CN111272718A - 一种用于检测毒品的比率荧光探针及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于检测毒品的比率荧光探针及其制备方法，该比率荧光探针为三层包裹结构，内层为铜团簇I、中间层为含有氨基的金属有机框架材料、外层为含有羧基的铜团簇II，铜团簇I与铜团簇II在单一激发光下发射不同颜色荧光；在铜团簇II表面修饰有可与待检测毒品特异性结合的抗体；金属有机框架材料与铜团簇II通过羧基和氨基连接。本发明的比率荧光探针检测灵敏度高、可信度强、信噪比高、检测通量高，且操作简单，可有效实现毒品含量的检测。

Description

一种用于检测毒品的比率荧光探针及其制备方法
技术领域
本发明属于公共卫生安全检测领域，具体涉及一种用于检测毒品的比率荧光探针及其制备方法。
背景技术
毒品是严重威胁人类健康的重大问题，准确的毒品检测对打击毒品犯罪、侦破毒品案件、遏止毒品蔓延具有非常重要的意义。近年来，不断飙升的毒品案件，对毒品检测技术也提出了更高的要求。
目前，常用的毒品检测技术有传统的色谱法、光谱法、免疫法、电化学法等。虽然这些毒品检测手段在一定程度上可以满足了缉毒、禁毒警察以及戒毒机构在工作中的需要，但是这些检测方法需要昂贵的仪器、专业的测试人员、繁琐的操作步骤，这无疑是增加了工作的时间和金钱成本。同时，这些传统的检测方法也面临着检测灵敏度低、准确性差、检测通量低的问题。
荧光检测技术具有简单、方便、快速、经济、便携等优势，已经被广泛应用。其中，金属纳米团簇作为荧光传感物质，具有尺寸小、发光性能可调、合成简单、无毒无害等特点。但是基于金属纳米团簇的荧光检测，一般是以其作为单一的荧光传感器，通过单一的荧光信号的变化来反应检测物质的含量。这种单一的荧光信号变化的检测模式，比较容易受外界干扰，准确性不够高。
具有比率荧光特性的新型比率荧光传感器以一种荧光物质的信号为内标，通过两种或多种荧光物质的信号强度之比来监测目标物的含量，这种方式可以削弱检测探针浓度、温度、溶剂极性、激发强度、环境的pH值等众多难以控制因素的干扰，使得结果更加精准，响应范围更宽，同时也更便于肉眼的可视化观测。在构建基于金属纳米团簇的比率荧光传感器中，早期的方式是将两种不同发光特性的物质混合在一起，但是这种方式会使得作为内标的荧光物质的荧光发射强度容易受到外界因素的干扰，变的不稳定，也会导致检测结果的准确性不够。
因此，构建具有稳定结构的比率荧光探针，用于毒品的检测，具有重要意义。
发明内容
基于上述现有技术所存在的问题，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种用于检测毒品的比率荧光探针及其制备方法，以实现毒品的高灵敏度、高准确性、简便、低成本检测。
本发明为实现发明目的，采用如下技术方案：
本发明首先公开了一种用于检测毒品的比率荧光探针，其特点在于：所述比率荧光探针为三层包裹结构，内层为铜团簇I、中间层为含有氨基的金属有机框架材料、外层为含有羧基的铜团簇II，所述铜团簇I与所述铜团簇II在单一激发光下发射不同颜色荧光；在所述铜团簇II表面修饰有可与待检测毒品特异性结合的抗体；所述金属有机框架材料与所述铜团簇II通过羧基和氨基连接。
进一步地，在激发光下，所述铜团簇I与所述铜团簇II分别发射出中心波长为X nm和Y nm的荧光，将所述比率荧光探针用于待检测毒品的检测时，当无待检测毒品存在时：在激发光下，所述比率荧光探针在X nm和Y nm两处有荧光发射；
当有待检测毒品存在时：探针外层铜团簇II表面修饰的抗体与待检测毒品特异性结合，导致铜团簇II的荧光猝灭；探针内层铜团簇I由于中间层金属有机框架材料的保护，荧光发射特性不因待检测毒品的存在而改变；因此所述比率荧光探针位于X nm处的荧光发射峰强度几乎不变，而位于Y nm处的荧光发射峰强度随待检测毒品含量的增加而降低；以Ynm处与X nm处的荧光发射峰强度之比为纵坐标、以待检测毒品的摩尔浓度为横坐标，绘制标准关系曲线，从而实现待检测毒品的比率荧光检测。
本发明所述比率荧光探针的制备方法为：首先将铜团簇I分散在甲醇中，再加入到制备金属有机框架材料的前驱液中，在所述铜团簇I外包裹金属有机框架材料；
在铜团簇II的表面修饰可与待检测毒品特异性结合的抗体；然后将包裹有金属有机框架材料的铜团簇I加入到铜团簇II的分散液中，混合搅拌，即获得三层包裹结构的比率荧光探针。
进一步地，所述铜团簇I为在365nm激发光下发射出中心波长为450nm的蓝色荧光的铜纳米团簇；所述铜团簇II为在365nm激发光下发射出中心波长为600nm的橙色荧光的铜纳米团簇；所述金属有机框架材料为UIO-66-NH2。其制备方法，包括如下步骤：
步骤1、铜团簇I@UIO-66-NH2的制备
将2～10mg的铜团簇I分散在2mL甲醇中，然后加入10mL含有0.3～3mmol Zr盐的DMF溶液，混合均匀，形成溶液A；
将0.3～3mmol的2-氨基对苯二甲酸、0.5～3mL的冰乙酸在10mL的DMF溶液中混合均匀，形成溶液B；
将溶液A和溶液B混合搅拌均匀，转移至聚四氟乙烯不锈钢高压釜中，在100～150℃反应10～24小时；反应结束后，离心收集产物，并依次用DMF和甲醇洗涤，即获得包裹有UIO-66-NH2的铜团簇I，记为铜团簇I@UIO-66-NH2，分散在5mL超纯水中待用；
步骤2、在铜团簇II表面修饰抗体
将浓度为0.9～3.8mg/L的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐的水溶液和浓度为1.1～4.3mg/L的N-羟基琥珀酰亚胺钠盐的水溶液，按体积比1:1进行混合，再加入可与待检测毒品特异性结合的抗体，在37℃下持续搅拌0.5～2小时，获得备用抗体溶液；在所述备用抗体溶液中抗体浓度范围在50～200μM；
将所述铜团簇II分散在水中，获得浓度为0.95～3.8mg/mL的分散液；
然后在所述抗体溶液中按体积比1:1～5加入铜团簇II的分散液，再在37℃下孵化3-6小时，即完成铜团簇II表面抗体的修饰，获得表面修饰有可与待检测毒品特异性结合的抗体的铜团簇II分散液；
步骤3、铜团簇I@UIO-66-NH2@铜团簇II的合成
将0.5～5mL步骤2获得的修饰有抗体的铜团簇II的分散液与0.01～0.05mmol N-羟基琥珀酰亚胺钠盐、0.02～0.1mmol 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐分散在6mL超纯水中，混合搅拌均匀，再加入0.5～5mL步骤1获得的铜团簇I@UIO-66-NH2的分散液，搅拌0.5～2h，即获得目标产物比率荧光探针，记为铜团簇I@UIO-66-NH2@铜团簇II。
进一步地，所述Zr盐为Zr的硝酸盐、氯化盐、硫酸盐或醋酸盐。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、本发明的比率荧光探针检测灵敏度高、可信度强、信噪比高、检测通量高，且操作简单，可有效实现毒品含量的检测。
2、本发明的比率荧光探针采用三层包裹结构：内外层皆为铜团簇，成本低、来源广；中间层为金属有机框架材料，可调节范围宽。制备时，先将内层的铜团簇I包裹在金属有机框架材料中，由于金属有机框架的限域和保护作用，使得铜团簇I的荧光增强并且更稳定，不易受外界条件干扰，使得整体的比率荧光传感器的检测灵敏度变高、检测范围变宽。
3、本发明的比率荧光探针原料来源丰富、价格低廉，合成方法简单、无毒。
附图说明
图1为铜团簇I的HRTEM图片；
图2为修饰过抗体的铜团簇II的HRTEM图片；
图3为铜团簇I@UIO-66-NH2@铜团簇II探针的HRTEM图片；
图4为铜团簇I@UIO-66-NH2@铜团簇II探针对不同浓度氯胺酮的荧光响应；
图5为铜团簇I-铜团簇II探针对不同浓度氯胺酮的响应；
图6为铜团簇I@UIO-66-NH2@铜团簇II探针、铜团簇I-铜团簇II探针与氯胺酮含量的线性关系的对比，图中方块符号的曲线代表铜团簇I@UIO-66-NH2@铜团簇II探针，圆形符号的曲线代表铜团簇I-铜团簇II探针。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
本实施例的比率荧光探针为三层包裹结构，内层为铜团簇I、中间层为含有氨基的金属有机框架材料、外层为含有羧基的铜团簇II，铜团簇I与铜团簇II在单一激发光下发射不同颜色荧光；在铜团簇II表面修饰有可与待检测毒品特异性结合的抗体；金属有机框架材料与所述铜团簇II通过羧基和氨基连接。
具体的，本实施例中：铜团簇I为在365nm激发光下发射出中心波长为450nm的蓝色荧光的铜纳米团簇；铜团簇II为在365nm激发光下发射出中心波长为600nm的橙色荧光的铜纳米团簇；金属有机框架材料为UIO-66-NH2；待检测的毒品为氯胺酮，可与氯胺酮特异性结合的抗体为氯胺酮单克隆抗体。
具体的，发射橙色荧光的铜纳米团簇的合成：将360mmol硝酸铜和9mol谷胱甘肽在8mL超纯水中混合，用1.5M的氢氧化钠调节pH至4，获得混合液；按照混合液与不良溶剂的体积比为1:60，向混合液中加入乙醇，然后离心，所得沉淀真空干燥后，即获得发射橙色荧光的铜纳米团簇粉末。
具体的，发射蓝色荧光的铜纳米团簇的合成方法为：将0.5g的分子量40000的聚乙烯吡咯烷酮、0.25μmol硝酸铜和2.5μmol抗坏血酸，在10mL超纯水中混合，用1.5M的氢氧化钠调节pH至6；所得混合液在室温下用截留分子量为15000的透析袋透析反应48h；在所得透析液中加入0.05μmol的柠檬酸钠，再用1.5M盐酸调节pH至4，室温下孵化4天，随后用截留分子量为15000的透析袋进行透析反应48h；对所得溶液进行离心，收集沉淀，经真空干燥后，得到发射蓝色荧光的铜纳米团簇粉末，其HRTEM图如图1所示。
本实施例中比率荧光探针的制备方法为：
1、铜团簇I@UIO-66-NH2的制备
将5mg的铜团簇I分散在2mL甲醇中，然后加入10mL含有1mmol ZrCl4的DMF溶液，混合均匀，形成溶液A；
将1mmol的2-氨基对苯二甲酸、1mL的冰乙酸在10mL的DMF溶液中混合均匀，形成溶液B；
将溶液A和溶液B混合搅拌均匀，转移至聚四氟乙烯不锈钢高压釜中，在120℃反应15小时；反应结束后，离心收集产物，并依次用DMF和甲醇洗涤，即获得包裹有UIO-66-NH2的铜团簇I，记为铜团簇I@UIO-66-NH2，分散在5mL超纯水中待用。
2、在铜团簇II表面修饰抗体
将浓度为1.9mg/L的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐的水溶液和浓度为2.15mg/L的N-羟基琥珀酰亚胺钠盐的水溶液，按体积比1:1进行混合，之后加入氯胺酮单克隆抗体，在37℃下持续搅拌1小时，获得备用抗体溶液；在备用抗体溶液中抗体浓度范围在100μM；
将铜团簇II分散在水中，获得浓度为2mg/mL的分散液；
然后在抗体溶液中按体积比1:1加入铜团簇II的分散液，再在37℃下孵化4小时，即完成铜团簇II表面抗体的修饰，获得表面修饰有可与氯胺酮特异性结合的抗体的铜团簇II分散液，其HRTEM图如图2所示。
3、铜团簇I@UIO-66-NH2@铜团簇II的合成
将2mL步骤2获得的修饰有抗体的铜团簇II的分散液与0.02mmol N-羟基琥珀酰亚胺钠盐、0.04mmol 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐分散在6mL超纯水中，混合搅拌均匀，再加入2mL步骤1获得的铜团簇I@UIO-66-NH2的分散液，搅拌1h，即获得目标产物比率荧光探针，记为铜团簇I@UIO-66-NH2@铜团簇II，其HRTEM图如图3所示。
为进行对比，本实施例还制备了无中间保护层的铜团簇I-铜团簇II探针，其是将铜团簇I分散在水中，制备成浓度为2mg/mL的分散液；取2mL铜团簇I分散液，与2mL修饰过抗体的铜团簇II分散液，混合搅拌5min，即得。
对氯胺酮的标准浓度换算公式的建立：在上述的两种检测探针中，分别逐步加入氯胺酮，在365nm激发光下，记录荧光发射光谱，如图4、5所示，对450nm和600nm处的荧光发射峰的强度进行数据记录。以600nm处与450nm处的荧光发射峰强度之比为纵坐标、以氯胺酮的摩尔浓度为横坐标，绘制标准关系曲线，从而实现待检测毒品的比率荧光检测。如图6所示，铜团簇I@UIO-66-NH2@铜团簇II探针检测氯胺酮的标准浓度换算公式为：y＝1.06186-0.0128x,R2＝0.99199。铜团簇I-铜团簇II探针检测氯胺酮的标准浓度换算公式为：y＝1.11007-0.00754x,R2＝0.98598。铜团簇I@UIO-66-NH2@铜团簇II探针的线性关系中的斜率明显大于铜团簇I-铜团簇II探针，这表明在同一浓度的待测物下，铜团簇I@UIO-66-NH2@铜团簇II探针的信号变化更大、信噪比更高、灵敏度更高。此外，铜团簇I@UIO-66-NH2@铜团簇II探针的R2值大于铜团簇I-铜团簇II探针，表明铜团簇I@UIO-66-NH2@铜团簇II探针的准确性更好，可信度更高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于检测毒品的比率荧光探针，其特征在于：所述比率荧光探针为三层包裹结构，内层为铜团簇I、中间层为含有氨基的金属有机框架材料、外层为含有羧基的铜团簇II，所述铜团簇I与所述铜团簇II在单一激发光下发射不同颜色荧光；在所述铜团簇II表面修饰有可与待检测毒品特异性结合的抗体；所述金属有机框架材料与所述铜团簇II通过羧基和氨基连接。
2.根据权利要求1所述的比率荧光探针，其特征在于：在激发光下，所述铜团簇I与所述铜团簇II分别发射出中心波长为X nm和Y nm的荧光，将所述比率荧光探针用于待检测毒品的检测时：
当无待检测毒品存在时：在激发光下，所述比率荧光探针在X nm和Y nm两处有荧光发射；
当有待检测毒品存在时：探针外层铜团簇II表面修饰的抗体与待检测毒品特异性结合，导致铜团簇II的荧光猝灭；探针内层铜团簇I由于中间层金属有机框架材料的保护，荧光发射特性不因待检测毒品的存在而改变；因此所述比率荧光探针位于X nm处的荧光发射峰强度几乎不变，而位于Y nm处的荧光发射峰强度随待检测毒品含量的增加而降低；以Ynm处与X nm处的荧光发射峰强度之比为纵坐标、以待检测毒品的摩尔浓度为横坐标，绘制标准关系曲线，从而实现待检测毒品的比率荧光检测。
3.根据权利要求1或2所述的比率荧光探针，其特征在于：所述铜团簇I为在365nm激发光下发射出中心波长为450nm的蓝色荧光的铜纳米团簇；所述铜团簇II为在365nm激发光下发射出中心波长为600nm的橙色荧光的铜纳米团簇；所述金属有机框架材料为UIO-66-NH2。
4.一种权利要求1～3中任意一项所述比率荧光探针的制备方法，其特征在于：首先将铜团簇I分散在甲醇中，然后加入到制备金属有机框架材料的前驱液中，在所述铜团簇I外包裹金属有机框架材料；
在铜团簇II的表面修饰可与待检测毒品特异性结合的抗体；然后将包裹有金属有机框架材料的铜团簇I加入到铜团簇II的分散液中，混合搅拌，即获得三层包裹结构的比率荧光探针。
5.一种权利要求3所述比率荧光探针的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、铜团簇I@UIO-66-NH2的制备
将2～10mg的铜团簇I分散在2mL甲醇中，然后加入10mL含有0.3～3mmol Zr盐的DMF溶液，混合均匀，形成溶液A；
将0.3～3mmol的2-氨基对苯二甲酸、0.5～3mL的冰乙酸在10mL的DMF溶液中混合均匀，形成溶液B；
将溶液A和溶液B混合搅拌均匀，转移至聚四氟乙烯不锈钢高压釜中，在100～150℃反应10～24小时；反应结束后，离心收集产物，并依次用DMF和甲醇洗涤，即获得包裹有UIO-66-NH2的铜团簇I，记为铜团簇I@UIO-66-NH2，分散在5mL超纯水中待用；
步骤2、在铜团簇II表面修饰抗体
将浓度为0.9～3.8mg/L的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐的水溶液和浓度为1.1～4.3mg/L的N-羟基琥珀酰亚胺钠盐的水溶液，按体积比1:1进行混合，再加入可与待检测毒品特异性结合的抗体，在37℃下持续搅拌0.5～2小时，获得备用抗体溶液；在所述备用抗体溶液中抗体浓度范围在50～200μM；
将所述铜团簇II分散在水中，获得浓度为0.95～3.8mg/mL的分散液；
然后在所述抗体溶液中按体积比1:1～5加入铜团簇II的分散液，再在37℃下孵化3-6小时，即完成铜团簇II表面抗体的修饰，获得表面修饰有可与待检测毒品特异性结合的抗体的铜团簇II分散液；
步骤3、铜团簇I@UIO-66-NH2@铜团簇II的合成
将0.5～5mL步骤2获得的修饰有抗体的铜团簇II的分散液与0.01～0.05mmol N-羟基琥珀酰亚胺钠盐、0.02～0.1mmol 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐分散在6mL超纯水中，混合搅拌均匀，再加入0.5～5mL步骤1获得的铜团簇I@UIO-66-NH2的分散液，搅拌0.5～2h，即获得目标产物比率荧光探针，记为铜团簇I@UIO-66-NH2@铜团簇II。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述Zr盐为Zr的硝酸盐、氯化盐、硫酸盐或醋酸盐。
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