CN113252623A - 基于二维mof荧光共振能量转移均相检测铅离子方法 - Google Patents

基于二维mof荧光共振能量转移均相检测铅离子方法 Download PDF

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Abstract

本公开提供的基于二维MOF荧光共振能量转移均相检测铅离子的方法，包括如下步骤：S1、制备Cu‑TCPP粉末；S2、制备单链富G碱基DNA溶液；S3、将步骤S1中制备的Cu‑TCPP粉末溶解于质量分数为0.2‑0.7％的乙醇溶液中，得到Cu‑TCPP溶液；S4、先取步骤S2中制备的单链富G碱基DNA溶液和步骤S3中制备的Cu‑TCPP溶液，并混合反应预设时间后，检测溶液的第一荧光强度值；然后加入已知浓度的铅离子溶液，并用Tris‑醋酸缓冲液稀释后，检测稀释后的溶液的第二荧光强度值；最后根据所述第一荧光强度值与第二荧光强度值计算溶液中的铅离子浓度。本公开实施例中的基于二维MOF荧光共振能量转移均相检测铅离子的方法具有快速、简单、选择性好、灵敏度高等优点。

Description

基于二维MOF荧光共振能量转移均相检测铅离子方法
技术领域
本公开涉及铅离子检测的技术领域，具体涉及一种基于二维MOF荧光共振能量转移均相检测铅离子的方法。
背景技术
重金属对环境的污染引起人们极大的关注，因为它严重影响人类健康。特别是Pb2+，对人类健康和环境造成严重的威胁。铅具有不可降解性，并且能在环境中长期存在。铅作用于人体后能产生神经毒素，会造成心脏、肾脏慢性炎症，抑制大脑发育，降低运动功能和神经传导速度。美国环境保护署规定饮用水含铅量不得超过15μg/L(72nM)。因此，建立准确有效的铅检测方法具有重要的应用价值和实际意义。
目前铅离子检测方法主要有：电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)、原子荧光强度法(AFS)、原子吸收光谱法(AAS)和反相高效液相色谱法等。尽管这些方法灵敏、准确，但是或多或少存在一些缺点，例如，费时、仪器昂贵或需要高级设备等等。因此，亟需建立一种简便、经济、高灵敏和高选择性的铅检测方法。现在已发展了大量检测铅的传感器。其中比色法能够做到简单、快速检测生理和环境中的金属离子。Lu研究小组报道了一系列基于功能化DNAzyme比色法检测Pb2+，其检测限在3nM～1μM之间。Dong研究小组报道了基于DNAzyme比色法检测Pb2+，其检测限为32nM。
自从Novoselov等人在2004年从石墨中剥离石墨烯以来，二维(2D)纳米材料，如二维超薄层状纳米材料，已经得到了广泛的研究。最近，金属有机框架(MOFs)，特别是2D-MOFs纳米片也引起了人们的关注。这些2D-MOFs纳米片结合了MOFs和2D纳米结构的优点，显示出独特的特性，适用于催化、传感器、超级电容器和仿生酶。迄今为止，由于它们的超级电容器性能和仿生酶行为，它们已被用于电极和催化材料。近年来，2D-MOFs纳米片在生物传感器和医学成像方面得到了广泛的应用。
发明内容
本公开的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于二维MOF荧光共振能量转移均相检测铅离子的方法。
根据本公开实施例的第一方面，提供一种基于二维MOF荧光共振能量转移均相检测铅离子的方法，包括如下步骤：
S1、制备Cu-TCPP粉末；
S2、制备单链富G碱基DNA溶液；
S3、将步骤S1中制备的Cu-TCPP粉末溶解于质量分数为0.2-0.7％的乙醇溶液中，得到Cu-TCPP溶液；
S4、先取步骤S2中制备的单链富G碱基DNA溶液和步骤S3中制备的Cu-TCPP溶液，并混合反应预设时间后，检测溶液的第一荧光强度值；然后加入已知浓度的铅离子溶液，并用Tris-醋酸缓冲液稀释后，检测稀释后的溶液的第二荧光强度值；最后根据所述第一荧光强度值与第二荧光强度值计算溶液中的铅离子浓度。
在一个实施例中，在步骤S1中，所述Cu-TCPP粉末的方法包括：
S11、取2-8mg的Cu(NO3)2·3H2O和15-25mg的聚乙烯吡咯烷酮溶解于8-16mL的N,N-二甲基甲酰胺和乙醇的混合溶液中，并向该混合溶液中加入8-16mg的内消旋-四(4-羧基苯基)卟吩，并超声处理5-15min；
S12、将步骤S11处理后的溶液转移至温度为70-90℃的真空设备中反应2-5h后，冷却至室温；
S13、将步骤S12处理后的溶液离心、洗涤，并在温度为50-70℃的真空管设备中烘干2-4h，得到Cu-TCPP粉末。
在一个实施例中，在步骤S13中，将步骤S12处理后的溶液离心之前，先对步骤S12处理后的溶液用乙醇洗涤若干次。
在一个实施例中，在步骤S2中，所述制备单链富G碱基DNA溶液的方法包括：
将单链富G碱基DNA粉末溶解于pH为7.0，浓度为0.05-0.15mol/L的Tris-醋酸缓冲液中，制备浓度为1.5-2.5×10-6mol/L的单链富G碱基DNA溶液。
在一个实施例中，在步骤S3中，
将步骤S1中制备的Cu-TCPP粉末溶解于质量分数为0.2-0.7％的乙醇溶液中，制备浓度为1.5-2.5mg/mL的Cu-TCPP溶液。
在一个实施例中，在步骤S4中，
先取5-15μL步骤S2中制备的浓度为1.5-2.5×10-6mol/L单链富G碱基DNA溶液和10-30μL步骤S3中制备的浓度为1.5-2.5mg/mL的Cu-TCPP溶液，并混合反应2-8min后，用荧光分光光度计检测溶液的第一荧光强度值；然后加入已知浓度的铅离子溶液，并用pH为7.0的浓度为0.05-0.15mol/L的Tris-醋酸缓冲溶液稀释后，用荧光分光光度计检测稀释后的溶液荧光强度。
在一个实施例中，在步骤S11中，
N,N-二甲基甲酰胺与乙醇的体积比为3:1。
在一个实施例中，在步骤S4中，
设置荧光激发光波长为450-510nm，荧光发射光波长为500-600nm时采集稀释后溶液的荧光强度。
在一个实施例中，荧光激发光的扫描范围500-600nm，Ex Slit为6-14nm，Em Slit为6-14nm，光电倍增管负高压为800-1100。
在一个实施例中，荧光激发光和荧光发射光的狭缝宽度均为2-4nm。
本公开的实施包括以下技术效果：
本公开提供的一种基于二维MOF荧光共振能量转移均相检测铅离子的方法，采用Cu-TCPP相比较其他二维材料不仅具有合成简单、比表面积大、优异的光学性质和超级电容以及热导性等优点，而且在荧光共振能量转移时能够降低背景信号，从而能够使得本公开实施例的铅离子检测方法在荧光共振能量检测过程中检出线低。并且，本公开实施例中的基于二维MOF荧光共振能量转移均相检测铅离子的方法具有快速、简单、选择性好、灵敏度高等优点。
附图说明
图1为本公开实施例的检测原理图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
本公开实施例中，如图1所示，基于MOF的等离子共振吸收光学性质和Pb2+能够诱导富G碱基DNA形成G-四链体结构，以及单链富G碱基DNA溶液与Pb2+作用前后荧光强度的改变，可特异性地检测铅离子浓度，从而提供了一种基于MOF荧光共振能量转移检测Pb2+的基于二维MOF荧光共振能量转移均相检测铅离子的方法。
具体地，本公开实施例中以3'端标记羧基荧光素的富G碱基作为核酸探针，DNA序列为(F-GDNA；5'-GGGTGGGTGGGTGGGTTTTTT-FAM-3')，以2D MOF作为荧光猝灭剂，建立了一种基于2D MOF荧光共振能量转移均相检测铅离子的荧光法。2D MOF和FGDNA通过π-π堆积和氢键，单链FGDNA比较柔软，从而发生荧光共振能量转移，导致F-GDNA荧光信号降低。当有铅离子存在时，F-GDNA由单链转变成G-四链体刚性结构，FGDNA从2D MOF表面脱落下来，使得荧光强度恢复，基于此检测铅离子。
需要说明的是，本公开实施例中的Cu-TCPP也可以称作2D MOF。本公开实施例提供的一种基于二维MOF荧光共振能量转移均相检测铅离子的方法，包括如下步骤
S1、制备Cu-TCPP粉末；
S2、制备单链富G碱基DNA溶液；
S3、将步骤S1中制备的Cu-TCPP粉末溶解于质量分数为0.2-0.7％的乙醇溶液中，得到Cu-TCPP溶液；
S4、先取步骤S2中制备的单链富G碱基DNA溶液和步骤S3中制备的Cu-TCPP溶液，并混合反应预设时间后，检测溶液的第一荧光强度值；然后加入已知浓度的铅离子溶液，并用Tris-醋酸缓冲液稀释后，检测稀释后的溶液的第二荧光强度值；最后根据所述第一荧光强度值与第二荧光强度值的变化量检测溶液中的铅离子浓度。
本公开提供的一种基于二维MOF荧光共振能量转移均相检测铅离子的方法，采用Cu-TCPP相比较其他二维材料不仅具有合成简单、比表面积大、优异的光学性质和超级电容以及热导性等优点，而且在荧光共振能量转移时能够降低背景信号，从而能够使得本公开实施例的铅离子检测方法在荧光共振能量检测过程中检出线低。并且，本公开实施例中的基于二维MOF荧光共振能量转移均相检测铅离子的方法具有快速、简单、选择性好、灵敏度高等优点。
在一个实施例中，在步骤S1中，所述Cu-TCPP粉末的方法包括：
S11、取2-8mg的Cu(NO3)2·3H2O和15-25mg的聚乙烯吡咯烷酮溶解于8-16mL的N,N-二甲基甲酰胺和乙醇的混合溶液中，并向该混合溶液中加入8-16mg的内消旋-四(4-羧基苯基)卟吩，并超声处理5-15min；
S12、将步骤S11处理后的溶液转移至温度为70-90℃的真空设备中反应2-5h后，冷却至室温；
S13、将步骤S12处理后的溶液离心、洗涤，并在温度为50-70℃的真空管设备中烘干2-4h，得到Cu-TCPP粉末。
在一个实施例中，在步骤S13中，将步骤S12处理后的溶液离心之前，先对步骤S12处理后的溶液用乙醇洗涤若干次。
在一个实施例中，在步骤S2中，所述制备单链富G碱基DNA溶液的方法包括：
将单链富G碱基DNA粉末溶解于pH为7.0，浓度为0.05-0.15mol/L的Tris-醋酸缓冲液中，制备浓度为1.5-2.5×10-6mol/L的单链富G碱基DNA溶液。
在一个实施例中，在步骤S3中，
将步骤S1中制备的Cu-TCPP粉末溶解于质量分数为0.2-0.7％的乙醇溶液中，制备浓度为1.5-2.5mg/mL的Cu-TCPP溶液。
在一个实施例中，在步骤S4中，
先取5-15μL步骤S2中制备的浓度为1.5-2.5×10-6mol/L单链富G碱基DNA溶液和10-30μL步骤S3中制备的浓度为1.5-2.5mg/mL的Cu-TCPP溶液，并混合反应2-8min后，用荧光分光光度计检测溶液的第一荧光强度值；然后加入已知浓度的铅离子溶液，并用PH为7.0的浓度为0.05-0.15mol/L的Tris-醋酸缓冲溶液稀释后，用荧光分光光度计检测稀释后的溶液荧光强度。
在一个实施例中，在步骤S11中，
N,N-二甲基甲酰胺与乙醇的体积比为3:1。
在一个实施例中，在步骤S4中，
设置荧光激发光波长为450-510nm，荧光发射光波长为500-600nm时采集稀释后溶液的荧光强度。
优选地，设置荧光激发光波长为480nm，荧光发射光波长为500-600nm时采集稀释后溶液的荧光强度。
在一个实施例中，荧光激发光的扫描范围500-600nm，Ex Slit为6-14nm，Em Slit为6-14nm，光电倍增管负高压为800-1100。
在一个实施例中，荧光激发光和荧光发射光的狭缝宽度均为2-4nm。
优选地，荧光激发光和荧光发射光的狭缝宽度均为3nm。
下面将以具体的实施例对本公开的采用电化学检测亚硝酸盐的方法进行具体的说明。
S1、制备Cu-TCPP粉末，其包括：
S11、取5mg的Cu(NO3)2·3H2O和20mg的聚乙烯吡咯烷酮溶解于12mL的N,N-二甲基甲酰胺和乙醇的混合溶液中，并向该混合溶液中加入12mg的内消旋-四(4-羧基苯基)卟吩，并超声处理10min；
S12、将步骤S11处理后的溶液转移至温度为80℃的真空设备中反应3h后，冷却至室温；
S13、将步骤S12处理后的溶液离心、洗涤，并在温度为60℃的真空管设备中烘干3h，得到Cu-TCPP粉末。
S2、制备单链富G碱基DNA溶液，其包括：
将单链富G碱基DNA粉末溶解于pH为7.0，浓度为0.10mol/L的Tris-醋酸缓冲液中，制备浓度为2×10-6mol/L的单链富G碱基DNA溶液。
S3、将步骤S1中制备的Cu-TCPP粉末溶解于质量分数为0.2-0.7％的乙醇溶液中，制备浓度为1.5-2.5mg/mL的Cu-TCPP溶液；
S4、先取10μL步骤S2中制备的浓度为2×10-6mol/L单链富G碱基DNA溶液和20μL步骤S3中制备的浓度为1.5-2.5mg/mL的Cu-TCPP溶液，并混合反应5min后，用荧光分光光度计检测溶液的第一荧光强度值；然后加入已知浓度的铅离子溶液，并用PH为7.0的浓度为0.1mol/L的Tris-醋酸缓冲溶液稀释后，用荧光分光光度计检测稀释后的溶液荧光强度；最后根据所述第一荧光强度值与第二荧光强度值计算溶液中的铅离子浓度。
本公开实施例中提供的基于二维MOF荧光共振能量转移均相检测铅离子的浓度与ICP中铅离子的浓度Pb2+的试验数据如下所示。
Figure BDA0003010982020000071
Figure BDA0003010982020000081
根据上述试验数据可知，本公开实施例提供的基于二维MOF荧光共振能量转移均相检测铅离子的方法符合检测精度要求。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本公开旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种基于二维MOF荧光共振能量转移均相检测铅离子的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、制备Cu-TCPP粉末；
S2、制备单链富G碱基DNA溶液；
S3、将步骤S1中制备的Cu-TCPP粉末溶解于质量分数为0.2-0.7％的乙醇溶液中，得到Cu-TCPP溶液；
S4、先取步骤S2中制备的单链富G碱基DNA溶液和步骤S3中制备的Cu-TCPP溶液，并混合反应预设时间后，检测溶液的第一荧光强度值；然后加入已知浓度的铅离子溶液，并用Tris-醋酸缓冲液稀释后，检测稀释后的溶液的第二荧光强度值；最后根据所述第一荧光强度值与第二荧光强度值计算溶液中的铅离子浓度。
2.根据权利要求1所述的基于二维MOF荧光共振能量转移均相检测铅离子的方法，其特征在于，在步骤S1中，所述Cu-TCPP粉末的方法包括：
S11、取2-8mg的Cu(NO3)2·3H2O和15-25mg的聚乙烯吡咯烷酮溶解于8-16mL的N,N-二甲基甲酰胺和乙醇的混合溶液中，并向该混合溶液中加入8-16mg的内消旋-四(4-羧基苯基)卟吩，并超声处理5-15min；
S12、将步骤S11处理后的溶液转移至温度为70-90℃的真空设备中反应2-5h后，冷却至室温；
S13、将步骤S12处理后的溶液离心、洗涤，并在温度为50-70℃的真空管设备中烘干2-4h，得到Cu-TCPP粉末。
3.根据权利要求2所述的基于二维MOF荧光共振能量转移均相检测铅离子的方法，其特征在于，在步骤S13中，将步骤S12处理后的溶液离心之前，先对步骤S12处理后的溶液用乙醇洗涤若干次。
4.根据权利要求1-3任一项所述的基于二维MOF荧光共振能量转移均相检测铅离子的方法，其特征在于，在步骤S2中，所述制备单链富G碱基DNA溶液的方法包括：
将单链富G碱基DNA粉末溶解于pH为7.0，浓度为0.05-0.15mol/L的Tris-醋酸缓冲液中，制备浓度为1.5-2.5×10-6mol/L的单链富G碱基DNA溶液。
5.根据权利要求4所述的基于二维MOF荧光共振能量转移均相检测铅离子的方法，其特征在于，在步骤S3中，
将步骤S1中制备的Cu-TCPP粉末溶解于质量分数为0.2-0.7％的乙醇溶液中，制备浓度为1.5-2.5mg/mL的Cu-TCPP溶液。
6.根据权利要求5所述的基于二维MOF荧光共振能量转移均相检测铅离子的方法，其特征在于，在步骤S4中，
先取5-15μL步骤S2中制备的浓度为1.5-2.5×10-6mol/L单链富G碱基DNA溶液和10-30μL步骤S3中制备的浓度为1.5-2.5mg/mL的Cu-TCPP溶液，并混合反应2-8min后，用荧光分光光度计检测溶液的第一荧光强度值；然后加入已知浓度的铅离子溶液，并用PH为7.0的浓度为0.05-0.15mol/L的Tris-醋酸缓冲溶液稀释后，用荧光分光光度计检测稀释后的溶液荧光强度。
7.根据权利要求2所述的基于二维MOF荧光共振能量转移均相检测铅离子的方法，其特征在于，在步骤S11中，
N,N-二甲基甲酰胺与乙醇的体积比为3:1。
8.根据权利要求1-3任一项所述的基于二维MOF荧光共振能量转移均相检测铅离子的方法，其特征在于，在步骤S4中，
设置荧光激发光波长为450-510nm，荧光发射光波长为500-600nm时采集稀释后溶液的荧光强度。
9.根据权利要求8所述的基于二维MOF荧光共振能量转移均相检测铅离子的方法，其特征在于，
荧光激发光的扫描范围500-600nm，Ex Slit为6-14nm，Em Slit为6-14nm，光电倍增管负高压为800-1100。
10.根据权利要求9所述的基于二维MOF荧光共振能量转移均相检测铅离子的方法，其特征在于，荧光激发光和荧光发射光的狭缝宽度均为2-4nm。
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