CN113176237B - 一种用于Ag+灵敏检测的比率荧光纳米传感器构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于荧光分析领域，公开了一种用于Ag+灵敏检测的比率荧光纳米传感器构建方法。特点在于通过混合两种稳定的量子点(QDs)制备比率荧光纳米传感器，实现对Ag+的快速、灵敏检测，在0.5μM～4μM的浓度区间内，Ag+浓度与荧光强度比值呈现良好的线性关系，检出限可达0.17μM。采用比率荧光法，有效避免检测背景波动带来的影响，提高检测准确性。采用免封闭的NAC‑CdZnTe QDs作为内标探针，简化了荧光传感器构建过程，采用Lcys‑CdZnTe QDs作为信号荧光探针对Ag+有特异性响应。两种QDs均具有良好的水溶性，传感器构建过程仅需要摇匀，操作简便。本发明中所提出的比率荧光纳米传感器，具有制备工艺简单，检测过程耗时短，试剂用量少，检测成本低廉等特点。
Description
技术领域
本发明属于纳米材料荧光分析领域，特点在于通过混合两种稳定的量子点(QDs)制备比率荧光纳米传感器，实现对Ag+的快速、灵敏检测。
背景技术
银及其化合物被广泛用于电子、成像、光学、电池和制药等领域。此外，银的抗菌作用效果显著，可用于抗菌药剂、日用洗涤剂和化妆品等生活用品中。Ag+在低浓度时，具有良好的抗菌活性，以及很强的抑制和杀菌作用。低浓度的Ag+在饮用水中具有杀菌和抑菌作用。然而，Ag+却被列为重金属离子中污染物毒性最强之一。尽管不是生物蓄积性毒素，但Ag+能够与各种代谢产物的胺基、咪唑和羧基结合使巯基酶失活，并可以置换骨骼中必需的钙、锌等金属离子损害人体健康。此外，过量的Ag+在自然环境中逐渐聚集会抑制良性微生物生长，破坏自然界的菌落平衡，危害水中生物。同时，美国环境保护署规定二级饮用水的Ag+含量不超过0.46μM；澳洲国家健康及医学研究委员会建议将Ag+最高含量限制为100μg/L；中国卫生部规定饮用水中Ag+含量低于0.05mg/L(GB5749—2006生活饮用水卫生标准)，我国污水中Ag+综合排放标准限定为0.5mg/mL(GB 8978-1996)，这些规定都说明了检测 Ag+的重要性。因此，对Ag+含量的快速检测是非常有意义的工作。
鉴于Ag+的危害性和广泛存在性，发展和建立高效快速检测Ag+的方法具有十分非常重要的意义。目前，已经有一系列的检测方法用于测定环境中的Ag+，例如:电热原子吸收光谱法(ETAAS)、电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、伏安法和电位测定法等。尽管这些方法具有很高的精确度和较低的检出限，但它的使用因仪器设备价格昂贵、操作复杂、检测成本高和耗时等原因受到了极大的限制。而荧光检测法具有操作简单、灵敏度高、检测成本低而逐渐受到关注。与传统荧光检测法相比，比率荧光传感法具有内在的校正，能削弱因为检测环境变化带来的影响。量子点(QDs)具有激发光谱宽、荧光强度高、光稳定性好、荧光发射峰窄而对称、无长波拖尾等优点，使量子点有望成为一种理想的荧光探针应用于荧光检测法。此外，量子点(QDs)本身的尺寸决定了其荧光发射波长，量子点表面的官能团决定了其偶联特性。因此量子点十分适用于构建比率荧光纳米传感器。
发明内容
本发明旨在构建一种操作简单、灵敏度高、选择性好等优点为一体的比率荧光纳米传感器。所构建的比率荧光纳米传感器制备工艺简单，检测成本低廉，可以实现准确、快速、灵敏检测Ag+的目的。
本发明以N-乙酰-L-半胱氨酸(NAC)修饰的CdZnTe QDs作为内标荧光探针 (NAC-CdZnTe QDs)，以L-半胱氨酸(Lcys)修饰的CdZnTe QDs作为信号荧光探针 (Lcys-CdZnTeQDs)，按一定的比例，通过简单的混合构建了一种比率荧光纳米传感器。通过Lcys-CdZnTeQDs与NAC-CdZnTe QDs荧光强度比值和Ag+浓度建立线性关系，实现了快速、简单、灵敏检测Ag+的目标。该比率荧光纳米传感器还具有构建方法简单、构建成本低廉等特点。
所采用的方案概括为：一种不需要繁琐封闭步骤却对污水中常见的金属离子无响应或有较低响应性的量子点(NAC-CdZnTe QDs)作为内标荧光探针，另一种仅对污水中的Ag+有特异性响应性的量子点(Lcys-CdZnTe QDs)作为信号荧光探针，按一定的比例，通过简单的混合构建了一种比率型荧光纳米传感器。当有Ag+存在时，Ag+与Lcys-CdZnTe QDs相互作用，使Lcys-CdZnTe QDs的荧光猝灭，Ag+浓度越大，Lcys-CdZnTe QDs的荧光猝灭越彻底；而 Ag+与NAC-CdZnTe QDs没有相互作用，荧光强度保持稳定。通过Lcys-CdZnTe QDs与NAC-CdZnTe QDs荧光强度比值和Ag+浓度建立线性关系，实现了快速、简单、低成本、灵敏检测Ag+的目标。
本发明是通过如下具体技术方案实现的：
一种用于Ag+灵敏检测的比率荧光纳米传感器构建方法，按照下述步骤进行：
步骤1、内标荧光探针N-乙酰-L-半胱氨酸(NAC)修饰的碲化锌镉量子点(NAC-CdZnTe QDs)的制备；
将碲粉(Te)和硼氢化钠(NaBH4)溶解在超纯水，通氮气；然后，一边通氮气，一边在80℃油浴锅中，搅拌反应30min，得到紫色的NaHTe溶液；
将氯化镉(CdCl2·2.5H2O)、氯化锌(ZnCl2)、N-乙酰-L-半胱氨酸(C5H9NO3S)溶解于超纯水中，用1M氢氧化钠溶液调节pH＝9～10，得混合液，通氮气；
然后，将上述新鲜制备的NaHTe溶液迅速加入上述混合液中，混合均匀并继续通氮气。最后将混合液转移至聚四氟乙烯不锈钢反应釜中，190℃反应43min；反应结束后冷却至室温，离心水洗涤数次，重新分散于超纯水中，4℃保存备用。
步骤1中，
所述Te、NaBH4和H2O的质量比为1.00:1.48:391.39，
所述CdCl2·2.5H2O、ZnCl2、C5H9NO3S和H2O的质量比为1.00:0.06:1.21:875.27，
所述NaHTe溶液与混合液的质量比为1:20。
步骤2、信号荧光探针L-半胱氨酸(Lcys)修饰的碲化锌镉量子点(Lcys-CdZnTeQDs) 的制备；
将碲粉(Te)和硼氢化钠(NaBH4)溶解在超纯水，通氮气；然后，一边通氮气，一边在80℃油浴锅中，搅拌反应30min，得到紫色的NaHTe溶液；
将氯化镉(CdCl2·2.5H2O)、氯化锌(ZnCl2)、L-半胱氨酸(C3H7NO2S)溶解于超纯水中，用1M氢氧化钠溶液调节pH＝9～10，得混合液，通氮气；
然后，将适量的NaHTe溶液迅速加入上述混合液中，混合均匀并继续通氮气。最后将混合液转移至聚四氟乙烯不锈钢反应釜中，180℃反应17min；反应结束后冷却至室温，离心水洗涤数次，重新分散于超纯水中，4℃保存备用。
步骤2中，
所述Te、NaBH4和H2O的质量比为1.00:1.48:391.39，
所述CdCl2·2.5H2O、ZnCl2、C3H7NO2S和H2O的质量比为1.00:0.06:1.80:875.27，
所述NaHTe溶液与混合液的质量比为1:20。
步骤3、两种荧光探针的比率关系及其比率荧光纳米传感器的构建；
将Lcys-CdZnTe QDs溶液、NAC-CdZnTe QDs溶液、Tris-HCl溶液(pH＝7.4)按照体积比10:1:221混合，摇匀，4℃储藏备用。
其中，所用NAC-CdZnTe QDs的浓度为3.38mg/mL；所用Lcys-CdZnTe QDs的浓度为3.23mg/mL；所用Tris-HCl的浓度为10mM，pH＝7.4。
步骤4、用于Ag+灵敏检测的标准曲线的建立。
取2.32mL步骤3制备的均相荧光探针混合液于5ml离心管中，180μL不同浓度的Ag+标准溶液滴入离心管中，形成待测样品，摇晃反应1min，立即倒入比色皿中，扫描荧光谱图，根据Lcys-CdZnTe QDs与NAC-CdZnTe QDs荧光强度比值和Ag+浓度建立标准曲线。
步骤4中，所述待测样品溶液中Ag+浓度为0.5～4.0μM。
将本发明构建的比率荧光纳米传感器用于Ag+检测的用途。
本发明的有益效果为：
本发明利用免封闭的NAC-CdZnTe QDs作为内标探针，以选择性良好的Lcys-CdZnTe QDs作为信号探针，构建了免封闭比率荧光纳米传感器，实现了对Ag+快速、简单、低成本、灵敏检测，其特色和优点表述如下：
(1)本发明采用荧光检测法，检测耗时短，成本低。
(2)本发明采用比率荧光法，有效避免检测背景波动带来的影响，提高检测准确性。
(3)本发明采用免封闭的NAC-CdZnTe QDs作为内标探针，简化了荧光传感器构建过程。
(4)本发明采用的两种QDs均具有良好的水溶性，比率荧光纳米传感器构建过程仅需要摇晃均匀，操作简便。
(5)本发明所提出的比率荧光纳米传感器实现了对Ag+的灵敏检测，在0.5μM～4μM的浓度区间内，Ag+浓度与荧光强度比值呈现良好的线性关系，检出限可达0.17μM。
(6)与传统检测方法相比，本发明中所提出的比率荧光纳米传感器检测Ag+具有制备工艺简单，检测过程耗时短，试剂用量少，检测成本低廉等特点。
附图说明
图1为此比率荧光纳米传感器在不同Ag+浓度下的荧光图谱；
图2为Lcys-CdZnTe QDs与NAC-CdZnTe QDs的荧光强度比值和Ag+浓度建立的标准曲线图。(I代表荧光强度，Ig代表Lcys-CdZnTe QDs的荧光强度，Ir代表NAC-CdZnTe QDs 的荧光强度)
具体实施方式
实施例1：
(1)内标荧光探针NAC-CdZnTe QDs的制备
将0.0511g碲粉(Te)和0.0757g硼氢化钠(NaBH4)溶解在20mL超纯水中，通氮气10min；然后，一边通氮气，一边在80℃油浴锅，搅拌反应30min，得到紫色的NaHTe溶液。将0.0914g氯化镉(CdCl2·2.5H2O)、0.0055g氯化锌(ZnCl2)、0.1110g N-乙酰-L-半胱氨酸(C5H9NO3S)溶解于80mL超纯水中，用1M氢氧化钠溶液(NaOH)调节至pH＝9，通氮气5min。然后，将新鲜制备的4mL NaHTe溶液迅速加入上述混合液中，混合均匀并继续通氮气5min。最后将混合液转移至聚四氟乙烯不锈钢反应釜中，190℃反应43min；反应结束后冷却至室温，离心水洗涤数次，重新分散于30mL超纯水中，4℃保存备用。
(2)信号荧光探针Lcys-CdZnTe QDs的制备
将0.0511g碲粉(Te)和0.0757g硼氢化钠(NaBH4)溶解在20mL去离子水中，通氮气10min；然后，一边通氮气，一边在80℃油浴锅，搅拌反应30min，得到紫色的NaHTe 溶液。将0.0914g氯化镉(CdCl2·2.5H2O)、0.0055g氯化锌(ZnCl2)、0.1648g L-半胱氨酸 (C3H7NO2S)加入到80mL超纯水中，用1M氢氧化钠溶液(NaOH)调节至pH＝9，通氮气5min。然后，将新鲜制备的4mL NaHTe溶液迅速加入上述混合液中，混合均匀并继续通氮气5min。最后将混合液转移至聚四氟乙烯不锈钢反应釜中，180℃反应17min；反应结束后冷却至室温，离心水洗涤数次，重新分散于30mL超纯水中，4℃保存备用。
(3)两种荧光探针的比率关系及其比率荧光纳米传感器的构建
将2mL Lcys-CdZnTe QDs、200μL NAC-CdZnTe QDs、44.2mL Tris-HCl(pH＝7.4)混合，摇匀，4℃储藏备用。
(4)用于Ag+灵敏检测的标准曲线的建立
分别取2.32mL实施例3中制备的均相荧光探针混合液于11只5mL离心管中，180μL不同浓度的Ag+标准溶液滴入离心管中，形成待测样品，摇晃反应1min，立即倒入比色皿中，扫描荧光谱图，根据Lcys-CdZnTe QDs与NAC-CdZnTe QDs荧光强度比值和Ag+浓度建立标准曲线。待测浓度依次是0.2，0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0，4.0，6.0，8.0，10.0μM。
图1为在不同Ag+浓度下的比率荧光纳米传感器荧光谱图(从a-k依次为：0.2，0.5，1.0， 1.5，2.0，2.5，3.0，4.0，6.0，8.0，10.0μM)，从图中可以看出，随着浓度的增大Lcys-CdZnTe QDs的荧光强度逐渐减小，NAC-CdZnTe QDs的荧光强度基本保持不变，在Ag+浓度达到8μM 时才有微弱的降低，表明Ag+可与Lcys-CdZnTe QDs相互作用，使荧光强度降低，而未封闭的NAC-CdZnTe QDs的稳定性较好；
图2为Ag+浓度和荧光强度比值的标准曲线图，在0.5μM～4μM的浓度区间内，Ag+浓度与荧光强度比值呈现良好的线性关系(I代表荧光强度，Ig代表Lcys-CdZnTe QDs的荧光强度，Ir代表NAC-CdZnTe QDs的荧光强度)。
Claims (8)
1.一种用于Ag+灵敏检测的比率荧光纳米传感器构建方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、内标荧光探针N-乙酰-L-半胱氨酸(NAC)修饰的碲化锌镉量子点NAC-CdZnTeQDs的制备；
将碲粉Te和硼氢化钠NaBH4溶解在超纯水，通氮气；然后，一边通氮气，一边在油浴锅中搅拌反应，得到紫色的NaHTe溶液；
将氯化镉CdCl2·2.5H2O、氯化锌ZnCl2、N-乙酰-L-半胱氨酸C5H9NO3S溶解于超纯水中，用氢氧化钠溶液调节pH＝9～10，得混合液，通氮气；
然后，将NaHTe溶液迅速加入上述混合液中，混合均匀并继续通氮气，最后将混合液转移至聚四氟乙烯不锈钢反应釜中反应；反应结束后冷却至室温，离心水洗涤数次，重新分散于超纯水中，一定温度下保存备用；
步骤2、信号荧光探针L-半胱氨酸Lcys修饰的碲化锌镉量子点Lcys-CdZnTe QDs的制备；
将碲粉Te和硼氢化钠NaBH4溶解在超纯水，通氮气；然后，一边通氮气，一边在油浴锅中搅拌反应，得到紫色的NaHTe溶液；
将氯化镉CdCl2·2.5H2O、氯化锌ZnCl2、L-半胱氨酸C3H7NO2S溶解于超纯水中，用氢氧化钠溶液调节pH＝9～10，得混合液，通氮气；
然后，将适量的NaHTe溶液迅速加入上述混合液中，混合均匀并继续通氮气，最后将混合液转移至聚四氟乙烯不锈钢反应釜中反应；反应结束后冷却至室温，离心水洗涤数次，重新分散于超纯水中，一定温度下保存备用；
步骤3、两种荧光探针的比率关系及其比率荧光纳米传感器的构建；
将步骤2制备的Lcys-CdZnTe QDs溶液、步骤1制备的NAC-CdZnTe QDs溶液、Tris-HCl溶液按比例混合，摇匀，一定温度下储藏备用；
所述Lcys-CdZnTe QDs溶液、NAC-CdZnTe QDs溶液、Tris-HCl溶液的体积比为10：1：221，其中，
NAC-CdZnTe QDs的浓度为3.38mg/mL；
Lcys-CdZnTe QDs的浓度为3.23mg/mL，
Tris-HCl溶液的pH＝7.4，浓度为10mM；
步骤4、用于Ag+灵敏检测的标准曲线的建立；
取步骤3制备的均相荧光探针混合液于若干离心管中，分别滴入浓度为0.5～4.0μM的Ag+标准溶液滴入离心管中，形成待测样品，摇晃反应一定时间，立即倒入比色皿中，扫描荧光谱图，根据Lcys-CdZnTe QDs与NAC-CdZnTe QDs荧光强度比值和Ag+浓度建立标准曲线。
2.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，步骤1中，
所述Te、NaBH4和H2O的质量比为1.00:1.48:391.39，
所述CdCl2·2.5H2O、ZnCl2、C5H9NO3S和H2O的质量比为1.00:0.06:1.21:875.27，
所述NaHTe溶液与混合液的质量比为1:20。
3.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，步骤1中，油浴温度为80℃，搅拌反应的时间为30min；氢氧化钠溶液的浓度为1M；反应釜中，反应温度为190℃，反应时间为43min；保存备用的温度为4℃。
4.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，步骤2中，
所述Te、NaBH4和H2O的质量比为1.00:1.48:391.39，
所述CdCl2·2.5H2O、ZnCl2、C3H7NO2S和H2O的质量比为1.00:0.06:1.80:875.27，
所述NaHTe溶液与混合液的质量比为1:20。
5.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，步骤2中，油浴温度为80℃，搅拌反应的时间为30min；氢氧化钠溶液的浓度为1M；反应釜中，反应温度为180℃，反应时间为17min；保存备用的温度为4℃。
6.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，步骤3中，储藏温度为4℃。
7.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，步骤4中，均相荧光探针和Ag+标准溶液的体积比为2.32mL：180μL；摇晃反应的时间为1min。
8.将权利要求1～7任一项所述构建方法构建的比率荧光纳米传感器用于Ag+检测的用途。
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| CN109705869A (zh) * | 2019-01-17 | 2019-05-03 | 浙江大学 | 复合量子点比率荧光探针对银离子的灵敏选择性检测方法 |
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| CN112126435A (zh) * | 2020-09-01 | 2020-12-25 | 浙江工业大学上虞研究院有限公司 | 一种同材料双发射比率荧光探针的制备方法及其应用 |
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| "基于CdZnTe量子点的荧光适配体传感体系构建及其霉菌毒素检测应用";芦晓婷;《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士) 工程科技Ⅰ辑》;20200215;全文 * |
| "基于新型功能纳米材料的光学传感器的构建及其在环境和生物检测中的应用";何雨声;《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士) 工程科技Ⅰ辑》;20190215;全文 * |
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