester)(PF6)2。该纳米线作为荧光化学传感器使用时，解决了单波长荧光检测的信噪比低的问题，且对钙离子具有好的检测效果及低的检测限，同时实现了对溶液中和单细胞中钙离子的定量检测。本发明还公开了该纳米线的制备方法以及包含该纳米线的比率型荧光化学传感器及其应用。
Description
技术领域
本发明涉及荧光化学传感器。更具体地，涉及一种纳米线、其制备方法、包含该纳米线的比率型荧光化学传感器及应用。
背景技术
钙离子是细胞内维持机体各项生理活动不可缺少的第二信使离子，维持细胞膜两侧的电位平衡，参与神经细胞间信号的传导。钙离子浓度过高会引起钙中毒，钙离子过高过少都会引起机体的不正常代谢，钙离子失调会引发细胞内一系列化学反应异常，导致细胞凋亡，所以细胞内钙离子的检测就变得很有必要。目前常用的钙离子检测方法有发光法检测和电化学法检测。发光检测中主要是荧光法检测，因为荧光分子可对胞内钙离子进行荧光成像，利用荧光成像装置对胞内钙离子的分布进行检测。目前对胞内钙离子的定量检测还是个难题，因为单波长发光的荧光分子在进行细胞成像时受到背景信号的干扰，比如细胞的自发荧光影响，探针分子随细胞代谢的流失导致荧光强度受到损失，还有光源波动的影响。
因此，需要提供一种新的荧光化学传感器，以较好的解决上述存在的技术问题。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种纳米线，该纳米线作为荧光化学传感器使用时，解决了单波长荧光检测的信噪比低的问题，且对钙离子具有好的检测效果及低的检测限，同时实现了对溶液中和单细胞中钙离子的定量检测。
本发明的第二个目的在于提供一种纳米线的制备方法。
本发明的第三个目的在于提供一种比率型荧光化学传感器。该传感器对钙离子具有好的检测效果及低的检测限，同时具有高的检测信噪比，避免了检测设备对传感器的影响，实现了对溶液中和单细胞中钙离子的定量检测。
本发明的第四个目的在于提供该比率型荧光化学传感器的应用。
为达到上述第一个目的，本发明采用下述技术方案：
一种纳米线，所述硅纳米线的结构中包括单根硅纳米线以及修饰在所述单根硅纳米线表面的Fluo-3和Ru(bpy)2(mcbpy-O-Su-ester)(PF6)2。
本发明研究中发现，表面修饰有Fluo-3和Ru(bpy)2(mcbpy-O-Su-ester)(PF6)2的单根硅纳米线用作荧光化学传感器时，其为比率型荧光化学传感器，相比较现有的单波长荧光化学传感器，具有更高的检测信噪比。采用单根硅纳米线作为载体能够使Fluo-3和Ru(bpy)2(mcbpy-O-Su-ester)(PF6)2分布更均匀且与该载体结合更牢固；此外，Ru(bpy)2(mcbpy-O-Su-ester)(PF6)2的存在使得该定量检测的结果更准确。
可选地，所述修饰为通过化学键结合；所述化学键为共价键。
可选地，所述单根硅纳米线的直径为50-300nm，长度为30-120μm。
可选地，所述单根硅纳米线是以硅片为原料，通过化学刻蚀法制备得到。
可选地，所述硅片为N型硅片(100)。
为达到上述第二个目的，本发明采用下述技术方案：
一种纳米线的制备方法，包括如下步骤：
1)在硅纳米线阵列表面修饰上Si-OH键；
2)在惰性气体保护下，将得到的表面修饰有Si-OH键的硅纳米线阵列与APTES反应，得表面修饰有Si-NH2键的硅纳米线阵列；
3)将得到的表面修饰有Si-NH2键的硅纳米线阵列依次与Ru(bpy)2(mcbpy-O-Su-ester)(PF6)2和Fluo-3在室温下反应，反应得到的产物经水洗、干燥、分散，得所述纳米线。
可以理解，上述步骤3)中，依次反应是指先将得到的表面修饰有Si-NH2键的硅纳米线阵列与Ru(bpy)2(mcbpy-O-Su-ester)(PF6)2在室温下反应，再将得到的产物与Fluo-3在室温下反应，反应得到的产物经水洗、干燥、分散，得所述纳米线。
本发明的制备方法中，对原料硅纳米线阵列、Ru(bpy)2(mcbpy-O-Su-ester)(PF6)2和Fluo-3三者间的添加量没有要求。
可选地，步骤1)中，所述在硅纳米线表面修饰上Si-OH键的方法包括如下步骤：
将硅纳米线阵列在体积比为2:1-3:1的浓硫酸和30％过氧化氢溶液的混合溶液中于90℃加热30min-2h，冷却至室温，水洗至中性；在体积比1:1:3-1:1:5的30％过氧化氢溶液、氨水和水的混合溶液中浸泡2-5h，水洗至中性，真空干燥，得到表面修饰有Si-OH键的硅纳米线阵列。
可选地，步骤2)中，所述惰性气体为氮气。
可选地，步骤2)中，所述反应的温度为90℃，时间为16-22h。
可选地，步骤3)中，所述Ru(bpy)2(mcbpy-O-Su-ester)(PF6)2是溶解在有机溶剂二甲基亚砜中，溶液浓度为5mg/mL；所述Fluo-3是溶解在有机溶剂二甲基亚砜中，溶液浓度是1mg/mL。
为达到上述第三个目的，本发明采用下述技术方案：
一种比率型荧光化学传感器，其包括如上第一个目的提供的纳米线。
为达到上述第四个目的，本发明采用下述技术方案：
本发明提供如上第三个目的提供的比率型荧光化学传感器在检测钙离子中的应用。
可选地，所述应用包括溶液中钙离子的检测和单细胞中钙离子的检测。
可选地，在进行溶液中钙离子的检测时，包括定量检测和定性检测。
可选地，当进行定性检测时，以所述比率型荧光化学传感器作为检测体系，联用激光扫描共聚焦显微镜，根据激光扫描共聚焦显微镜观察到的荧光变化判断溶液中是否存在钙离子。
可选地，所述单细胞为单个神经细胞。
可选地，当进行定量检测时，以所述比率型荧光化学传感器作为检测体系，联用激光扫描共聚焦显微镜，绘制已知钙离子的浓度和荧光比值的定标曲线，由所述比率型荧光化学传感器检测到的待测溶液体系的荧光比值来确定待测溶液体系中的钙离子的浓度。
可选地，在进行单细胞中钙离子的检测时，以固定在毛细管微针尖端的所述比率型荧光化学传感器作为检测体系，利用微操作系统将固定在毛细管微针尖端的比率型荧光化学传感器定位并插入到单细胞中，根据激光共聚焦显微镜观察到的荧光变化并计算得到荧光强度比值的变化判断单细胞中钙离子的浓度。
可选地，所述固定的方法为：将包含所述比率型荧光化学传感器的透明溶液注射入毛细管微针尖端，施加压力，直至毛细管微针尖端显示20-100μm长度的所述比率型荧光化学传感器。
可选地，所述毛细管微针尖端的口径为0.5-1.0μm。
本发明的有益效果如下：
根据本发明的一个目的，本发明中提供的纳米线作为荧光化学传感器使用时，可检测溶液和单个细胞内的钙离子，检测限低。避免了传统的荧光分子和荧光颗粒检测细胞内钙离子时的细胞毒性大、易漂白、易流失以及单荧光检测时背景荧光干扰大，信噪比低等缺点，可实现对钙离子的定量检测；此外，其具有纳米尺寸，尺寸小，对细胞的生理活动伤害小，为直接检测细胞内其它离子提供了一种新的思路。根据本发明的又一个目的，本发明提供的比率型荧光化学传感器因包含该纳米线，故其具有上述纳米线作为荧光化学传感器使用时的上述优点，在此不赘述。根据本发明的又一个目的，本发明提供的比率型荧光化学传感器的应用中，该比率型荧光化学传感器可很好的用于溶液和单细胞中对钙离子的定量和定性的检测中。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出本发明实施例1中制备得到的硅纳米线阵列的SEM照片，其中a为俯视图，b为侧视图。
图2示出本发明各实施例中比率型荧光化学传感器的制备工艺流程。
图3示出本发明实施例1中比率型荧光化学传感器对钙离子响应的定性检测所得共聚焦荧光成像的图像：a-c：未存在钙离子时的单根传感器的发光图像，d-f：体系加入钙离子后的单根传感器的发光图像，b和e是绿光通道，c和f是红光通道。
图4示出本发明实施例2中加入不同浓度的钙离子所得的比率型荧光化学传感器的校正曲线，相关系数为0.978。
图5示出本发明实施例3中将比率型荧光化学传感器搭载到毛细管微针尖端的过程，以及用正置显微镜观察到的在毛细管微针尖端的传感器的照片。
图6示出本发明实施例4中用搭载到毛细管微针尖端的单根硅纳米线比率型荧光化学传感器来检测胎鼠海马神经元细胞的不同部位的钙离子的原理图。
图7示出本发明实施例4中在共聚焦显微镜观察下的得到用单根硅纳米线比率型荧光化学传感器来检测胎鼠海马神经元细胞的荧光图像：a是单根传感器在细胞外的图像，分别编号为1#和2#，b是单根传感器1#和2#分别进入神经元细胞的胞体和突触，c是第一次加入离子霉素1微升后的荧光图像，d是再次加入离子霉素1微升后的图像,e-h是绿光通道，i-l是红光通道；m是神经元细胞的明场成像；n是1#纳米线传感器的绿色荧光强度和红色荧光强度比值和钙离子关系的折线图；o是2#纳米线传感器的绿色荧光强度和红色荧光强度比值和钙离子关系的折线图。图中标尺是10μm。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1
比率型荧光化学传感器的制备方法，包括如下步骤：
1)取1cm×2cm的n(100)硅片，依次用丙酮、乙醇、蒸馏水进行超声清洗10分钟，将清洗后的硅片置于含有浓度为4mmol/L的AgNO3和5mol/L的HF的混合水溶液中进行浸泡10分钟，将硅片取出后浸入含有浓度为4mol/L的HF和0.25mol/L的H2O2的混合水溶液中，体系由温度为50℃的水浴保温，120分钟后取出硅片，放入浓盐酸(质量浓度为36％)∶浓硝酸(质量浓度为36％)的体积比为3∶1的混合液中，浸泡1.5小时后取出硅片，用蒸馏水冲洗后自然晾干，得到由120nm长的硅纳米线构成的硅纳米线阵列，如图1所示。
2)室温下，将硅纳米线阵列在体积比为3:1的浓硫酸和30％过氧化氢溶液的混合溶液中90℃加热1.5小时，冷却至室温，水洗至中性；在体积比1:1:5的30％过氧化氢溶液、氨水和水的混合溶液中浸泡3小时，水洗至中性，真空干燥，得到表面具有Si-OH键的硅纳米线阵列；
3)将2)中所制备的硅纳米线阵列置于30mL的无水甲苯中加入APTES 0.05mL，在氮气保护下加热至90℃后，恒温反应22h，冷却至室温，有机溶剂清洗除去未反应的APTES，室温干燥，得到表面修饰有Si-NH2键硅纳米线阵列；
4)将3)中制备的表面具有Si-NH2键的硅纳米线阵列置于10mL的PBS缓冲溶液，再加入10μL Ru(bpy)2(mcbpy-O-Su-ester)(PF6)2的DMSO溶液(5mg/mL)，室温下振荡反应6h，反应完后用去离子水冲洗硅纳米线阵列再将硅纳米线阵列置于超纯水中，加入300μLFluo-3的DMSO溶液(1mg/mL)，室温下反应20h。修饰过程如图2所示。反应完成后，硅纳米线阵列用去离子水冲洗，室温下干燥，制备表面修饰有Fluo-3和Ru(bpy)2(mcbpy-O-Su-ester)(PF6)2的硅纳米线阵列。
5)将4)中制备的硅纳米线阵列置于超纯水中超声处理，得到单根的比率型荧光化学传感器的储备液制备，即单根硅纳米线(也即所述纳米线)比率型荧光化学传感器的储备液。
6)将单根硅纳米线比率型荧光化学传感器储备液0.5mL分散到含有1mLPBS缓冲液的共聚焦观察皿中，静置5min，放到共聚焦显微镜下观察，并用激光激发进行荧光成像，滴加10mM氯化钙溶液。如图3所示，加入钙离子后硅纳米线传感器的，硅纳米线传感器变成黄色，绿色荧光逐渐增强，红色荧光基本没有变化。说明单根硅纳米线可以检测到溶液中的钙离子。激发光波长是是488nm，接收通道是绿光通道和红光通道。
实施例2
1)取1cm×2cm的n(100)硅片，依次用丙酮、乙醇、蒸馏水进行超声清洗10分钟，将清洗后的硅片置于含有浓度为4mmol/L的AgNO3和5mol/L的HF的混合水溶液中进行浸泡10分钟，将硅片取出后浸入含有浓度为4mol/L的HF和0.25mol/L的H2O2的混合水溶液中，体系由温度为50℃的水浴保温，120分钟后取出硅片，放入浓盐酸(质量浓度为36％)∶浓硝酸(质量浓度为36％)的体积比为3∶1的混合液中，浸泡1小时后取出硅片，用蒸馏水冲洗后自然晾干，得到由120nm长的硅纳米线构成的硅纳米线阵列。
2)室温下，将硅纳米线阵列在体积比为3:1的浓硫酸和30％过氧化氢溶液的混合溶液中90℃加热2h，冷却至室温，水洗至中性；在体积比1:1:5的30％过氧化氢溶液、氨水和水的混合溶液中浸泡3小时，水洗至中性，真空干燥，得到表面具有Si-OH键的硅纳米线阵列；
3)将2)中所制备的硅纳米线阵列置于30mL的无水甲苯中加入APTES 0.01mL，在氮气保护下加热至90℃后，恒温反应20h，冷却至室温，有机溶剂清洗除去未反应的APTES，室温干燥，得到表面修饰有Si-NH2键硅纳米线阵列；
4)将3)中制备的表面具有Si-NH2键的硅纳米线阵列置于10mL的PBS缓冲溶液，再加入10μL Ru(bpy)2(mcbpy-O-Su-ester)(PF6)2的DMSO溶液(5mg/mL)，室温下振荡反应6h，反应完后用去离子水冲洗硅纳米线阵列再将硅纳米线阵列置于超纯水中，加入250μLFluo-3的DMSO溶液(1mg/mL)，室温下反应20h。反应完成后，硅纳米线阵列用去离子水冲洗，室温下干燥，制备表面修饰有Fluo-3和Ru(bpy)2(mcbpy-O-Su-ester)(PF6)2的硅纳米线阵列。
5)将4)中制备的硅纳米线阵列置于超纯水中超声处理，得到单根的比率型荧光化学传感器的储备液制备，即单根硅纳米线比率型荧光化学传感器的储备液。
6)将单根硅纳米线比率型荧光化学传感器储备液0.5mL分散到含有1mLPBS缓冲液的共聚焦观察皿中，静置5min,放到共聚焦显微镜下观察，随机选择三根硅纳米线作为观察目标，并用激光激发进行荧光成像，缓慢滴加氯化钙溶液，加入氯化钙的浓度从0nM-1000nM，每50nM进行一次共聚焦成像。如图4所示，得到硅纳米线传感器的荧光强度比值和钙离子浓度关系的校正曲线，校正曲线为y＝0.3976+4.04*10-4x，可测定绿光荧光强度和红光荧光强度的比值，从而通过校正曲线获得待检测的钙离子浓度。激发光波长是是488nm，接收通道是绿光通道和红光通道。
实施例3
1)取1cm×2cm的n(100)硅片，依次用丙酮、乙醇、蒸馏水进行超声清洗10分钟，将清洗后的硅片置于含有浓度为4mmol/L的AgNO3和5mol/L的HF的混合水溶液中进行浸泡10分钟，将硅片取出后浸入含有浓度为4mol/L的HF和0.25mol/L的H2O2的混合水溶液中，体系由温度为50℃的水浴保温，120分钟后取出硅片，放入浓盐酸(质量浓度为36％)∶浓硝酸(质量浓度为36％)的体积比为3∶1的混合液中，浸泡1.5小时后取出硅片，用蒸馏水冲洗后自然晾干，得到由120nm长的硅纳米线构成的硅纳米线阵列。
2)室温下，将硅纳米线阵列在体积比为3:1的浓硫酸和30％过氧化氢溶液的混合溶液中90℃加热1小时，冷却至室温，水洗至中性；在体积比1:1:5的30％过氧化氢溶液、氨水和水的混合溶液中浸泡2小时，水洗至中性，真空干燥，得到表面具有Si-OH键的硅纳米线阵列；
3)将2)中所制备的硅纳米线阵列置于30mL的无水甲苯中加入APTES 0.03mL，在氮气保护下加热至90℃后，恒温反应24h，冷却至室温，有机溶剂清洗除去未反应的APTES，室温干燥，得到表面修饰有Si-NH2键硅纳米线阵列；
4)将3)中制备的表面具有Si-NH2键的硅纳米线阵列置于10mL的PBS缓冲溶液，再加入10μL Ru(bpy)2(mcbpy-O-Su-ester)(PF6)2的DMSO溶液(5mg/mL)，室温下振荡反应6h，反应完后用去离子水冲洗硅纳米线阵列再将硅纳米线阵列置于超纯水中，加入300μLFluo-3的DMSO溶液(1mg/mL)，室温下反应18h。反应完成后，硅纳米线阵列用去离子水冲洗，室温下干燥，制备表面修饰有Fluo-3和Ru(bpy)2(mcbpy-O-Su-ester)(PF6)2的硅纳米线阵列。
5)将4)中制备的硅纳米线阵列置于超纯水中超声处理，得到单根的比率型荧光化学传感器的储备液制备，即单根硅纳米线比率型荧光化学传感器的储备液。
6)将单根硅纳米线比率型荧光化学传感器储备液0.5mL分散到1mLPBS缓冲液里备用。用拉针仪制备尖端口径为0.5μm的毛细管微针；用移液枪的微量上样器量取10μL上述稀释后的硅纳米线悬浊液注射入毛细管微针；将毛细管微针固定于微操作系统平台上，利用注射器施加压力，借助正置显微镜的观察，物镜放大倍数为50倍，目镜放大倍数为10倍。观察毛细管微针尖端直至毛细管微针的尖端显示出约80μm的单根硅纳米线荧光化学传感器。如图5所示。最后将毛细管微针在室温下晾干。
实施例4
1)取1cm×2cm的n(100)硅片，依次用丙酮、乙醇、蒸馏水进行超声清洗10分钟，将清洗后的硅片置于含有浓度为4mmol/L的AgNO3和5mol/L的HF的混合水溶液中进行浸泡10分钟，将硅片取出后浸入含有浓度为4mol/L的HF和0.25mol/L的H2O2的混合水溶液中，体系由温度为50℃的水浴保温，120分钟后取出硅片，放入浓盐酸(质量浓度为36％)∶浓硝酸(质量浓度为36％)的体积比为3∶1的混合液中，浸泡1.5小时后取出硅片，用蒸馏水冲洗后自然晾干，得到由120nm长的硅纳米线构成的硅纳米线阵列。
2)室温下，将硅纳米线阵列在体积比为3:1的浓硫酸和30％过氧化氢溶液的混合溶液中90℃加热1小时，冷却至室温，水洗至中性；在体积比1:1:5的30％过氧化氢溶液、氨水和水的混合溶液中浸泡2小时，水洗至中性，真空干燥，得到表面具有Si-OH键的硅纳米线阵列；
3)将2)中所制备的硅纳米线阵列置于30mL的无水甲苯中加入APTES 0.05mL，在氮气保护下加热至90℃后，恒温反应24h，冷却至室温，有机溶剂清洗除去未反应的APTES，室温干燥，得到表面修饰有Si-NH2键硅纳米线阵列；
4)将3)中制备的表面具有Si-NH2键的硅纳米线阵列置于10mL的PBS缓冲溶液，再加入10μL Ru(bpy)2(mcbpy-O-Su-ester)(PF6)2的DMSO溶液(5mg/mL)，室温下振荡反应6h，反应完后用去离子水冲洗硅纳米线阵列再将硅纳米线阵列置于超纯水中，加入300μLFluo-3的DMSO溶液(1mg/mL)，室温下反应18h。反应完成后，硅纳米线阵列用去离子水冲洗，室温下干燥，制备表面修饰有Fluo-3和Ru(bpy)2(mcbpy-O-Su-ester)(PF6)2的硅纳米线阵列。
5)将4)中制备的硅纳米线阵列置于超纯水中超声处理，得到单根的比率型荧光化学传感器的储备液制备，即单根硅纳米线比率型荧光化学传感器的储备液。
6)将单根硅纳米线比率型荧光化学传感器储备液0.5mL分散到1mLPBS缓冲液里备用。用拉针仪制备尖端口径为0.5μm的毛细管微针；用移液枪的微量上样器量取10μL上述稀释后的硅纳米线悬浊液注射入毛细管微针；将毛细管微针固定于微操作系统平台上，利用注射器施加压力，借助正置显微镜的观察，物镜放大倍数为50倍，目镜放大倍数为10倍。观察毛细管微针尖端直至毛细管微针的尖端显示出约80μm的单根硅纳米线比率型荧光化学传感器，最后将毛细管微针在室温下晾干。
7)利用微操作系统将两个装载到毛细管微针尖端的单根硅纳米线比率型荧光化学传感器定位并缓慢刺入胎鼠海马神经元细胞的胞体和突触部分，用405nm和488nm激光器激发并对传感器和细胞进行荧光成像，原理如图6所示。在装有胎鼠海马神经元的共聚焦观察皿中加入可以释放细胞内钙离子的离子霉素1μL和2μL，分别采集荧光图像，如图7所示，观察到单根硅纳米线比率型荧光化学传感器的绿光逐渐增强，红光基本没有改变，如图7所示。根据传感器发出的绿色荧光和红色荧光强度的比值结合上述实验中的校正曲线得出胎鼠海马神经元的胞体和突触的钙离子浓度分别是1039nM和588nM。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (16)
1.一种纳米线，其特征在于，所述纳米线的结构中包括单根硅纳米线以及修饰在所述单根硅纳米线表面的Fluo-3和Ru(bpy)2(mcbpy−O−Su−ester)(PF6)2。
2.根据权利要求1所述的纳米线，其特征在于，所述修饰为通过化学键结合。
3.根据权利要求1所述的纳米线，其特征在于，所述单根硅纳米线的直径为50-300nm，长度为30-120μm。
4.根据权利要求1所述的纳米线，其特征在于，所述单根硅纳米线是以硅片为原料，通过化学刻蚀法制备得到。
5.如权利要求1-4任一项所述的纳米线的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）在硅纳米线阵列表面修饰上Si-OH键；
2）在惰性气体保护下，将得到的表面修饰有Si-OH键的硅纳米线阵列与APTES反应，得表面修饰有Si-NH2键的硅纳米线阵列；
3）将得到的表面修饰有Si-NH2键的硅纳米线阵列依次与Ru(bpy)2(mcbpy−O−Su−ester)(PF6)2和Fluo-3在室温下反应，反应得到的产物经水洗、干燥、分散，得所述纳米线。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤1）中，所述在硅纳米线表面修饰上Si-OH键的方法包括如下步骤：
将硅纳米线阵列在体积比为2:1-3:1的浓硫酸和30％过氧化氢溶液的混合溶液中于90℃加热30min-2h，冷却至室温，水洗至中性；在体积比1:1:3-1:1:5的30％过氧化氢溶液、氨水和水的混合溶液中浸泡2-5h，水洗至中性，真空干燥，得到表面修饰有Si-OH键的硅纳米线阵列。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤2）中，所述惰性气体为氮气。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤2）中，所述反应的温度为90℃，时间为16-22h。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤3）中，所述Ru(bpy)2(mcbpy−O−Su−ester)(PF6)2是溶解在有机溶剂二甲基亚砜中，溶液浓度为5mg/mL；所述Fluo-3是溶解在有机溶剂二甲基亚砜中，溶液浓度是1mg/mL。
10.一种比率型荧光化学传感器，其特征在于，包括如权利要求1-4任一项所述的纳米线。
11.如权利要求10所述的比率型荧光化学传感器在检测钙离子中的应用。
12.根据权利要求11所述的应用，其特征在于，所述应用包括溶液中钙离子的检测和单细胞中钙离子的检测。
13.根据权利要求12所述的应用，其特征在于，在进行溶液中钙离子的检测时，包括定量检测和定性检测；
当进行定性检测时，以所述比率型荧光化学传感器作为检测体系，联用激光扫描共聚焦显微镜，根据激光扫描共聚焦显微镜观察到的荧光变化判断溶液中是否存在钙离子；
当进行定量检测时，以所述比率型荧光化学传感器作为检测体系，联用激光扫描共聚焦显微镜，绘制已知钙离子的浓度和荧光比值的定标曲线，由所述比率型荧光化学传感器检测到的待测溶液体系的荧光比值来确定待测溶液体系中的钙离子的浓度。
14.根据权利要求12所述的应用，其特征在于，在进行单细胞中钙离子的检测时，以固定在毛细管微针尖端的所述比率型荧光化学传感器作为检测体系，利用微操作系统将固定在毛细管微针尖端的比率型荧光化学传感器定位并插入到单细胞中，根据激光共聚焦显微镜观察到的荧光变化并计算得到荧光强度比值的变化判断单细胞中钙离子的浓度。
15.根据权利要求14所述的应用，其特征在于，所述固定的方法为：将包含所述比率型荧光化学传感器的透明溶液注射入毛细管微针尖端，施加压力，直至毛细管微针尖端显示20-100μm长度的所述比率型荧光化学传感器。
16.根据权利要求14所述的应用，其特征在于，所述毛细管微针尖端的口径为0.5-1.0μm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910308321.0A CN109897630B (zh) | 2019-04-17 | 2019-04-17 | 一种纳米线、其制备方法、包含该纳米线的比率型荧光化学传感器及应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910308321.0A CN109897630B (zh) | 2019-04-17 | 2019-04-17 | 一种纳米线、其制备方法、包含该纳米线的比率型荧光化学传感器及应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109897630A CN109897630A (zh) | 2019-06-18 |
| CN109897630B true CN109897630B (zh) | 2021-12-14 |
Family
ID=66954097
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910308321.0A Active CN109897630B (zh) | 2019-04-17 | 2019-04-17 | 一种纳米线、其制备方法、包含该纳米线的比率型荧光化学传感器及应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109897630B (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101573802A (zh) * | 2006-05-09 | 2009-11-04 | 北卡罗来纳-查佩尔山大学 | 光伏器件用的高保真纳米结构体和阵列及其制造方法 |
| CN102419319A (zh) * | 2011-09-08 | 2012-04-18 | 中国科学院理化技术研究所 | 对一氧化氮具有选择性荧光响应的基于硅纳米线的传感器 |
| CN102827610A (zh) * | 2011-06-13 | 2012-12-19 | 苏州大学 | 硅基纳米杂化材料的制备方法 |
| CN104155277A (zh) * | 2014-08-27 | 2014-11-19 | 中国科学院理化技术研究所 | 基于硅纳米线或硅纳米线阵列的硫离子荧光化学传感器的制备方法 |
| CN104394853A (zh) * | 2012-02-19 | 2015-03-04 | 纳维基因股份有限公司 | 多孔性纳米结构在递送中的用途 |
| CN108913120A (zh) * | 2018-06-21 | 2018-11-30 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种用于检测次氯酸根的单根硅纳米线荧光化学传感器及其制备方法和应用 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9331298B2 (en) * | 2013-09-12 | 2016-05-03 | Board Of Trustees Of Michigan State University | Nanocluster based light emitting device |
-
2019
- 2019-04-17 CN CN201910308321.0A patent/CN109897630B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101573802A (zh) * | 2006-05-09 | 2009-11-04 | 北卡罗来纳-查佩尔山大学 | 光伏器件用的高保真纳米结构体和阵列及其制造方法 |
| CN102827610A (zh) * | 2011-06-13 | 2012-12-19 | 苏州大学 | 硅基纳米杂化材料的制备方法 |
| CN102419319A (zh) * | 2011-09-08 | 2012-04-18 | 中国科学院理化技术研究所 | 对一氧化氮具有选择性荧光响应的基于硅纳米线的传感器 |
| CN104394853A (zh) * | 2012-02-19 | 2015-03-04 | 纳维基因股份有限公司 | 多孔性纳米结构在递送中的用途 |
| CN104155277A (zh) * | 2014-08-27 | 2014-11-19 | 中国科学院理化技术研究所 | 基于硅纳米线或硅纳米线阵列的硫离子荧光化学传感器的制备方法 |
| CN108913120A (zh) * | 2018-06-21 | 2018-11-30 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种用于检测次氯酸根的单根硅纳米线荧光化学传感器及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Reorganization of Cytoskeleton and Transient Activation of Ca2+ Channels in Mesenchymal Stem Cells Cultured on Silicon Nanowire Arrays;Dandan Liu等;《ACS Applied Materials & Interfaces》;20131205;第5卷;第13295-13304页 * |
| Synthesis and Characterization of a New Red-Emitting Ca2+ Indicator,Calcium Ruby;Stephane Gaillard等;《ORGANIC LETTERS》;20070607;第9卷;第2629-2632页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109897630A (zh) | 2019-06-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11359231B2 (en) | Biosensor based on a tethered particle | |
| US8486709B2 (en) | Optical nanosensors comprising photoluminescent nanostructures | |
| Ye et al. | Detection of nitric oxide in single cells | |
| Hahm | Fundamental properties of one-dimensional zinc oxide nanomaterials and implementations in various detection modes of enhanced biosensing | |
| KR102657461B1 (ko) | 단일-세포 세포내 나노-ｐｈ 프로브 | |
| US20190310223A1 (en) | Carbon nanofiber sensor for non-enzymatic glucose detection and methods of glucose detection using such carbon nanofiber sensor | |
| US9797909B2 (en) | Sensor | |
| Yu et al. | A disposable biosensor for noninvasive diabetic diagnosis rest on the Au/TiO2 nano-composite intensified electrochemiluminescence | |
| Tan et al. | Peer Reviewed: Ultrasmall Optical Sensors for Cellular Measurements. | |
| Joshi et al. | Novel pH-responsive nanoplasmonic sensor: controlling polymer structural change to modulate localized surface plasmon resonance response | |
| Chen et al. | A single silicon nanowire-based ratiometric biosensor for Ca2+ at various locations in a neuron | |
| Tao et al. | Implantable optical fiber microelectrode with anti-biofouling ability for in vivo photoelectrochemical analysis | |
| CN109897630B (zh) | 一种纳米线、其制备方法、包含该纳米线的比率型荧光化学传感器及应用 | |
| Descamps et al. | Functionalization of optical nanotip arrays with an electrochemical microcantilever for multiplexed DNA detection | |
| WO2018176042A1 (en) | Electrochemical immunosensors | |
| CN108913120B (zh) | 一种用于检测次氯酸根的单根硅纳米线荧光化学传感器及其制备方法和应用 | |
| Nosheen et al. | Optical nanosensors for pharmaceutical detection | |
| US20200264105A1 (en) | Oxygen content sensor, oxygen content sensor manufacturing method and using method | |
| Ueno et al. | Fabrication of Graphene Microroll Aptasensor. | |
| Kleps et al. | Study of the micro-and nanostructured silicon for biosensing and medical applications | |
| CN104792758A (zh) | 基于硅纳米线或硅纳米线阵列的硫化氢荧光化学传感器的制备方法 | |
| KR102301106B1 (ko) | 나노물질 복합체를 이용한 고감도 무선구동 패치형 당 센서 | |
| CN108103148A (zh) | 一种miRNA超敏检测用探针液体芯片的制备及应用 | |
| Yin et al. | Silica nanoparticles coated with smaller au nanoparticles for the enhancement of optical oxygen sensing | |
| Duan et al. | An Ion-competition assisted fiber optic Plasmonic DNA Biosensing platform for Iodide detection |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |