CN112300795B - 一种基于硅量子点的分子印迹荧光探针的制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于新型纳米材料制备技术领域，公开了一种基于硅量子点的分子印迹荧光探针的制备方法及其应用。本发明提供了一种基于硅量子点的分子印迹荧光探针的制备方法，通过水热合成法直接得到高荧光蓝色硅量子点，其次通过溶胶凝胶法制备得到Si QDs@SiO2。本发明提供了一种绿色环保、操作简便安全的合成方法，同时减少了昂贵仪器的使用。此外，制备的高荧光硅量子点具有生物相容性好、光学性质稳定、低毒性、低成本等一系列优点。Si QDs@SiO2具有良好的光学性能和稳定性，并且对食品添加剂和药物样品中的抗坏血酸具有高选择性特定识别能力。

Description

一种基于硅量子点的分子印迹荧光探针的制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及一种基于硅量子点的分子印迹荧光探针的制备方法及其应用，属于新型纳米材料制备技术领域。
背景技术
抗坏血酸(Ascorbic Acid)又名维生素C，是人和动物为了维持正常的生理功能而必须从食物中获取的一类有机化合物，在人体的生长、代谢、发育过程中发挥着重要作用。作为最重要的水溶性维生素之一，维生素C也是一种著名的强效抗氧化剂，能够清除自由基，减少氧化应激，对于人体而言能够达到美白、淡斑的功效。但是由于人体不能自身合成维生素C，必须得通过食物、药物等方面进行摄取，就有可能导致维生素C的过量或者缺乏。缺乏它可能会导致多种疾病，如普通感冒、坏血病、精神疾病等；若服用过量，也容易产生骨骼疾病，出现溶血等危重现象。因此定量分析检测抗坏血酸的含量具有非常重要的意义。常用的抗坏血酸的检测方法有高效液相色谱法(HPLC)、滴定法、电化学分析法、分光光度法等。
硅量子点(Si QDS)作为一种新型的半导体荧光纳米材料，已引起了各国研究学者的广泛关注。相比于传统的有机染料分子及半导体量子点，硅量子点由于其独特的优势，包括进一步修饰的相容性、多功能和可调的表面功能、良好的生物相容性等，在生物成像、锂电子电池、太阳能光伏、记忆存储和快速传感等重要领域是理想的荧光探针。到目前为止，硅量子点的制备方法及其发光性能方面的研究已取得较大的进展，主要的制备方法有通过裂解大体积硅材料，研磨、粉碎或刻蚀等的自上而下的方法，以及通过小分子硅前驱体经过溶液还原、水相合成等从下到上的方法得到硅量子点。然而有些方法制备的硅量子点稳定性不高，且存在实验仪器昂贵等问题。因此，寻求发光效率更高、合成更为简便且适用于大规模合成硅量子点的方法仍具有十分重要的意义。
分子印迹技术(molecularly imprinting technology，MIT)是合成对模板分子具有特定识别能力的聚合物技术，因具有特异性识别、高效选择性、制备方法简单等特点，被广泛应用于诸多领域。
目前，硅量子点结合分子印迹技术用于检测抗坏血酸的相关技术未见相关报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的技术缺陷，如：合成硅量子点的方法中预处理复杂，仪器昂贵等。本发明使用硅量子点作为荧光基质，利用硅基印迹的方法，制备硅量子点包硅(Si QDs@SiO2)，提供一种简单安全，低成本，低毒性，量子产率高，水溶性好的蓝色硅量子点的制备方法。
本发明还提供一种具有简单的制备方法、良好的稳定性、高效选择性等特点的硅基印迹物，可以用于对食品添加剂和药物样品中抗坏血酸的特异性识别与检测，实现了对抗坏血酸的定性、定量检测。
具体的，本发明按以下技术方案进行：
(1)制备高荧光蓝色硅量子点(Si QDS)
按比例将二水合柠檬酸三钠和3-氨丙基三甲氧基硅烷(APTMS)溶解在去离子水中，搅拌并通氮气后，转移到不锈钢聚四氟乙烯衬里的反应釜中，放入烘箱进行水热处理，反应结束后，自然冷却至室温，将所得的淡黄色溶液，离心、洗涤，得到高荧光蓝色Si QDs；
其中，上述的柠檬酸三钠、APTMS和去离子水的用量比为1.0g：1.0mL：30mL，反应温度为160℃，反应时间为6～24h，通N2的时间为20min。
(2)制备印迹Si QDs@SiO2
在烧瓶中加入高荧光蓝色Si QDs，溶于去离子水，再加入抗坏血酸，超声分散，磁力搅拌20min，加入TEOS，再充分搅拌20min，将氨水加入混合溶液中，避光条件下进行磁力搅拌反应，反应结束，离心、洗涤、干燥，最终得到Si QDs@SiO2。
步骤(2)中，所述的Si QDs、TEOS、氨水和抗坏血酸的用量比例为100～800μL：80μL：80μL：17.6mg。
步骤(2)中，所述磁力搅拌的转速为800～1500rpm/min。
步骤(2)中，所述避光条件下搅拌反应的时间为12h。
本发明制备的基于硅量子点的分子印迹荧光探针Si QDs@SiO2，分散均匀，荧光效率高。
将本发明的基于硅量子点的分子印迹荧光探针用于检测食品或药品中的抗坏血酸的用途。
与现有技术相比较，本发明的有益效果体现如下：
(1)本发明制备的高荧光硅量子点分散均匀，粒径均一，荧光效果优异。与复杂的制备方法相比，本发明采用的制备方法简便安全、原料成本低，减少了其他资源的利用。同时该方法制备的硅量子点可以用于制备印迹Si QDs@SiO2，在高荧光Si QDs表面包覆一层化学及光学惰性的SiO2保护层，达到增强荧光的目的，并用于特定识别检测食品添加剂和药物样品中抗坏血酸的含量。
(2)由于印迹Si QDs@SiO2与抗坏血酸之间的作用机理是荧光共振能量转移(FRET)，抗坏血酸的加入会导致Si QDs@SiO2的荧光猝灭。通过不同浓度抗坏血酸对SiQDs@SiO2荧光猝灭程度的不同，拟合线性关系，从而实现对抗坏血酸的定量检测。同时探究了该印迹的荧光量子点对抗坏血酸类似物的识别效果，发现抗坏血酸对Si QDs@SiO2的猝灭效果最佳，因此该方法制备的Si QDs@SiO2可以高灵敏度、高选择性地实现对食品和药物样品中抗坏血酸的检测分析。
附图说明
图1为本发明的高荧光蓝色Si QDs的透射电子显微镜图；
图2为本发明的印迹Si QDs@SiO2的激光共聚焦显微镜图；
图3为本发明的Si QDs@SiO2与不同浓度的抗坏血酸作用后的荧光强度曲线图；
图4为本发明的Si QDs@SiO2与不同浓度的抗坏血酸溶液混合后的相对荧光强度线性关系图；
图5为本发明的Si QDs@SiO2对同一浓度条件的抗坏血酸及其类似物的选择性图。
具体实施方式
下面结合具体实施实例对本发明做进一步说明。
本发明中所用的氨水、TEOS、APTMS均为分析纯，购买于上海阿拉丁试剂有限公司。二水合柠檬酸三钠和抗坏血酸购于国药集团化学试剂有限公司。去离子水来自江苏大学实验室。
实施例1：
(1)制备高荧光蓝色硅量子点
将1.0g二水合柠檬酸钠溶解在30mL去离子水中，搅拌溶解，加入1.0mL APTMS室温搅拌30min，通氮气20min；随后将上述溶液迅速转移到不锈钢聚四氟乙烯衬里的反应釜中，将反应釜置于烘箱中，从室温开始升温，160℃下反应6.0h。反应结束，自然冷却至室温，将所得的淡黄色溶液用乙腈离心洗涤，最终得到高荧光蓝色硅量子点。
(2)制备Si QDs@SiO2
在25mL烧瓶中加入800μL Si QDs，溶于9.0mL去离子水，加入17.6mg抗坏血酸，超声分散均匀。室温条件下以800rpm/min，磁力搅拌20min后，滴入80μL TEOS，再充分搅拌20min，将80μL氨水加入上述混合溶液中，避光条件下搅拌反应12h。反应结束后，去离子水离心洗涤三遍，最后在60℃的条件下干燥，留以备用。
图1为本实施例制备的高荧光蓝色Si QDs的透射电镜图，由图1中可以看出，本发明制备方法得到的蓝色荧光硅量子点球形颗粒分散良好，没有团聚现象；粒径分布较为均一。
图2为本实施例制备的印迹Si QDs@SiO2的激光共聚焦显微镜图，由图2中可以看出，本发明制备的硅量子点包硅分散性良好，性能稳定，荧光效率高。
实施例2：
(1)制备高荧光蓝色硅量子点
将1.0g二水合柠檬酸钠溶解在30mL去离子水中，搅拌溶解，加入1.0mL APTMS室温搅拌30min，通氮气2 0min；随后将上述溶液迅速转移到不锈钢聚四氟乙烯衬里的反应釜中，将反应釜置于烘箱中，从室温开始升温，160℃下反应12h。反应结束，自然冷却至室温，将所得的淡黄色溶液用乙腈离心洗涤，最终得到高荧光硅量子点。
(2)制备Si QDs@SiO2
在25mL烧瓶中加入100μL Si QDs，溶于9.0mL去离子水，加入17.6mg抗坏血酸，超声分散均匀。室温条件下以1000rpm/min，磁力搅拌20min后，滴入80μL TEOS，再充分搅拌20min，将80μL氨水加入上述混合溶液中，避光条件下搅拌反应12h。反应结束后，去离子水离心洗涤三遍，最后在60℃的条件下干燥，留以备用。
实施例3：
(1)制备高荧光蓝色硅量子点
将1.0g二水合柠檬酸钠溶解在30mL去离子水中，搅拌溶解，加入1.0mL APTMS室温搅拌30min，通氮气20min；随后将上述溶液迅速转移到不锈钢聚四氟乙烯衬里的反应釜中，将反应釜置于烘箱中，从室温开始升温，160℃下反应24h。反应结束，自然冷却至室温，将所得的淡黄色溶液用乙腈离心洗涤，最终得到高荧光硅量子点。
(2)制备Si QDs@SiO2
在25mL烧瓶中加入800μL Si QDs，溶于9.0mL去离子水，加入17.6mg抗坏血酸，超声分散均匀。室温条件下以1500rpm/min，磁力搅拌20min后，滴入80μL TEOS，再充分搅拌20min，将80μL氨水加入上述混合溶液中，避光条件下搅拌反应12h。反应结束后，去离子水离心洗涤三遍，最后在60℃的条件下干燥，留以备用。
Si QDs@SiO2对抗坏血酸检测：
试验例1：
将抗坏血酸配制成不同浓度的(分别为0mg/L、17.6mg/L、35.2mg/L、52.8mg/L、70.4mg/L、88.0mg/L、105.6mg/L、123.2mg/L、140.8mg/L、158.4mg/L、176.0mg/L)水溶液，分别取10μL Si QDs@SiO2分散液和50μL抗坏血酸溶液加入到10mL比色管中，并用去离子水定容至5.0mL，室温下震荡后静置3.0min。在360nm的激发波长，激发波长和发射波长的狭缝宽度均为10nm，光电倍增管电压为850V，扫描的波长范围为350-650nm的条件下，用荧光分光光度计检测不同浓度的抗坏血酸对Si QDs@SiO2的荧光强度的影响。
图3为本发明的印迹Si QDs@SiO2与不同浓度的抗坏血酸作用后的曲线图，从上至下每条线分别代表浓度为0mg/L、17.6mg/L、35.2mg/L、52.8mg/L、70.4mg/L、88.0mg/L、105.6mg/L、123.2mg/L、140.8mg/L、158.4mg/L、176.0mg/L的抗坏血酸溶液与Si QDs@SiO2作用后的荧光强度。由图中能够直观的看到，随着抗坏血酸溶液浓度的增加，Si QDs@SiO2的荧光强度逐渐降低，说明了印迹Si QDs@SiO2能够定性地检测抗坏血酸。在0-176.0mg/L的浓度范围内，间隔相同的抗坏血酸浓度，Si QDs@SiO2荧光猝灭率几乎一致，从而说明印迹Si QDs@SiO2能够规律性检测抗坏血酸。
图4为本发明的Si QDs@SiO2与不同浓度的抗坏血酸溶液混合后的相对荧光强度线性图；由图3可以看出，以抗坏血酸浓度[c]为横坐标，F0/F为纵坐标绘制荧光响应曲线，得到对应方程：F0/F＝0.00455CAA+0.92525(R2＝0.99458)，线性范围为0-176.0mg/L，结果表明，基于荧光硅量子点的Si QDs@SiO2对抗坏血酸的检测灵敏度高，方法简单，且具有很好的光学检测能力。
试验例2：
将目标物(抗坏血酸，AA)，及其类似物(葡萄糖，Glu；多巴胺，DA；谷胱甘肽，GSH；甘氨酸，Gly)分别配制成10mmol/L的水溶液，超声使其混合均匀。取10μL Si QDs@SiO2分散液加入到10mL比色管中，再加入50μL抗坏血酸或者其类似物，并用去离子水定容至5.0mL，分别将混合溶液在室温下振荡后静置3.0min，用荧光分光光度计分别记录加入抗坏血酸及其类似物前后的混合溶液的荧光强度。
图5为本发明的Si QDs@SiO2对抗坏血酸及其类似物在同一浓度条件下的相对荧光强度图；由图可以看出，加入抗坏血酸前后，Si QDs@SiO2的相对荧光强度值(F0/F)为1.79，而分别加入葡萄糖、多巴胺、谷胱甘肽和甘氨酸前后的相对荧光强度值(F0/F)仅分别为1.14、1.15、1.13、1.16；由检测结果可以看出，抗坏血酸对Si QDs@SiO2的猝灭量最大，明显高于抗坏血酸类似物，说明了基于高荧光蓝色硅量子点的Si QDs@SiO2对抗坏血酸具有明显的特异性识别效果。

Claims (6)

1.一种基于硅量子点的分子印迹荧光探针的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备高荧光蓝色硅量子点Si QDs
按比例将二水合柠檬酸三钠和3-氨丙基三甲氧基硅烷APTMS溶解在去离子水中，搅拌并通氮气后，转移到不锈钢聚四氟乙烯衬里的反应釜中，放入烘箱进行水热处理，反应结束后，自然冷却至室温，将所得的淡黄色溶液，离心、洗涤，得到高荧光蓝色Si QDs；
步骤(1)中，所述的柠檬酸三钠、APTMS和去离子水的用量比为1.0g：1.0mL：30mL；所述烘箱温度为160℃，反应时间为6～24h；
(2)制备印迹Si QDs@SiO2
在烧瓶中加入高荧光蓝色Si QDs，溶于去离子水，再加入抗坏血酸，超声分散，磁力搅拌，加入TEOS，再充分磁力搅拌，将氨水加入混合溶液中，避光条件下进行磁力搅拌反应，反应结束，离心、洗涤、干燥，最终得到SiQDs@SiO2
步骤(2)中，所述的Si QDs、TEOS、氨水和抗坏血酸的用量比例为100～800μL：80μL：80μL：17.6mg。
2.根据权利要求1所述的一种基于硅量子点的分子印迹荧光探针的制备方法，其特征在于，通N2的时间为20min。
3.根据权利要求1所述的一种基于硅量子点的分子印迹荧光探针的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述磁力搅拌的转速为800～1500rpm/min，加入抗坏血酸磁力搅拌的时间为20min，加入TEOS磁力搅拌的时间为20min。
4.根据权利要求1所述的一种基于硅量子点的分子印迹荧光探针的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述避光条件下搅拌反应的时间为12h。
5.如权利要求1-4任意一项所述的方法制备的基于硅量子点的分子印迹荧光探针，其特征在于，所述的Si QDs@SiO2分散均匀，荧光效率高。
6.将权利要求5所述的基于硅量子点的分子印迹荧光探针用于检测食品或药品中的抗坏血酸的用途。
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