CN111829999A - 钙钛矿荧光微球和多巴胺体系的应用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了钙钛矿荧光微球和多巴胺体系的应用方法。利用多巴胺在不同pH条件下对钙钛矿荧光微球的荧光产生不同程度的猝灭差异，从而表现出钙钛矿荧光微球的荧光强度随pH值而变化，直接用于不同pH的测定。通过钙钛矿荧光微球和多巴胺体系与脲酶催化尿素水解反应体系耦合，从而表现出钙钛矿荧光微球的荧光强度随尿素和脲酶的浓度的变化，用于尿素和脲酶含量的测定。上述测定方法灵敏度高、选择性高且响应速度快。

Description

钙钛矿荧光微球和多巴胺体系的应用方法
技术领域
本发明涉及分析化学技术领域，具体涉及一种钙钛矿荧光微球和多巴胺体系的应用方法。
背景技术
pH检测在化学、生物医学、环境科学和工业应用中起着重要作用。不同的生物器官、组织和细胞环境在人体内通常保持在特定的pH范围内。pH值异常会导致细胞功能障碍，从而导致许多疾病。目前，各种分析方法已用于监测pH值，包括电化学、质谱、表面增强拉曼散射技术和荧光分析，在这些方法中，用于pH测量的荧光传感器因其灵敏度高，响应速度快和灵敏度高而广受欢迎。
尿素是一种重要的含氮有机化合物，在生物体中起重要作用。尿素是蛋白质代谢的最终产物，是主要的排泄产物。通过监测尿液和血液中的尿素含量可以早期识别和诊断肝衰竭和肾病综合征的发生。土壤中的脲酶也很重要，它可以将尿素水解为氨以增加土壤的碱性水平。因此，尿素酶的水平不正确可能会导致环境和经济问题。虽然尿素和脲酶的检测方法很多，但是并没有一种高灵敏度、选择性和快速的检测方法。
近几年，全无机钙钛矿量子点由于其相对较高的量子效率(CsPbBr3≈90％)、发射窄以及覆盖整个可见区域的发射光而备受关注。然而由于钙钛矿材料对水分、光线和温度的稳定性差，大大限制了其在生化检测方面的应用，因此很多研究者致力于拓展稳定的钙钛矿材料在不同领域的应用。
发明内容
本发明提供钙钛矿荧光微球和多巴胺体系的应用方法，利用多巴胺在不同pH条件下对钙钛矿荧光微球的荧光产生不同程度的猝灭差异，从而表现出钙钛矿荧光微球的荧光强度随pH值而变化，直接用于不同pH的测定；通过钙钛矿荧光微球和多巴胺体系与脲酶催化尿素水解反应体系耦合，从而表现出钙钛矿荧光微球的荧光强度随尿素和脲酶的浓度的变化，用于尿素和脲酶含量的测定。具体地，本发明包括以下内容。
本发明的第一方面，提供一种利用钙钛矿荧光微球和多巴胺体系测定pH的方法，具体包括：
将钙钛矿荧光微球、多巴胺和不同pH的BR缓冲溶液混合得到混合物，20-60℃水浴反应0-120min后，以波长为300-450nm的激发光照射，测定519nm处的荧光强度值，由此测定溶液的pH值；
其中，钙钛矿荧光微球为1体积份，多巴胺为2体积份，BR缓冲溶液不少于60体积份。
优选地，BR缓冲溶液为60体积份。
优选地，激发光的波长为300nm。
在某些示例性的实施方案中，所述钙钛矿荧光微球为采用溶胀法将CsPbBr3钙钛矿量子点包覆在聚苯乙烯微球中得到的钙钛矿荧光微球。
在某些示例性的实施方案中，所述多巴胺在混合物中的浓度为0.01-10mM。
优选地，所述多巴胺在混合物中的浓度为0.1-2mM。
该应用方法利用多巴胺在不同pH条件下对钙钛矿荧光微球的荧光产生不同程度的猝灭差异，从而表现出钙钛矿荧光微球的荧光强度随pH值而变化，直接用于不同pH的测定。
本发明的第二方面，提供一种利用钙钛矿荧光微球和多巴胺体系测定尿素浓度的方法，具体包括：
将钙钛矿荧光微球、多巴胺和脲酶加入到含有不同浓度尿素的PB缓冲溶液中得到混合物，20-60℃水浴反应0-120min后，以波长为300-450nm的激发光照射，测定519nm处的荧光强度值，由此测定尿素的浓度。
优选地，激发光的波长为300nm。
在某些示例性的实施方案中，所述钙钛矿荧光微球为采用溶胀法将CsPbBr3钙钛矿量子点包覆在聚苯乙烯微球中得到的钙钛矿荧光微球。
在某些示例性的实施方案中，所述多巴胺在混合物中的浓度为0.1-10mM。
在某些示例性的实施方案中，所述脲酶在混合物中的浓度为0.1-10U/mL。
优选地，所述脲酶浓度为1.25U/mL。
该应用方法利用钙钛矿荧光微球和多巴胺体系与脲酶催化尿素水解反应体系耦合，从而表现出钙钛矿荧光微球的荧光强度随尿素浓度的变化，用于尿素含量的测定。
本发明的第三方面，提供一种利用钙钛矿荧光微球和多巴胺体系测定脲酶浓度的方法，其特征在于，具体包括：
将钙钛矿荧光微球、多巴胺和尿素加入到含有不同浓度脲酶的PB缓冲溶液中得到混合物，20-60℃水浴反应0-120min后，以波长为300-450nm的激发光照射，测定519nm处的荧光强度值，由此测定脲酶的浓度。
优选地，激发光的波长为300nm。
在某些示例性的实施方案中，所述钙钛矿荧光微球为采用溶胀法将CsPbBr3钙钛矿量子点包覆在聚苯乙烯微球中得到的钙钛矿荧光微球。
在某些示例性的实施方案中，所述多巴胺在混合物中的浓度为0.1-10mM，所述尿素在混合物中的浓度为0.1-20mM。
该应用方法利用钙钛矿荧光微球和多巴胺体系与脲酶催化尿素水解反应体系耦合，从而表现出钙钛矿荧光微球的荧光强度随脲酶浓度的变化，用于脲酶含量的测定。
本发明的有益效果为：
(1)本发明基于钙钛矿荧光微球和多巴胺体系的不同响应，提供新的应用方法：利用多巴胺在不同pH条件下对钙钛矿荧光微球的荧光产生不同程度的猝灭差异，从而表现出钙钛矿荧光微球的荧光强度随pH值而变化，直接用于不同pH的测定；通过钙钛矿荧光微球和多巴胺体系与脲酶催化尿素水解反应体系耦合，从而表现出钙钛矿荧光微球的荧光强度随尿素和脲酶的浓度的变化，用于尿素和脲酶含量的测定；上述测定方法灵敏度高、选择性高且响应速度快。
(2)本发明所使用的钙钛矿荧光微球具有较高的荧光量子产率和超稳定性，提高检测的灵敏度和准确性。
(3)本发明的检测方法简单，不涉及任何复杂、贵重的仪器，检测成本低。对样品的处理要求低，抗干扰性能好。
(4)本发明的检测灵敏度高，pH测定的响应区间宽，可以识别处于pH为4-12范围内的不同pH值，尿素最低检测限为1.67μM，脲酶的最低检测限2.1mU/mL。
附图说明
图1为本发明的检测原理示意图。
图2为不同pH条件下钙钛矿荧光微球的荧光谱图。
图3为钙钛矿荧光微球的荧光强度和不同pH的关系图。
图4为pH为3和9条件下的钙钛矿荧光微球的荧光强度随时间的变化。
图5为不同尿素浓度下钙钛矿荧光微球的荧光谱图。
图6为钙钛矿荧光微球的荧光强度和不同尿素浓度的关系图。
图7为钙钛矿荧光微球与不同干扰物作用后的荧光强度变化图。
图8为不同脲酶浓度下钙钛矿荧光微球的荧光谱图。
图9为钙钛矿荧光微球的荧光强度和不同脲酶浓度的关系图。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为具体公开了该范围的上限和下限以及它们之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在本发明中，BR缓冲溶液是由磷酸、硼酸和醋酸混合成，向其中加入不同量的氢氧化钠组成的pH范围很宽的缓冲溶液，pH为1.8-12。PB缓冲溶液为磷酸二氢钠和磷酸氢二钠按一定比例混合成的磷酸缓冲液。在本实施例中，PB缓冲溶液为浓度为0.01M、pH为6.8。
以下举例说明钙钛矿荧光微球的制备方法，具体包括：
取适量PS-PAA(聚苯乙烯-聚丙烯酸)溶液，14000rpm离心15min，将沉淀分散在乙醇中，再次离心除去上清，用900μL异丙醇重新分散沉淀。加入铯铅溴钙钛矿量子点溶液100μL，超声反应30min，反应结束。加入过量的正己烷，以1000rpm离心1分钟，去除上清液。沉淀用水和乙醇洗涤两次，分散在水中，4℃保存，得到钙钛矿荧光微球。
本发明的钙钛矿荧光微球是将高敏的油溶性钙钛矿量子点包埋到聚苯乙烯微球内部，具有较高的荧光量子产率和超稳定性，提高检测的灵敏度和准确性。
图1为本发明的检测原理示意图。图中A为钙钛矿荧光微球制备过程，将CsPbBr3钙钛矿量子点包覆在聚苯乙烯微球中，得到钙钛矿荧光微球；图中B为不同pH对钙钛矿荧光微球的荧光产生不同程度的猝灭差异，在pH较低时，钙钛矿荧光微球的荧光强度较高，在pH较高时，钙钛矿荧光微球的荧光产生淬灭，荧光强度较低。图中C为通过钙钛矿荧光微球和多巴胺体系与脲酶催化尿素水解反应体系耦合，钙钛矿荧光微球的荧光强度随尿素和脲酶浓度的变化过程。
实施例1
pH的测定
将1-10μL的钙钛矿荧光微球与1-20μL的多巴胺以及600μL不同pH的BR缓冲溶液混合得到混合物，20-60℃水浴反应0-120min后，在波长为300nm激发光的照射下，测定519nm处的荧光强度值(I519，即荧光强度值)，用于判断溶液的pH值。
其中，多巴胺在混合物中的浓度为0.01-10mM。
各物质用量和反应条件在上述数值范围内变化，统计结果如图2所示，随着pH的增加，钙钛矿荧光微球的荧光强度逐渐减小。如图3所示，其中，R2表示拟合程度，Y为荧光强度，X为pH值，从图中可以看出，当pH处于4-12时，荧光强度值I519与pH呈现出较好的线性关系。因此，利用钙钛矿荧光微球和多巴胺体系能准确测定溶液的pH值。
实施例2
pH的测定
将1-10μL的钙钛矿荧光微球与1-20μL的多巴胺以及600μL、pH分别为3和9的BR缓冲溶液混合得到混合物，20-60℃水浴反应不同时间，在波长为300nm激发光的照射下，519nm处的荧光强度值(I519)。如图4所示，钙钛矿荧光微球的荧光强度在30min后趋于稳定，灵敏度高、响应速度快，保证了测定结果的稳定性和准确性。
实施例3
尿素浓度的测定
将10-1000μL的钙钛矿荧光微球、1-500μL的多巴胺和0.1-50μL的脲酶加入到含有不同浓度尿素的PB缓冲溶液(0.01M、pH 6.8)中得到混合物，20-60℃水浴反应0-120min后，在波长为300nm激发光的照射下，测定519nm处的荧光强度值(I519)，用于判断所测的尿素浓度。
其中，多巴胺在混合物中的浓度为0.1-10mM，脲酶在混合物中的浓度为0.1-10U/mL。
各物质用量和反应条件在上述数值范围内变化，统计结果如图5所示，随着尿素浓度的增加，钙钛矿荧光微球的荧光强度逐渐减小。如图6所示，其中，R2表示拟合程度，Y为荧光强度，X为尿素浓度，从图中可以看出，在尿素浓度为1.67μM-6.67mM的范围内，荧光强度值I519与尿素浓度表现出很好的线性关系，检测尿素的最低检测限为1.67μM。因此，利用钙钛矿荧光微球和多巴胺体系能准确测定尿素浓度。
实施例4
尿素特异性的测定
将10-1000μL的钙钛矿荧光微球、1-500μL的多巴胺和0.1-50μL的脲酶加入到含有浓度50mM干扰物的PB缓冲溶液(0.01M、pH 6.8)中得到混合物，20-60℃水浴反应0-120min后，在波长为300nm激发光的照射下，测定519nm处的荧光强度值(I519)。
如图7所示，干扰物分别为Na+、K+、Mg2+、ALa(丙氨酸)、PHe(L-苯丙氨酸)、His(L-组氨酸)、Glu(谷氨酸)、Gly(甘氨酸)、Thr(L-苏氨酸)，结果表明本测定方法的抗干扰能力强、灵敏度高。
实施例5
脲酶浓度的测定
将10-1000μL的钙钛矿荧光微球、1-500μL的多巴胺和1-500μL的尿素加入到含有不同浓度脲酶的PB缓冲溶液(0.01M、pH 6.8)中得到混合物，20-60℃水浴反应0-120min后，在波长为300nm激发光的照射下，测定519nm处的荧光强度值(I519)，用于判断所测的脲酶浓度。
其中，多巴胺在混合物中的浓度为0.1-10mM。尿素在混合物中的浓度为0.1-20mM。
各物质用量和反应条件在上述数值范围内变化，统计结果如图8所示，随着脲酶浓度的增加，钙钛矿荧光微球的荧光强度逐渐减小。如图9所示，其中，R2表示拟合程度，Y为荧光强度，X为脲酶浓度，从图中可以看出，在脲酶浓度为0-0.55U/mL的范围内I519与脲酶浓度表现出很好的线性关系，检测脲酶的最低检测限为2.1mU/mL。因此，利用钙钛矿荧光微球和多巴胺体系能准确测定脲酶浓度。
本发明利用多巴胺在不同pH条件下对钙钛矿荧光微球的荧光产生不同程度的猝灭差异，从而表现出材料的荧光强度随pH值而变化，直接用于不同pH的测定；通过钙钛矿荧光微球和多巴胺体系与脲酶催化尿素水解反应体系耦合，从而表现出材料的荧光强度随尿素和脲酶的浓度的变化，用于尿素和脲酶含量的测定；本发明基于钙钛矿荧光微球和多巴胺体系，提供了全新的pH、尿素和脲酶浓度的测定方法，且该灵敏度高、选择性高且响应速度快。
尽管本发明已经参考示例性实施方案进行了描述，但应理解本发明不限于公开的示例性实施方案。在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的示例性实施方案做多种调整或变化。权利要求的范围应基于最宽的解释以涵盖所有修改和等同结构与功能。

Claims (10)

1.一种利用钙钛矿荧光微球和多巴胺体系测定pH的方法，其特征在于，具体包括：
将钙钛矿荧光微球、多巴胺和不同pH的BR缓冲溶液混合得到混合物，20-60℃水浴反应0-120min后，以波长为300-450nm的激发光照射，测定519nm处的荧光强度值，由此测定溶液的pH值；
其中，钙钛矿荧光微球为1体积份，多巴胺为2体积份，BR缓冲溶液不少于60体积份。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钙钛矿荧光微球为采用溶胀法将CsPbBr3钙钛矿量子点包覆在聚苯乙烯微球中得到的钙钛矿荧光微球。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多巴胺在混合物中的浓度为0.01-10mM。
4.一种利用钙钛矿荧光微球和多巴胺体系测定尿素浓度的方法，其特征在于，具体包括：
将钙钛矿荧光微球、多巴胺和脲酶加入到含有不同浓度尿素的PB缓冲溶液中得到混合物，20-60℃水浴反应0-120min后，以波长为300-450nm的激发光照射，测定519nm处的荧光强度值，由此测定尿素的浓度。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述钙钛矿荧光微球为采用溶胀法将CsPbBr3钙钛矿量子点包覆在聚苯乙烯微球中得到的钙钛矿荧光微球。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述多巴胺在混合物中的浓度为0.1-10mM。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述脲酶在混合物中的浓度为0.1-10U/mL。
8.一种利用钙钛矿荧光微球和多巴胺体系测定脲酶浓度的方法，其特征在于，具体包括：
将钙钛矿荧光微球、多巴胺和尿素加入到含有不同浓度脲酶的PB缓冲溶液中得到混合物，20-60℃水浴反应0-120min后，以波长为300-450nm的激发光照射，测定519nm处的荧光强度值，由此测定脲酶的浓度。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述钙钛矿荧光微球为采用溶胀法将CsPbBr3钙钛矿量子点包覆在聚苯乙烯微球中得到的钙钛矿荧光微球。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述多巴胺在混合物中的浓度为0.1-10mM，所述尿素在混合物中的浓度为0.1-20mM。
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