CN111115693B - 一种多色荧光FeS2量子点的制备方法及应用 - Google Patents

一种多色荧光FeS2量子点的制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于纳米检测材料的技术领域，具体涉及一种多色荧光FeS2量子点的制备方法及应用。FeS2量子点制备方法操作简单，反应条件温和，原材料易得，适于大规模生产，制得的FeS2量子点的量子产率较高，通过调节反应条件，可以使得其在365nm波长的激发光下发出蓝、绿、黄和红光中的一种；所得的FeS2量子点可应用于制备分子印迹比率型荧光传感器，构建方法简便，可广泛应用于乌头碱及其它生物碱的检测领域中，能够有效地提高对乌头碱及其它生物碱的检测灵敏度和检测效率，可视化效果令人满意，为对实际样品中的乌头碱及其它生物碱的快速可视化检测提供了方便。

Description

一种多色荧光FeS2量子点的制备方法及应用
技术领域
本发明属于纳米检测材料的技术领域，具体涉及一种多色荧光FeS2量子点的制备方法及应用。
背景技术
二硫化亚铁(FeS2)量子点作为一种金属硫化物纳米粒子，具有优异的光学、电学和磁学性能，被广泛应用于发光材料、电极材料和润滑材料等领域。因其成本低、结构稳定、安全无污染等特点，备受科研人员的关注。
二硫化亚铁(FeS2)量子点的合成现在多采用油浴的方法，但这种方法工艺步骤繁琐，反应条件苛刻，成本较高，反应过程中还会对空气造成污染，有的二硫化亚铁(FeS2)量子点的收率偏低，而且制备出的二硫化亚铁(FeS2)量子点在紫外光激发下多发蓝光。因此，探索绿色温和、简便高效的制备方法来制备多色二硫化亚铁(FeS2)量子点是很有必要的。
乌头碱(ACO)，一种二萜类生物碱，被用于治疗多种疾病，如晕厥、风湿热、关节痛、胃肠炎、腹泻病、水肿、支气管哮喘、各种肿瘤以及某些内分泌紊乱。但乌头碱对心脏和神经表现出很高的毒性，因使用乌头类药物不当而发生的中毒事件时有报道，因此对乌头碱检测方法的研究显得尤为重要。目前，乌头碱的检测方法主要有分光光度法、高效液相色谱法、液相色谱连用技术等。这些方法虽然测定结果准确，但仪器昂贵、操作繁琐、周期较长。相比较而言，分子印迹比率型荧光传感器选择性高、分析速度快、简单易行、可视化效果好。
通常，构建比率荧光传感器需要两种具有不同荧光发射波长的材料。一种简单的方法是将一个发射峰用作对目标分析物的响应信号，将另一个发射峰用作参考信号，从而导致两种发射荧光材料的颜色变化明显且易于肉眼观察。与传统的唯一响应式荧光检测相比，使用双荧光信号的比例荧光技术可以消除环境影响并提高痕量分析物的灵敏度，引起了研究者越来越多的关注。将分子印迹技术引入到比率型荧光传感器中，构建分子印迹比率型荧光传感器，能显著提高分析方法的选择性和抗干扰能力，具有很重要的意义。
发明内容
为了解决以上问题，本发明的目的在于提供一种多色荧光FeS2量子点的制备方法及应用，得到的FeS2量子点可在365nm波长激发下发出蓝色、绿色、黄色和红色光中的一种颜色，并以FeS2量子点为基础构建分子印迹比率型荧光传感器。
本发明的技术内容如下：
本发明提供了一种多色荧光FeS2量子点的制备方法，包括如下步骤：
1)将铁源溶于二甲基亚砜溶液中，硫源溶于去离子水中，再将两种溶液混合并搅拌均匀，加入稳定剂，将得到的溶液进行水热反应，得到含有FeS2量子点的溶液；
2)将含有FeS2量子点的溶液进行离心、收集沉淀物，将沉淀物经冷冻干燥，得到粉末状产品，即为FeS2量子点。
进一步地，步骤1)所述的铁源和硫源的摩尔比为(1:3)～(3:1)；
所述的铁源包括四水合氯化亚铁和六水合三氯化铁；
所述的硫源包括硫代硫酸钠、硫代乙酰胺和L-半胱氨酸；
所述的稳定剂包括巯基乙酸和巯基丙酸；
所述的水热反应的条件为于带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热反应釜中，140℃～210℃下反应6～12小时；
步骤2)所述的离心的操作包括将溶液经4000rpm离心后，加入足量的无水乙醇，然后14000rpm离心；
本发明还提供了一种多色荧光FeS2量子点应用于制备分子印迹比率型荧光传感器。
所述制备分子印迹比率型荧光传感器的方法包括如下步骤：
a)将黄色FeS2量子点与氢氧化钠、氨水混合孵育，再加入曲拉通X-100、环己烷和正己醇，搅拌均匀后加入聚合电解质和硅酸四乙酯，然后加入氨水，搅拌均匀后再加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷进行反应，反应完后进行离心、洗涤、干燥得到氨基修饰的FeS2@SiO2；
b)将氨基修饰的FeS2@SiO2与FeS2量子点混合，加入缓冲液，在黑暗条件下持续搅拌反应，最终洗涤得到FeS2@SiO2@FeS2比率探针；
c)将FeS2@SiO2@FeS2比率探针与模板剂和功能单体在氯仿中混合，加入交联剂和引发剂进行超声混合，通氮气，然后进行水浴恒温反应；
d)反应完后用甲醇乙酸混合溶液进行索氏提取，将提取的产物洗涤至中性，冷冻干燥，即得分子印迹比率型荧光传感器。
进一步地，步骤a)与步骤b)所述的FeS2量子点分别为紫外光激发下发出不同光的两种量子点；
所述的聚合电解质包括聚二烯丙基二甲基铵盐酸盐；
所述的离心前加入异丙醇溶液进行离心、洗涤；
步骤b)所述的缓冲液包括PB缓冲液，pH＝7.0；
步骤c)所述的模板剂包括生物碱，所述生物碱包括乌头碱；
所述的功能单体包括甲基丙烯酸和丙烯酰胺；
所述的交联剂包括二甲基丙烯酸乙二醇酯；
所述的引发剂包括偶氮二异丁腈；
步骤d)所述的甲醇乙酸混合溶液中的甲醇和乙酸的体积比为7:3。
本发明的有益效果如下：
本发明的多色荧光FeS2量子点的制备方法，操作简单，反应条件温和，原材料易得，适于大规模生产，制得的FeS2量子点的量子产率较高，通过调节反应条件，可以使得其在365nm波长的激发光下发出蓝、绿、黄和红光中的一种颜色；
所得的FeS2量子点可应用于制备分子印迹比率型荧光传感器，构建方法简便，可广泛应用于乌头碱及其它生物碱的检测领域中，检测迅速、灵敏度高、特异性好、误差小，能够有效地提高对乌头碱及其它生物碱的检测准确度和检测效率，可视化效果令人满意，为快速可视化检测和对实际样品中的乌头碱及其它生物碱提供了方便。
附图说明
图1为实施例1至4制备的发出不同荧光颜色的FeS2量子点水溶液的荧光光谱图；
图2为实施例1至4制备的发出不同荧光颜色的FeS2量子点的粒径分布图；
图3为构建的乌头碱分子印迹比率型荧光传感器及非分子印迹比率型荧光传感器对乌头碱检测的荧光光谱图和线性图；
图4为乌头碱分子印迹比率型荧光传感器对乌头碱检测的荧光光谱图及可视化图；
图5为乌头碱分子印迹比率型荧光传感器对乌头碱检测的干扰性考察的柱状对比图；
图6为乌头碱及其类似结构生物碱的结构图；
图7为乌头碱分子印迹比率型荧光传感器对乌头碱检测的选择性考察的荧光光谱图及可视化图；
图8为乌头碱分子印迹比率型荧光传感器针对乌头碱检测的选择性考察的柱状对比图。
具体实施方式
以下通过具体的实施案例以及附图说明对本发明作进一步详细的描述，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。
若无特殊说明，本发明的所有原料和试剂均为常规市场的原料、试剂。
实施例1
一种发出蓝色荧光的FeS2量子点的制备：
1)室温下将0.199克四水合氯化亚铁溶于45毫升二甲基亚砜，0.744克硫代硫酸钠溶于10毫升去离子水，加入200微升巯基乙酸，将得到的溶液转移到防爆的聚四氟乙烯容器内进行水热反应，140℃下反应6小时，迅速冷却终止反应；
2)将反应液在4000rpm下离心5分钟，再加入足量无水乙醇，超声，14000rpm下离心10分钟，将所得沉淀经冷冻干燥至粉末状，得到二硫化亚铁(FeS2)量子点，365nm紫外光照射下，二硫化亚铁(FeS2)量子点水溶液发出明亮的蓝色荧光(见图1曲线1)。
实施例2
一种发出绿色荧光的FeS2量子点的制备：
1)室温下将0.199克四水合氯化亚铁溶于45毫升二甲基亚砜，0.744克硫代硫酸钠溶于10毫升去离子水，加入200微升巯基乙酸，将得到的溶液转移到防爆的聚四氟乙烯容器内进行水热反应，180℃下反应6小时，迅速冷却终止反应；
2)将反应液在4000rpm下离心5分钟，再加入足量无水乙醇，超声，14000rpm下离心10分钟，将所得沉淀经冷冻干燥至粉末状，得到二硫化亚铁(FeS2)量子点，365nm紫外光照射下，二硫化亚铁(FeS2)量子点水溶液发出明亮的绿色荧光(见图1曲线2)。
实施例3
一种发出黄色荧光的FeS2量子点的制备：
1)室温下将0.199克四水合氯化亚铁溶于45毫升二甲基亚砜，0.496克硫代硫酸钠溶于10毫升去离子水，加入200微升巯基乙酸，将得到的溶液转移到防爆的聚四氟乙烯容器内进行水热反应，200℃下反应8小时，迅速冷却终止反应；
2)将反应液在4000rpm下离心5分钟，再加入足量无水乙醇，超声，14000rpm下离心10分钟，将所得沉淀经冷冻干燥至粉末状，得到二硫化亚铁(FeS2)量子点，365nm紫外光照射下，二硫化亚铁(FeS2)量子点水溶液发出明亮的黄色荧光(见图1曲线3)。
实施例4
一种发出红色荧光的二硫化亚铁(FeS2)量子点的制备：
1)室温下将0.397克四水合氯化亚铁溶于45毫升二甲基亚砜，0.496克硫代硫酸钠溶于10毫升去离子水，加入200微升巯基乙酸，将得到的溶液转移到防爆的聚四氟乙烯容器内进行水热反应，210℃下反应12小时，迅速冷却终止反应；
2)将反应液在4000rpm下离心5分钟，再加入足量无水乙醇，超声，14000rpm下离心10分钟，将所得沉淀经冷冻干燥至粉末状，得到二硫化亚铁(FeS2)量子点，365nm紫外光照射下，二硫化亚铁(FeS2)量子点水溶液发出明亮的红色荧光(见图1曲线4)。
图2中显示了实施例1至4制备的发出不同荧光颜色的FeS2量子点的粒径分布图，从图中可以看出蓝色、绿色、黄色和红色荧光FeS2量子点的粒径逐渐增大，不同荧光颜色的FeS2量子点的粒径不同。
实施例5
一种发出蓝色荧光的FeS2量子点的制备：
1)室温下将0.273克六水合三氯化铁溶于40毫升二甲基亚砜，0.608克L-半胱氨酸溶于10毫升去离子水，加入180微升巯基丙酸，将得到的溶液转移到防爆的聚四氟乙烯容器内进行水热反应，160℃下反应6小时，迅速冷却终止反应；
2)将反应液在4000rpm下离心5分钟，再加入足量无水乙醇，超声，14000rpm下离心10分钟，将所得沉淀经冷冻干燥至粉末状，得到二硫化亚铁(FeS2)量子点，365nm紫外光照射下，二硫化亚铁(FeS2)量子点水溶液发出明亮的蓝色荧光。
实施例6
一种发出蓝色荧光的FeS2量子点的制备：
1)室温下将0.199克四水合氯化亚铁溶于45毫升二甲基亚砜，0.225克硫代硫酸钠溶于10毫升去离子水，加入200微升巯基乙酸，将得到的溶液转移到防爆的聚四氟乙烯容器内进行水热反应，140℃下反应6小时，迅速冷却终止反应；
2)将反应液在4000rpm下离心5分钟，再加入足量无水乙醇，超声，14000rpm下离心10分钟，将所得沉淀经冷冻干燥至粉末状，得到二硫化亚铁(FeS2)量子点，365nm紫外光照射下，二硫化亚铁(FeS2)量子点水溶液发出明亮的蓝色荧光。
实施例7
将得到的FeS2量子点应用于制备乌头碱分子印迹比率型荧光传感器(ACO-MIPs)：
采用反相微乳法合成了氨基改性FeS2(黄色)@SiO2核壳荧光二氧化硅纳米粒子，具体方法如下：
a)将质量分数为25wt％的16μL的氢氧化钠和18μL的NH3·H2O加入到5×10-6M的黄色FeS2量子点溶液中，孵育40min。用15mL环己烷、1.5mL正己醇和2.25mL曲拉通X-100组成反相微乳体系，加入20μL聚烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)和100μL硅酸四乙酯(TEOS)，搅拌30min，加入质量分数为25wt％的60μL NH3·H2O。搅拌24h后，加入10μL3-氨基丙基三乙氧基硅烷，持续反应12h。最后，在反应液中加入20mL异丙醇，停止反应，离心、洗涤、干燥得到氨基修饰的FeS2(黄色)@SiO2；
b)在2mL FeS2(黄色)@SiO2-NH2(13mg)分散液中加入5mL蓝色FeS2量子点，加入缓冲液PB(0.5mL pH＝7.0)，在黑暗条件下搅拌8h。反应结束后，离心，用去离子水洗涤三次，去除多余的蓝色FeS2量子点，得到FeS2(黄色)@SiO2@FeS2(蓝色)比率探针。最后，将FeS2(黄色)@SiO2@FeS2(蓝色)纳米粒子分散在去离子水中，并储存在4℃冰箱中。
c)采用沉淀聚合法制备了乌头碱分子印迹比率型探针：在25mL锥形瓶中，加入1mmol FeS2(黄色)@SiO2@FeS2(蓝色)比率探针、0.05mmol乌头碱(ACO)、0.2mmol甲基丙烯酸(MAA)和0.2mmol丙烯酰胺(AM)，以10mL氯仿为致孔剂，超声20min。在室温下搅拌3h，使ACO、MAA和AM完全溶解，加入10mg引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)和交联剂二甲基丙烯酸乙二醇酯(EDGMA)2mmol。超声混合后，用氮气进行脱氧5分钟。然后在60℃水浴恒温器中反应24h，过滤产物，在室温下蒸发溶剂；
d)反应完后将产物置于索氏提取器中，用7:3(v/v)甲醇乙酸混合溶液洗涤，洗脱模板剂ACO，直到在洗脱液中没有发现ACO。最后，用甲醇将聚合物洗涤至中性，真空干燥得到乌头碱分子印迹比率型荧光传感器(ACO-MIPs)。
非分子印迹比率型荧光传感器(NIPS)的合成，除了不加模板分子ACO外，其他步骤与实施例8ACO-MIPs的制备是完全相同。
试验例1
将得到的乌头碱分子印迹比率型荧光传感器(ACO-MIPs)用于乌头碱荧光检测：
在2.0mL离心管中，加入200微升不同浓度乌头碱标准溶液和100微升pH＝6.2PB溶液(100mM)，室温下避光孵育30分钟；
然后在上述混合物溶液中加入200微升制得的ACO-MIPs(5.0mg/mL)和1500微升去离子水，室温孵育8分钟，在360nm的激发波长下，得到370-700nm范围内的荧光光谱图。同样条件下，将ACO-MIPs替换为ACO-NIPs，得到370-700nm范围内的荧光光谱图图3；
图3所示为构建的分子印迹比率型荧光传感器及非分子印迹比率型荧光传感器对乌头碱检测的荧光光谱图和线性图。线性范围:0.05-5μmol，线性方程：y＝2.5544-0.2523x(R＝0.9992)，检测限为0.0237μmol；
图3和图4表明了本发明所构建的乌头碱分子印迹比率型荧光传感器对乌头碱的敏感程度高。
试验例2
考察分子印迹比率型荧光传感器的抗干扰能力，选取了生理上常见的离子(K+、Na+、Mg2+、Ca2+、F-、SO4 2-)和共存干扰物质多巴胺(DA)、尿酸(UA)、抗坏血酸(AA)、甘氨酸(Gly)、赖氨酸(Lys)、谷氨酸(Glu)、葡萄糖(Glucose)和乳糖(Lactose)，离子浓度是乌头碱浓度(5.0μmol/L)的100倍，共存干扰物质浓度是乌头碱浓度(5.0μmol/L)的50倍，分别进行荧光光谱测定，结果如图5所示。从图5可以看到，只有乌头碱能引起I443/I590值的显著下降和明显的荧光颜色变化，而在常见离子和共存干扰物质的存在下，I443/I590值和荧光颜色没有明显变化，表明常见离子和共存干扰物质对该分子印迹比率型荧光传感器检测乌头碱几乎无影响，说明该分子印迹比率型荧光传感器对乌头碱的检测具有较强的抗干扰能力。
试验例3
考察分子印迹比率型荧光传感器检测的选择性，选取了五种与乌头碱结构相关的类似物新乌头碱(Mesaconitine)、次乌头碱(Hypaconitine)、3-乙酰乌头碱(3-Acetylaconitine)、高乌甲素(Lappaconitine)和乌头原碱(Aconine)，图6为各物质的结构图，在相同浓度范围(0-5.0μmol/L)内，分别进行荧光光谱测定，测定结果如图7和图8所示，从图中可知该分子印迹比率型荧光传感器对乌头碱的识别能力很好，选择性很高。
试验例4
实际检测附子理中丸中乌头碱的含量，取3个批号的附子理中丸，每批各3份，每份约3.0g，精密称定，置锥形瓶中，加浓氨水15mL，润湿0.5h，然后转移至分液漏斗中，用乙醚萃取3次，25mL/次，合并乙醚层，置40℃水浴蒸干，用0.05％盐酸甲醇溶解并定容至2mL，按试验例1进行测定，测定结果如表1所示：
表1附子理中丸中乌头碱的含量
Figure BDA0002351451490000121
由上表可知，本发明制得的乌头碱分子印迹比率型荧光传感器能够在实际应用中准确高效地检测乌头碱。

Claims (4)

1.一种多色荧光FeS2量子点应用于制备分子印迹比率型荧光传感器，其特征在于，所述多色荧光FeS2量子点的制备如下：
1）将铁源溶于二甲基亚砜溶液中，硫源溶于去离子水中，再将两种溶液混合并搅拌均匀，加入稳定剂，将得到的溶液进行水热反应，140℃~210℃下反应6~12小时，得到含有FeS2量子点的溶液；
所述的铁源和硫源的摩尔比为（1:3）~（3:1）；
2）将含有FeS2量子点的溶液进行离心、收集沉淀物，将沉淀物经冷冻干燥，得到粉末状产品，即为FeS2量子点；
所述分子印迹比率型荧光传感器为乌头碱分子印迹比率型荧光传感器；
所述乌头碱分子印迹比率型荧光传感器的制备方法包括如下步骤：
a）将FeS2量子点与氢氧化钠、氨水混合孵育，再加入曲拉通X-100、环己烷和正己醇，搅拌均匀后加入聚合电解质和硅酸四乙酯，然后加入氨水，搅拌均匀后再加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷进行反应，反应完后进行离心、洗涤、干燥得到氨基修饰的FeS2@SiO2；
b）将氨基修饰的FeS2@SiO2与FeS2量子点混合，加入缓冲液，在黑暗条件下持续搅拌反应，最终洗涤得到FeS2@SiO2@FeS2比率探针；
步骤a）与步骤b）所述的FeS2量子点分别为紫外光激发下发出不同光的两种量子点；
c）将FeS2@SiO2@FeS2比率探针与模板剂和功能单体在氯仿中混合，加入交联剂和引发剂进行超声混合，通氮气，然后进行水浴恒温反应；
所述的模板剂包括生物碱，所述生物碱包括乌头碱；
d）反应完后用甲醇乙酸混合溶液进行索氏提取，将提取的产物洗涤至中性，冷冻干燥，即得分子印迹比率型荧光传感器。
2.由权利要求1所述的FeS2量子点应用于制备分子印迹比率型荧光传感器，所述铁源包括四水合氯化亚铁和六水合三氯化铁；
所述的硫源包括硫代硫酸钠、硫代乙酰胺和L-半胱氨酸；
所述的稳定剂包括巯基乙酸和巯基丙酸。
3.由权利要求1所述的FeS2量子点应用于制备分子印迹比率型荧光传感器，其特征在于，步骤a）所述的聚合电解质包括聚二烯丙基二甲基铵盐酸盐。
4.由权利要求1所述的FeS2量子点应用于制备分子印迹比率型荧光传感器，其特征在于，步骤d）所述的甲醇乙酸混合溶液中的甲醇和乙酸的体积比为7:3。
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