CN110618125A - 一种荧光纸基传感器的制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于传感器技术领域,涉及一种荧光纸基传感器制备的方法及其应用;步骤为:首先制备得到Eu‑MOF荧光材料,加入乙二醇中,搅拌溶解,再加入丙三醇和聚乙烯吡咯烷酮,搅拌得到荧光墨水;然后,将亲水性的纸浸泡在TMOS溶液中,形成疏水性的纸,作为喷墨打印的纸质基底,打印得到荧光纸基传感器;然后滴加不同浓度的四环素溶液,获取荧光纸基传感器荧光图片组成荧光颜色比色卡;并提取荧光图片的RGB值,建立定量检测四环素的模型M;待测样品提取液滴加到荧光纸基传感器发生颜色变化,并提取图片的RGB值;通过比色卡的颜色对比和建立的模型M实现四环素的可视化及快速定量检测。
Description
技术领域
本发明属于传感器技术领域,具体涉及一种荧光纸基传感器制备的方法及其在四环素检测中的应用。
技术背景
四环素类抗生素(tetracycline)是由微生物产生或者人工合成的化合物,主要通过阻止氨酰基与核糖核蛋白体结合、DNA的复制和氨基分子与肽链的合成来限制细菌微生物的繁殖。四环素类抗生素已经被广泛应用于畜禽养殖业中,可防治畜禽动物的多种疾病,如伤寒、白痢、霍乱、传染性滑膜炎等,还可减轻畜禽动物由于环境引起的非特异性反应,增加存活率。但是长期使用四环素会影响畜禽等动物机体的正常菌群繁殖,容易引起维生素缺乏症,同时也会造成大量真菌和耐药性细菌的繁殖。而人类长期食用含四环素残留的动植物性食品,也容易造成过敏、中毒、致癌、致畸、致突变等现象。因此,如何快速、准确检测四环素是亟待解决的问题。
四环素现有的检测方法一般分为:微生物法、免疫学分析法、理化检测法等。微生物学法操作过程复杂,判定结果的方法容易受主观因素影响,往往会出现错误判断;免疫学分析法是结合抗原抗体的免疫性实现对抗生素兽药残留的检测,但在检测中可能会由于样本的信息量较少而出现假阳性结果等问题,影响实验结果;理化检测法(高效液相色谱法、气相色谱-质谱法、液相色谱-质谱法、毛细管电泳法和超临界流体色谱法等)是利用仪器分析鉴定抗生素分子中特定的基团结构,从而实现对食品中抗生素含量进行定性、定量的分析检测,但是存在前处理方法繁琐、耗时长、费用高等局限性,不利于快速检测。虽然这些方法都能有效的检测食品中的四环素抗生素残留,但寻求简单快速的检测方法势在必得,以期实现四环素的快速、在线、实时、准确及可视化检测。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明旨在解决所述问题之一;本发明开发一种荧光纸基传感器,能够实现四环素的简单、快速、准确及可视化检测,克服现有四环素检测技术操作复杂、耗时长,检测肠毒素的种类单一,检测结果不直观等缺点。
为了实现以上目的,本发明具体包括以下步骤:
步骤1、制备铕功能化金属有机框架(Eu-MOF)荧光材料:将四氯化锆、硝酸铕和2-氨基对苯二甲酸溶于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中,进行加热反应,冷却后,经洗涤、干燥,得到铕功能化金属有机框架荧光材料,记为Eu-MOF荧光材料;
步骤2、制备荧光纸基传感器:将亲水性的纸浸泡在十八烷基二甲基甲氧基硅烷(TMOS)溶液中,形成疏水性的纸,作为喷墨打印的纸质基底;随后将步骤1制备的Eu-MOF荧光材料加入乙二醇中,搅拌溶解,再加入丙三醇和聚乙烯吡咯烷酮,搅拌得到混合溶液,即为荧光墨水;最后将制备好的荧光墨水注入到喷墨打印机的墨盒中,以制备的疏水性的纸作为喷墨打印的纸质基底,打印得到荧光纸基传感器。
优选的,步骤1中所述四氯化锆、硝酸铕、2-氨基对苯二甲酸和DMF的用量比为1~4g:0.45~2.25g:0.18~0.9g:50~150mL。
优选的,步骤1中所述加热的温度为100~200℃,时间为20~40h。
优选的,步骤1中所述洗涤是用DMF和乙醇溶液分别洗涤1~5次;所述干燥的温度为40~60℃,时间为12~24h。
优选的,步骤2中所述的亲水性的纸包括亲水滤纸或者打印纸。
优选的,步骤2中所述十八烷基二甲基甲氧基硅烷溶液的体积浓度为0.1%~0.5%(v/v)。
优选的,步骤2中所述浸泡的时间为5~20min。
优选的,步骤2中所述Eu-MOF荧光材料、乙二醇、丙三醇和聚乙烯吡咯烷酮的用量比为1~5mg:200~800μL:10~100μL:400~1000μL;所述荧光墨水的粘度为1~5cp。
将制备的荧光纸基传感器应用四环素的检测,包括以下步骤:
S1、建立可视化检测四环素的方法:首先配置不同浓度的四环素溶液,分别将不同浓度的四环素溶液滴加到制备的荧光纸基传感器上,静置后将荧光纸基传感器放置在荧光成像仪中,获取荧光纸基传感器荧光图片;将得到的荧光纸基传感器荧光图片与不同浓度的四环素溶液相互对应,按照四环素浓度由小到大的顺序排列荧光纸基传感器荧光图片,建立检测四环素的荧光比色试纸卡;利用MATLAB软件提取荧光图片的RGB值,建立定量检测四环素的模型M;
S2、食品样品中四环素的检测分析:根据国标《GB/T 21317-2007动物源性食品中四环素类兽药残留量检测方法-液相色谱-质谱/质谱法与高效液相色谱法》对样品进行预处理,得到样品提取液;然后将样品提取液,滴加入到荧光纸基传感器上,静置反应后放在荧光成像仪中,获取样品的荧光纸基传感器荧光图片;将样品的荧光纸基传感器荧光图片与步骤S1中建立的荧光比色试纸卡对比,可以初步判断样品中四环素的浓度范围;然后,提取样品的荧光纸基传感器荧光图片的RGB值,代入检测四环素的定量模型M中,计算得到食品中四环素的浓度。
优选的,步骤S1中所述不同浓度的四环素溶液指浓度范围为0~1mM。
优选的,步骤S1中所述定量检测四环素的模型M为多元线性拟合方程,记为Y=a+b×R+c×G+d×B,其中Y为四环素含量,a为方程常数项、b、c和d为回归方程的系数,R为荧光图片的红色通道的值,G为荧光图片的绿色通道的值,B为荧光图片的蓝色通道的值。
优选的,步骤S1中所述荧光成像仪中配置365nm的紫外灯。
优选的,步骤S1中所述静置的时间为5~30min。
有益技术效果
(1)本发明制备的铕功能化金属有机框架荧光材料和荧光墨水具有优异的荧光发射强度,能够实现特异性检测四环素,不需要特异性的生物材料,如抗原抗体或者适配体等,可以减少制备特异性荧光传感器的时间和成本。
(2)本发明基于喷墨打印技术制备的荧光纸基传感器具有制备简单、成本低、绿色环保、重复性高且灵敏度高等特点。
(3)本发明制备的荧光纸基传感器能够实现四环素的快速、准确且可视化检测,操作简单,只需要一个便携式的成像仪就能实现食品中四环素的在线、实时和快速筛查,有利于保障食品的质量与安全。
附图说明
图1中(a)为实施例1中铕功能化金属有机框架荧光材料的荧光光谱图,其中插图为Eu-MOF的荧光图片;(b)为添加四环素后Eu-MOF荧光材料的荧光光谱图,其中插图为添加四环素后Eu-MOF荧光材料的荧光图片;
图2为实施例1中建立的荧光比色试纸卡的图片。
图3为实施例1中猪肉的荧光纸基传感器荧光图片。
具体实施例
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明,但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1:
为了进一步阐述本发明,以制作四环素快速荧光纸基传感器并用于猪肉中四环素检测为实施例,具体步骤如下:
步骤1、制备铕功能化金属有机框架荧光材料:取2.15g的四氯化锆和0.98g硝酸铕、0.47g的2-氨基对苯二甲酸溶于80mL的DMF溶液中,超声分散20min然后放入50mL聚四氟乙烯反应釜内,120℃反应24小时,冷却至室温后用DMF和乙醇溶液分别洗涤3次,60℃真空干燥12h,得到Eu-MOF荧光材料;
如图1中(a)图所示,制备的Eu-MOF荧光材料在365nm激发下显示的荧光发射峰为480nm、553nm、580nm和615nm;其中480nm属于MOF材料的荧光峰,其余三个峰为Eu3+的荧光特征峰,在365nm紫外灯照射下,Eu-MOF荧光材料显示蓝色荧光;制备的Eu-MOF荧光材料对四环素有荧光颜色响应,如图1的(b)图所示,添加四环素后的Eu-MOF荧光材料在553nm处的荧光明显增强,在365nm紫外灯照射下,添加四环素后的Eu-MOF荧光材料显示红色荧光,由此,制备的Eu-MOF荧光材料能特异性检测四环素,Eu-MOF荧光材料能快速且特异性检测四环素是因为四环素为Eu3+的天线分子,形成的四环素-Eu3+配合物使553nm处的荧光显著增强。
步骤2、荧光纸基传感器的制备:将定性滤纸浸泡在体积浓度为0.2%的十八烷基二甲基甲氧基硅烷(TMOS)溶液中,形成疏水性的纸,作为喷墨打印的纸质基底;随后将2mg的Eu-MOF荧光材料中加入至400μL乙二醇中超声20min,得到均匀分散溶液,再加入50μL的丙三醇和500μL的聚乙烯吡咯烷酮,再次超声20min,由此得到蓝色荧光墨水,该荧光墨水的动力粘度为2.83cp;最后将制备好的荧光墨水注入到喷墨打印机的墨盒中,在打印机的纸张放置处放置纸质基底,打印得到四环素的荧光纸基传感器;将打印区域裁剪为多份1×4cm大小的荧光检测试纸,保存备用。
荧光纸基传感器用于四环素检测的用途;
S1、建立可视化检测四环素的方法:配制浓度分别为0、10nM、50nM、100nM、500nM、1μM、5μM和10μM四环素溶液,并将100μL四环素溶液加入到制备的荧光纸基传感器上,5min后将荧光纸基传感器放置在荧光成像仪中,利用智能手机获取荧光纸基传感器荧光图片,得到不同浓度下的荧光纸基传感器荧光图片,按照浓度0、10nM、50nM、100nM、500nM、1μM、5μM和10μM对应的荧光图片依次排列,建立检测四环素的荧光比色试纸卡;利用MATLAB软件提取荧光图片的RGB值,建立得到多元拟合方程式:Y=0.0001+0.03717×R-0.0001×G+0.0001×B,其中Y为四环素的浓度,μM;
S2、猪肉样品中四环素的检测分析:根据国标《GB/T 21317-2007动物源性食品中四环素类兽药残留量检测方法-液相色谱-质谱/质谱法与高效液相色谱法》对样品进行预处理;将猪肉样品绞碎,称取5g猪肉样品,经过滤、超声等步骤得到含有四环素的提取液,并定容到50mL,得到猪肉四环素提取液;将100μL猪肉四环素提取液滴加到荧光纸基传感器上,反应5min后放置在荧光成像仪中,利用智能手机获取猪肉荧光图片;将猪肉荧光图片与建立的荧光比色试纸卡进行颜色比对,初步判定猪肉中含有四环素且四环素含量为50~100nM;然后提取猪肉荧光图片的RGB值,并代入检测四环素的多元拟合方程式Y=0.0001+0.03717×R-0.0001×G+0.0001×B中,计算得到食品中四环素含量为87nM;实现了猪肉制四环素的可视化和定量检测。
说明:以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案;因此,尽管本说明书参照上述的实施例对本发明已进行了详细的说明,但是本领域的普通技术人员应当理解,仍然可以对本发明进行修改或等同替换;而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进,均应涵盖在本发明的权利要求范围内。
Claims (10)
1.一种荧光纸基传感器的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1、将四氯化锆、硝酸铕和2-氨基对苯二甲酸溶于N,N-二甲基甲酰胺中,进行加热反应,冷却后,经洗涤、干燥,得到铕功能化金属有机框架荧光材料,记为Eu-MOF荧光材料;
步骤2、将亲水性的纸浸泡在十八烷基二甲基甲氧基硅烷溶液中,形成疏水性的纸,作为喷墨打印的纸质基底;随后将步骤1制备的Eu-MOF荧光材料加入乙二醇中,搅拌溶解,再加入丙三醇和聚乙烯吡咯烷酮,搅拌得到混合溶液,即为荧光墨水;最后将制备好的荧光墨水注入到喷墨打印机的墨盒中,以制备的疏水性的纸作为喷墨打印的纸质基底,打印得到荧光纸基传感器。
2.根据权利要求1所述的一种荧光纸基传感器的制备方法,其特征在于,步骤1中所述四氯化锆、硝酸铕、2-氨基对苯二甲酸和N,N-二甲基甲酰胺的用量比为1~4g:0.45~2.25g:0.18~0.9g:50~150mL。
3.根据权利要求1所述的一种荧光纸基传感器的制备方法,其特征在于,步骤1中所述加热的温度为100~200℃,时间为20~40h。
4.根据权利要求1所述的一种荧光纸基传感器的制备方法,其特征在于,步骤1中所述洗涤是用DMF和乙醇溶液分别洗涤1~5次;所述干燥的温度为40~60℃,时间为12~24h。
5.根据权利要求1所述的一种荧光纸基传感器的制备方法,其特征在于,步骤2中所述的亲水性的纸包括亲水滤纸或者打印纸;所述十八烷基二甲基甲氧基硅烷溶液的体积浓度为0.1%~0.5%;所述浸泡的时间为5~20min。
6.根据权利要求1所述的一种荧光纸基传感器的制备方法,其特征在于,步骤2中所述Eu-MOF荧光材料、乙二醇、丙三醇和聚乙烯吡咯烷酮的用量比为1~5mg:200~800μL:10~100μL:400~1000μL;所述荧光墨水的粘度为1~5cp。
7.根据权利要求1~6任一项所述方法制备的荧光纸基传感器用于四环素检测的用途,其特征在于,包括以下步骤:
S1、首先配置不同浓度的四环素溶液,分别将不同浓度的四环素溶液滴加到制备的荧光纸基传感器上,静置后将荧光纸基传感器放置在荧光成像仪中,获取荧光纸基传感器荧光图片;将得到的荧光纸基传感器荧光图片与不同浓度的四环素溶液相互对应,按照四环素浓度由小到大的顺序排列荧光纸基传感器荧光图片,建立检测四环素的荧光比色试纸卡;利用MATLAB软件提取荧光图片的RGB值,建立定量检测四环素的模型M;
S2、首先对样品进行预处理,得到样品提取液;然后将样品提取液,滴加入到荧光纸基传感器上,静置反应后放在荧光成像仪中,获取样品的荧光纸基传感器荧光图片;将样品的荧光纸基传感器荧光图片与步骤S1中建立的荧光比色试纸卡对比,可以初步判断样品中四环素的浓度范围;然后,提取样品的荧光纸基传感器荧光图片的RGB值,代入检测四环素的定量模型M中,计算得到食品中四环素的浓度。
8.根据权利要求7所述的用途,其特征在于,步骤S1中所述不同浓度的四环素溶液指浓度范围为0~1mM。
9.根据权利要求7所述的用途,其特征在于,步骤S1中所述定量检测四环素的模型M为多元线性拟合方程,记为Y=a+b×R+c×G+d×B,其中Y为四环素含量,a为方程常数项、b、c和d为回归方程的系数,R为荧光图片的红色通道的值,G为荧光图片的绿色通道的值,B为荧光图片的蓝色通道的值。
10.根据权利要求7所述的用途,其特征在于,步骤S1中所述荧光成像仪中配置365nm的紫外灯;所述静置的时间为5~30min。
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夏征农等主编: "《大辞海 第32卷 化工轻工纺织卷》", 31 December 2015 * |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN111829996A (zh) * | 2020-06-23 | 2020-10-27 | 江苏大学 | 一种可视化检测四环素类抗生素的镧系金属有机框架测试纸条的制备方法 |
CN111829996B (zh) * | 2020-06-23 | 2023-02-17 | 江苏大学 | 一种可视化检测四环素类抗生素的镧系金属有机框架测试纸条的制备方法 |
CN113863054A (zh) * | 2021-09-27 | 2021-12-31 | 天津商业大学 | 一种功能化纸张的制备方法和扩散驱动纸张功能化装置 |
CN113863054B (zh) * | 2021-09-27 | 2022-09-06 | 天津商业大学 | 一种功能化纸张的制备方法和扩散驱动纸张功能化装置 |
CN116448742A (zh) * | 2023-02-14 | 2023-07-18 | 甘肃省科学院传感技术研究所 | 一种可视化检测亚硫酸盐的纳米传感纸及其制备方法和应用 |
CN116448742B (zh) * | 2023-02-14 | 2023-12-19 | 甘肃省科学院传感技术研究所 | 一种可视化检测亚硫酸盐的纳米传感纸及其制备方法和应用 |
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