CN112408483B - 一种苯甲酸功能化修饰的非化学计量氧化钼纳米晶体及其制备方法与应用 - Google Patents

一种苯甲酸功能化修饰的非化学计量氧化钼纳米晶体及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种苯甲酸功能化修饰的非化学计量氧化钼纳米晶体的制备方法，通过在三氧化钼纳米粒子表面引入对巯基苯甲酸，制备功能化修饰的具有近红外光热转换效应的非化学计量氧化钼纳米晶体。本发明的优点在于：(1)本发明制备的功能化修饰的非化学计量氧化钼纳米晶具有优异的光热转换性能，且通过功能化修饰给纳米粒子提供了表面活性基团。(2)本发明制备的非化学计量氧化钼纳米粒子具有优异的光热转换性能和良好的分散性和稳定性，也可用于不同目标物不同模型的光热传感检测和光热治疗(PTT)。

Description

一种苯甲酸功能化修饰的非化学计量氧化钼纳米晶体及其制 备方法与应用
技术领域
本发明涉及一种功能化修饰的具有近红外光热转换性能的非化学计量氧化钼纳米晶的制备方法及其作为光热剂在食源性致病菌检测和消杀方面的应用。
背景技术
氧化钼是一种过渡金属氧化物，也是一种半导体纳米材料，常被应用于光催化和能量储存领域。随着氧空位缺陷水平的变化，钼的价态从Mo4+转变为Mo6+，同时氧化钼水溶液的颜色也由黑色变为蓝色，最终变为黄色。非化学计量氧化钼纳米粒子具有优异的光热性能、低价格、低毒性、温和的合成方法，良好的生物相容性和生物可降解性。非化学计量氧化钼纳米粒子可以通过便捷的氧化还原化学掺杂工艺对载流子浓度进行控制，然后控制材料在700-1000nm附近显示出强大的表面等离子共振特征。氧化钼的氧空位缺陷同时也增加了其纳米粒子表面改性的可能性。
食品安全仍然是当今社会面临的最严重和最复杂的问题之一。已经确定有许多病原体引起了食源性疾病。食源性病原体通常通过受污染的食物和水传播给人类，并可能在人类宿主中引起多种疾病。滥用抗生素导致大量耐药菌的出现，进一步对全球卫生安全造成巨大威胁。适当波长的光被纳米粒子吸收后，通过快速的电子-声子弛豫和随后的声子-声子弛豫将其转化为热量。当入射激光频率与结合了纳米粒子的病原体的局域表面等离子共振(LSPR)吸收最大值重叠时，可以产生高度局部的热量输出作为检测信号，并达到选择性消灭细胞的目的。激光照射纳米粒子产生的高度局部热量(超过50℃)通过破坏细菌的细胞膜以降低酶的活性并释放细胞内的物质对致病细菌造成不可逆转的伤害，从而达到致死的目的。但目前还没有很好地利用此项技术进行对食源性致病菌大肠埃希氏菌O157:H7的定量检测和消杀，也没有用于对食源性致病菌的定量检测和消杀。
发明内容
本发明先由简单的过氧化氢氧化的溶剂热法制备得三氧化钼纳米粒子，然后通过引入表面修饰兼纳米粒子还原剂对巯基苯甲酸，制备功能化(活性羧基基团)修饰的具有近红外光热转换性能的非化学计量氧化钼纳米晶。其合成方法简单，易于操作，且表面改性时无需要进行水相有机相的转换。同时，制备得的非化学计量的混合价态氧化钼在水溶液中具有良好的分散性、稳定性，优异的光热转换性能。能够在808nm激光波长照射下吸收并转换近红外光为热量。在对制备的功能化修饰的氧化钼纳米晶开发应用中，发现该纳米粒子可以作为一种光热信号纳米探针，通过活化其表面修饰的对巯基苯甲酸的羧基基团与食源性致病菌大肠埃希氏菌O157:H7的抗体偶联，构建光热免疫传感器，完成对大肠埃希氏菌O157:H7的定量检测和消杀。
本发明提供的具体技术方案是：
一种苯甲酸功能化修饰的具有高近红外光热转换效率的非化学计量氧化钼纳米晶体的制备方法，通过在三氧化钼纳米粒子表面引入对巯基苯甲酸，制备功能化修饰的具有近红外光热转换效应的非化学计量氧化钼纳米晶体。
优选的，通过在三氧化钼纳米粒子表面引入表面修饰兼纳米粒子，制备功能化修饰的具有近红外光热转换效应的非化学计量氧化钼纳米晶体，过程如下：
(1)将表面修饰兼纳米粒子加入到三氧化钼纳米粒子乙醇分散液中，室温下搅拌5～15min，超声1～4h；
(2)步骤(1)所得的溶液，通过旋转蒸发去除乙醇，复溶于去离子水中；
(3)将步骤(2)中所得的溶液低转速离心，去除沉淀，透析。
优选的，所述三氧化钼纳米粒子乙醇分散液用量为30-80mL。
优选的，所述的表面修饰兼纳米粒子修饰时所使用的还原剂为对巯基苯甲酸，用量为5～20mg。
制备得到的功能化修饰的具有近红外光热效应的非化学计量氧化钼纳米晶体，通过活化制备的氧化钼纳米晶体表面修饰的对巯基苯甲酸的羧基基团与食源性致病菌的抗体偶联，制备光热信号纳米探针，用于对食源性致病菌的定量检测和消杀，尤其对大肠埃希氏菌O157:H7的定量检测和消杀效果更好。
制备得到的功能化修饰的具有近红外光热效应的非化学计量氧化钼纳米晶体，用于不同目标物不同模型的的光热传感检测和光热治疗。
三氧化钼纳米粒子乙醇分散液通过溶剂热的方法，制备三氧化钼纳米粒子乙醇分散液的过程如下：
(1)将硫化钼溶解在乙醇溶液中；
(2)在步骤(1)所制备的溶液中加入氧化剂，室温下搅拌10-20min；
(3)将步骤(2)中制备的混合溶液置于反应釜中反应12-16h。
硫化钼为黑色的二硫化钼粉末，每毫升乙醇二硫化钼添加量为6.0-7.0mmol。
所述的氧化剂为过氧化氢，添加量为每毫升乙醇中添加0.6-0.8mol过氧化氢。
所述的溶剂热反应条件为135-160℃，反应时间为12-16h。
本发明先通过简单的过氧化氢氧化的溶剂热法制备得三氧化钼纳米粒子，然后通过引入表面修饰兼纳米粒子还原剂同时完成具有近红外光热转换性能的非化学计量氧化钼纳米晶的制备及其表面功能化(活性羧基基团)修饰。其合成方法简单，易于操作。能够在808nm激光波长照射下吸收并转换近红外光为热量。
本发明的功能化修饰的具有近红外光热转换性能的非化学计量氧化钼纳米晶体具有快速升温能力和良好的生物兼容性，应用于构建光热免疫传感器，完成对食源性致病菌大肠埃希氏菌O157:H7的定量检测和消杀。
许多无机纳米材料的毒性和生物降解性以及有机纳米材料制备的复杂性限制了它们的应用。本发明所制备的非化学计量的混合价态氧化钼纳米粒子具有优异的光热性能、低价格、低毒性、温和的合成方法，良好的生物相容性和生物可降解性。表面羧基基团的引入，可以完成与特异性抗体的稳定偶联，从而实现对目标物的特异性识别。优异的近红外光热转换性能可以完成对目标物的定量检测和对细胞类目标物的杀灭。扩展了非化学计量的氧化钼纳米粒子在传感检测、光热消杀方面的应用。
本发明的有益效果在于：
本发明通过引入表面修饰兼纳米粒子还原剂，同时完成了具有近红外光热转换性能的非化学计量氧化钼纳米晶的制备及其表面功能化(活性羧基基团)修饰。制备的非化学计量氧化钼纳米晶具有优异的光热转换性能，且表面的活性羧基基团实现了纳米粒子与特异性抗体的稳定偶联，作为光热信号纳米探针构建光热免疫传感器完成了对食源性致病菌大肠埃希氏菌O157:H7的定量检测和消杀。
本发明制备的功能化修饰的具有近红外光热转换性能的非化学计量氧化钼纳米晶具有优异的光热转换性能和良好的分散性和稳定性，也可用于不同目标物不同模型的的光热传感检测和光热治疗(PTT)。
附图说明：
图1：功能化修饰的非化学计量氧化钼纳米晶的紫外可见光(UV-Vis)光谱图；
图2：功能化修饰的非化学计量氧化钼纳米晶的的光热曲线图；
图3：功能化修饰的非化学计量氧化钼纳米晶的的冷却曲线图；
图4：功能化修饰的非化学计量氧化钼纳米晶的TEM图；
图5：功能化修饰的非化学计量氧化钼纳米晶的X射线光电子能谱(XPS)图；
图6：功能化修饰的非化学计量氧化钼纳米晶的傅立叶变换红外光谱(FT-IR)图；
图7：功能化修饰的非化学计量氧化钼纳米晶的ZETA电位图；
图8：光热定量检测大肠埃希氏菌O157:H7模型检测的光学成像结果；
图9：光热定量检测大肠埃希氏菌O157:H7模型检测的标准曲线图；
图10：光热定量检测大肠埃希氏菌O157:H7模型的应用模拟检测结果；
图11：功能化修饰的非化学计量氧化钼纳米晶的不同添加量对大肠埃希氏菌O157:H7的光热消杀结果。
具体实施方式
实施例1
功能化修饰的具有近红外光热转换性能的非化学计量氧化钼纳米晶的制备方法，在30ml乙醇中加入30mg黑色二硫化钼粉末，加入0.74mmol H2O2，快速搅拌15min，将混合物转移至反应釜中，加热到150℃，加热12h，反应后冷却至室温，得到淡黄色溶液。20mg对巯基苯甲酸加入到快速搅拌的80mL上述制备的三氧化钼纳米粒子乙醇溶液中，室温搅拌15min，超声2h得到蓝色溶液的非化学计量价的氧化钼纳米粒子。40℃旋转蒸发去除乙醇，复溶于去离子水中，用0.22μm纤维素酯膜无菌过滤后于4℃保存备用。
实施例2
功能化修饰的具有近红外光热转换性能的非化学计量氧化钼纳米晶的制备方法，在30ml乙醇中加入33mg黑色二硫化钼粉末，加入0.74mmol H2O2，快速搅拌15min，将混合物转移至反应釜中，加热到150℃，加热12h，反应后冷却至室温，得到淡黄色溶液。10mg对巯基苯甲酸加入到快速搅拌的30mL上述制备的三氧化钼纳米粒子乙醇溶液中，室温搅拌5min，超声4h得到绿色溶液的非化学计量价的氧化钼纳米粒子。40℃旋转蒸发去除乙醇，复溶于去离子水中，用0.22μm纤维素酯膜无菌过滤后于4℃保存备用。
实施例3
功能化修饰的具有近红外光热转换性能的非化学计量氧化钼纳米晶的制备方法，在30ml乙醇中加入30mg黑色二硫化钼粉末，加入0.6mmol H2O2，快速搅拌10min，将混合物转移至反应釜中，加热到120℃，加热10h，反应后冷却至室温，得到淡黄色溶液。5mg对巯基苯甲酸加入到快速搅拌的35mL上述制备的三氧化钼纳米粒子乙醇溶液中，室温搅拌10min，超声1h得到绿色溶液的非化学计量价的氧化钼纳米粒子。40℃旋转蒸发去除乙醇，复溶于去离子水中，用0.22μm纤维素酯膜无菌过滤后于4℃保存备用。
实施例4
功能化修饰的具有近红外光热转换性能的非化学计量氧化钼纳米晶对食源性致病菌大肠埃希氏菌O157:H7的定量检测：
取1mL非化学计量氧化钼纳米粒子水溶液，加入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺活化纳米粒子上的羧基基团。离心(5000rpm 5min)取沉淀复溶于pH 7.2Hepes缓冲溶液中，加入抗大肠埃希氏菌O157:H7多克隆抗体,室温下震荡3h，完成特异性抗体偶联。将大肠埃希氏菌O157:H7梯度稀释，150μg预先修饰有抗大肠埃希氏菌O157:H7单克隆抗体的聚苯乙烯磁性微球捕获不同浓度(101-106CFU/mL)目标菌后，磁分离，去掉上清液，用生理盐水洗涤2次，将1mL修饰有大肠埃希氏菌O157:H7抗体的非化学计量氧化钼纳米粒子悬浮液分别加入到上述磁性微球中，将混合物在室温下震荡反应1h，然后进行磁分离洗涤3次，复溶于200μL 0.9％NaCI缓冲液中并转移到96孔板中，在808nm激光波长(1W/cm2)照射下，利用红外热像仪记录纳米材料的温度响应。
实施例5
实际样品中对食源性致病菌大肠埃希氏菌O157:H7的定量检测：
从市场上随机全脂牛乳，取25mL样品置于225mL无菌生理盐水中，均质2min。各取9mL分别加入到无菌的试管中，分别接入不同稀释梯度的菌悬液，配置成为101-106CFU/mL的样品菌悬液，同时做空白实验组。对其按照实施例4建立的检测方法进行检测。在808nm激光波长(1W/cm2)照射下，利用红外热像仪记录纳米材料的温度响应。
实施例6
用0.9％NaCI缓冲液将大肠埃希氏菌O157:H7培养物稀释至106CFU/mL，移取1ml至修饰有抗大肠埃希氏菌O157:H7多克隆抗体的4-MBA-MoO3-x NPs中。室温振荡孵育1h，离心，取沉淀，复溶于200μL 0.9％NaCI缓冲液。将混合溶液转移到96孔板上，用808nm激光波长(0.75W/cm2)照射5分钟，近红外激光照射后将混合溶液稀释1000倍，取出100微升稀释液，于LB琼脂培养基中涂布平板，37℃孵育18-20h，计算细菌活性。
实施例4-实施例6说明本发明制备的非化学计量氧化钼纳米晶具有优异的光热转换性能，且表面的活性羧基基团实现了纳米粒子与特异性抗体的稳定偶联，作为光热信号纳米探针构建光热免疫传感器完成了对食源性致病菌大肠埃希氏菌O157:H7的定量检测和消杀。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种苯甲酸功能化修饰的非化学计量氧化钼纳米晶体的制备方法，其特征在于，先由过氧化氢氧化的溶剂热法制备得三氧化钼纳米粒子，通过在三氧化钼纳米粒子表面引入对巯基苯甲酸，制备功能化修饰的具有近红外光热转换效应的非化学计量氧化钼纳米晶体，过程如下：
(1)将对巯基苯甲酸加入到三氧化钼纳米粒子乙醇分散液中，室温下搅拌5～15min，超声1～4h；所述三氧化钼纳米粒子乙醇分散液用量为30-80mL，所述对巯基苯甲酸用量为5～20mg；
(2)步骤(1)所得的溶液，通过旋转蒸发去除乙醇，复溶于去离子水中；复溶去离子水用量30mL；
(3)将步骤(2)中所得的溶液低转速离心，去除沉淀，透析。
2.根据权利要求1所述的制备方法制备的非化学计量氧化钼纳米晶体，用于对食源性致病菌的定量检测和消杀。
3.根据权利要求1所述的制备方法制备的非化学计量氧化钼纳米晶体，用于食源性致病菌大肠埃希氏菌O157:H7的定量检测和消杀。
4.根据权利要求1所述制备方法制备的非化学计量氧化钼纳米晶体，用于不同目标物不同模型的光热传感检测和光热治疗。
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