CN113777083A - 一种基于碳点和CuInS2/ZnS量子点的比率荧光检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于碳点和CuInS2/ZnS量子点的比率荧光检测方法,所述的基于碳点(CDs)和CuInS2/ZnS量子点(QDs)能用于检测金霉素的荧光探针,其特点为包括如下步骤:以水热法制备了富含氨基的具有蓝色荧光的碳点,并且通过回流法制备了羧基修饰的具有红色荧光的量子点,将碳点和量子点通过共价偶联构建双发射比率荧光探针,用于检测金霉素。有效避免了单发射荧光的信号易受到传感器浓度、噪声等因素的干扰;本发明通过常规荧光和同步荧光两种方式对金霉素进行比较,通过比较两种荧光模式的结果,有效提高了检测的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及一种双发射比率荧光探针的制备及其对金霉素的定量检测,属于化学、食品与环境科学领域。
背景技术
金霉素是一种广谱四环素药物,被广泛用于畜牧业,可用于抑制消化道有危害微生物的生长,提高营养物质的渗透和吸收,增加食欲,促进生长,刺激发育,提高饲料转化率,降低饲料成本。然而无节制的使用造成了很大的危害,由于食物链的积累,金霉素最终在人体内残留,对人类健康构成了威胁。四环素药物能沉积于骨及牙组织内,与新形成的骨、牙中所沉积的钙相结合,导致牙齿出现黄色沉积;另外,还会在肝、胃、肠组织中富集,造成组织损害,还可以造成过敏反应、致畸作用,因此建立一种用于检测金霉素的方法十分重要。
目前,有很多方法用于检测金霉素,比如电化学、高效液相色谱等,但这些方法大都存在一定的弊端,例如仪器昂贵,前处理过程复杂等缺陷;因此急需一种简单快速的检测方法。近几年由于荧光检测具有成本低、简单方便等优点被广泛应用;除此之外相对于常规的荧光,同步荧光还具有简化光谱、提高选择性、减少光散射干扰等特点。因此本发明将利用同步荧光和一般荧光两种荧光模式来检测金霉素。
近年来,许多半导体量子点被广泛用于荧光检测技术,然而,大部分量子点存在水溶性较差、细胞毒性较高等问题,在生物水平方向的应用受到了一定的限制。而碳点(CDs)具有化学惰性、可调谐光学特性、强大的光稳定性、低毒性和简单经济的合成方法等特性,使其在荧光检测方面具有广阔的应用前景。并且随着荧光技术的广泛应用,相对于单发射信号响应的荧光探针,比率荧光探针可以有效消除单发射的荧光探针所存在的信号易受到传感器浓度、噪声等因素的干扰的问题。
发明内容
本发明的目的旨在制备了一种基于碳点和CuInS2/ZnS量子点的比率荧光探针的制备及其应用。本发明中,CuInS2/ZnS量子点的引入使得碳点的蓝色荧光发生猝灭效应,加入金霉素后蓝色荧光逐渐恢复,通过荧光的“关闭-打开”模式对金霉素进行定量检测。本方法具有选择性好、抗干扰能力强、灵敏度高等特点,并且可应用于实际样品的检测。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种基于碳点(CDs)和CuInS2/ZnS量子点 (QDs) 的用于检测金霉素的荧光探针的构建,其特征在于:包括如下步骤:以水热法制备了富含氨基的具有蓝色荧光的碳点,并且通过回流法制备了羧基修饰的具有红色荧光的量子点,将碳点和量子点通过共价偶联构建双发射比率荧光探针,用于检测金霉素。
所述的基于碳点(CDs)和CuInS2/ZnS量子点 (QDs) 的用于检测金霉素的荧光探针的构建,其特征在于:在CDs-CuInS2/ZnS QDs的混合溶液中加入浓度范围为1-50 μM的不同浓度的金霉素溶液,混匀后在360 nm的激发波长下进行荧光检测,结果表明,碳点的发射峰逐渐增强,量子点的荧光发射峰几乎不变,通过碳点和量子点的荧光强度比与金霉素浓度之间的关系,实现金霉素的定量检测。
所述的基于碳点(CDs)和CuInS2/ZnS量子点 (QDs) 的用于检测金霉素的荧光探针的构建,其特征在于:在CDs-CuInS2/ZnS QDs的混合溶液中加入浓度范围为1-50 μM的不同浓度的金霉素溶液,最终混匀后在波长差为90 nm下进行同步荧光检测,结果表明,碳点的荧光强度增强,而量子点的荧光强度不变。通过碳点和量子点的荧光强度比与金霉素浓度之间的关系,实现金霉素的定量检测。
所述的基于碳点(CDs)和CuInS2/ZnS量子点 (QDs) 的用于检测金霉素的荧光探针的构建,其特征在于:在CDs-CuInS2/ZnS QDs的混合溶液中加入浓度范围为1-50 μM的不同浓度的金霉素溶液,混合均匀后分别在激发波长为360 nm或波长差为90 nm下进行常规荧光和同步荧光双模式检测,结果表明,碳点的荧光强度增强,而量子点的荧光强度不变。通过加入金霉素前后碳点和量子点的荧光强度比差值(∆I R = I CDs/I QDs- I 0CDs/I 0QDs)与金霉素浓度之间的关系,实现金霉素的定量检测。
具体地说,本发明的技术方案包括如下步骤:
步骤1:富含氨基的碳点的制备
将0.84 g的柠檬酸、0.02 g的聚氧乙烯二胺和536 μL溶解于20 mL的去离子水中,随后转移到25 mL反应釜中,180 ℃反应5 h,冷却至室温后,用500-1000 Da的透析袋透析72 h,4℃保存。
步骤2:CuInS2/ZnS量子点的制备
将2 mL 0.01 M的铜储备液,0.08 mL 1 M的铟储备液,0.8 mL 0.4 M的柠檬酸钠储备液,0.0125 g L-1谷胱甘肽和40 mL去离子水置于50 mL三颈烧瓶中。随后,在磁力搅拌下将0.124 mL 1 M Na2S储备液加入烧瓶中,调节其pH值为5.5,在100 ℃水浴加热下反应40 min,制备CuInS2核。之后重复4次注入2 mL 0.04 M的ZnS储备液控制ZnS壳的厚度。待溶液冷却至室温后,通过超滤离心纯化得到三元量子CuInS2/ZnS沉淀,将其分散至去离子水中。取10 mL CuInS2/ZnS量子点于烧瓶中,加入0.1 mL的2-甲基-3-丁炔-2-胺(MPA)溶液,调节其pH值为10.8,在100 ℃水浴加热下反应1.5 h,得到羧基修饰的CuInS2/ZnS量子点。
步骤3:比率荧光探针的构建
将步骤1获得的碳点与步骤2获得的CuInS2/ZnS量子点混匀,构建基于碳点和CuInS2/ZnS量子点的比率探针。
步骤4:金霉素的检测
向步骤3获得的混合体系中分别加入浓度为0 - 50μM的金霉素溶液,通过常规荧光和同步荧光两种检测模式进行检测,438 nm处蓝色荧光发射峰逐渐恢复,664nm处的荧光发射峰几乎不变,通过加入金霉素前后碳点和量子点的荧光强度比差值(∆I R = I CDs/I QDs-I 0CDs/I 0QDs,I 0CDs、I 0QDs为加入金霉素前碳点和量子点的荧光强度,I CDs、I QDs为加入金霉素后碳点和量子点的荧光强度)与金霉素浓度之间的工作曲线,实现金霉素的定量检测。
相对于现有的检测技术,本发明的优势在于:
1.本发明实现了比率荧光检测抗生素金霉素,有效避免了单发射荧光的信号易受到传感器浓度、噪声等因素的干扰;
2.本发明通过常规荧光和同步荧光两种方式对金霉素进行比较,通过比较两种荧光模式的结果,有效提高了检测的准确性。
3.本发明所制备的比率荧光探针对金霉素具有良好的选择性和灵敏度,能够有效地避免干扰。
4.本发明所制备的比率荧光探针的检测模式为“关闭-开启”,能够更加快速且较为明显的检测到金霉素。
附图说明
图1为碳点的透射电镜图,右下角插图为碳点的粒径分布图。
图2为荧光发射图,图中:(a)为碳点的荧光发射图,(b)为CuInS2/ZnS量子点的荧光发射图,(c)为比率荧光探针的荧光发射图。
图3a为常规荧光下不同浓度金霉素加入荧光体系中的荧光谱图:图中:插图为比率荧光强度比与金霉素浓度之间关系图。
图3b为同步荧光下不同浓度金霉素加入荧光体系中的荧光谱图:图中:插图为比率荧光强度比与金霉素浓度之间关系图。
图4a为常规荧光下比率荧光探针的选择性效果图。
图4b为同步荧光下比率荧光探针的选择性效果图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进一步说明:
1.一种制备双荧光比率型金霉素定量测定荧光探针的方法,通过共价键连接富含氨基的碳点与羧基修饰的CuInS2/ZnS量子点,将其发展为可实现金霉素定量检测的比率型荧光探针,包括如下步骤:
1)富含氨基的碳点的制备
0.84 g的柠檬酸、0.02g的聚氧乙烯二胺和536μL溶解于20 mL的去离子水中,随后转移到25 mL反应釜中,180 ℃反应5h,冷却至室温后,经0.22 μm微孔滤膜过滤后,用500-1000 Da的透析袋透析72 h后保存在4 ℃冰箱。对得到的碳点进行电镜扫描,见图1。图1是碳点的高分辨透射电镜图,所合成的碳点的平均粒径约为5 nm左右。如图2所示,在360 nm的激发波长下,碳点的最大发射峰位于438 nm(曲线a)。
2) CuInS2/ZnS量子点的制备
将2 mL 0.01 M的铜储备液,0.08 mL 1 M的铟储备液,0.8 mL 0.4 M的柠檬酸钠储备液,0.0125 g L-1谷胱甘肽和40 mL去离子水置于50 mL三颈烧瓶中。随后,在磁力搅拌下将0.124 mL 1 M Na2S储备液加入烧瓶中,调节其pH值为5.5,在100 ℃水浴加热下反应40 min,制备CuInS2核。之后重复4次注入2 mL 0.04 M的ZnS储备液控制ZnS壳的厚度。待溶液冷却至室温后,通过超滤离心纯化得到三元量子CuInS2/ZnS沉淀,将其浓缩4倍并分散至去离子水中。取10 mL CuInS2/ZnS量子点于烧瓶中,加入0.1 mL的2-甲基-3-丁炔-2-胺(MPA)溶液,调节其pH值为10.8,在100 ℃水浴加热下反应1.5 h,得到羧基修饰的量子点。对羧基修饰后的量子点用360 nm激发,发现其发射波长位于664 nm(如图2,曲线b)。
3)比率荧光探针的构建
将步骤1)获得的碳点稀释100倍后,取10 μL于比色皿中稀释至200 μL,记录原始蓝色荧光。随着步骤2)获得的CuInS2/ZnS量子点加入,436 nm处的荧光发射峰逐渐下降,且在664 nm处的荧光随之增强。该比率探针由4.27 μg mL-1的碳点与0.7 mM的CuInS2/ZnS量子点构成。该比率探针的发射图谱如图2(曲线c)所示,在360 nm激发下,在438 nm和664 nm处出现两个发射峰。
4)金霉素的检测
在上述制得的比率探针溶液中加入82.5 μL的PBS缓冲溶液(pH=11.0)。随后加入不同浓度(0、1、2、4、6、8、10、20、30、40、50 μM、60 μM、70 μM)的金霉素溶液,混匀放置一段时间后,开始进行测定。采用常规荧光和同步荧光两种荧光模式,分别在荧光激发波长为360 nm和△λ= 90 nm,激发电压为600 V下对金霉素进行检测。结果见图3a、图3b所示,随着金霉素的浓度增加,碳点的荧光强度增强,而量子点的荧光强度不变,建立加入金霉素前后碳点和量子点的荧光强度比差值(∆I R)与金霉素浓度之间的关系,可实现定量检测金霉素。结果如图3a所示,利用普通荧光模式所的到的线性关系为∆I R = 0.0665 CCTC +0.008,相关系数为0.997,该方法的检测限为0.59 μM,线性范围为0 - 70 μM;而通过同步荧光模式所得到的线性关系为∆I R = 0.0196 CCTC + 0.0007,相关系数为0.998,该方法的LOD为0.40 μM,而该线性范围为0 - 50 μM。通过对同步荧光和荧光两个方法的比较,同步荧光的线性关系和检测限较荧光好。
5)比率荧光探针选择性测试
向比率探针的混合体系中加入浓度为0.5 mM的各种氨基酸、常见的离子和与金霉素结构相似的四环素类药物,结果如图4a、图4b所示。结果显示,对于氨基酸和常见的离子,该比率探针的荧光强度无明显变化。选择其他结构的类四环素作为参照物,在相同条件下考察所构建检测方法对金霉素的选择性,对于四环素,I CDs / I QDs未出现明显变化,而对于土霉素和氯霉素,荧光比值反而降低,甚至在荧光法中未能检测到碳点和量子点的荧光,表明可以从其它类四环素中鉴别出金霉素。
Claims (4)
1.一种基于碳点(CDs)和CuInS2/ZnS量子点 (QDs) 的用于检测金霉素的荧光探针的构建,其特征在于:包括如下步骤:以水热法制备了富含氨基的具有蓝色荧光的碳点,并且通过回流法制备了羧基修饰的具有红色荧光的量子点,将碳点和量子点通过共价偶联构建双发射比率荧光探针,用于检测金霉素。
2.根据权利要求1所述的基于碳点(CDs)和CuInS2/ZnS量子点 (QDs) 的用于检测金霉素的荧光探针的构建,其特征在于:在CDs-CuInS2/ZnS QDs的混合溶液中加入浓度范围为1-50 μM的不同浓度的金霉素溶液,混匀后在360 nm的激发波长下进行荧光检测,结果表明,碳点的发射峰逐渐增强,量子点的荧光发射峰几乎不变,通过碳点和量子点的荧光强度比与金霉素浓度之间的关系,实现金霉素的定量检测。
3.根据权利要求1所述的基于碳点(CDs)和CuInS2/ZnS量子点 (QDs) 的用于检测金霉素的荧光探针的构建,其特征在于:在CDs-CuInS2/ZnS QDs的混合溶液中加入浓度范围为1-50 μM的不同浓度的金霉素溶液,最终混匀后在波长差为90 nm下进行同步荧光检测,结果表明,碳点的荧光强度增强,而量子点的荧光强度不变;通过碳点和量子点的荧光强度比与金霉素浓度之间的关系,实现金霉素的定量检测。
4.根据权利要求2或3所述的基于碳点(CDs)和CuInS2/ZnS量子点 (QDs) 的用于检测金霉素的荧光探针的构建,其特征在于:在CDs-CuInS2/ZnS QDs的混合溶液中加入浓度范围为1-50 μM的不同浓度的金霉素溶液,混合均匀后分别在激发波长为360 nm或波长差为90nm下进行常规荧光和同步荧光双模式检测,结果表明,碳点的荧光强度增强,而量子点的荧光强度不变;通过加入金霉素前后碳点和量子点的荧光强度比差值(∆I R = I CDs/I QDs-I 0CDs/I 0QDs)与金霉素浓度之间的关系,实现金霉素的定量检测。
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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