CN114231275A - 一种基于罗丹明b与金包银纳米颗粒的荧光传感器及其对有机磷农药的检测应用 - Google Patents

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Abstract

本发明利用具有核壳结构的金包银纳米颗粒和罗丹明B相结合，研制了一种简单高效的打开型荧光纳米传感器，用于有机磷农残的灵敏检测。罗丹明B作为荧光源发出橙黄色光，金包银纳米颗粒为猝灭剂猝灭橙黄色光荧光。有机磷农药的加入导致金包银纳米颗粒的聚集和橙黄色发射的恢复，从而实现了基于荧光打开型原理检测有机磷农药。该荧光纳米传感器对有机磷农药具有较好的检测效果，荧光模式下的检测限为7.89nM。此外，我们利用便智能手机传感平台，采用RGB分析方法，对实际样品中的有机磷农残进行定量检测。所设计的纳米传感器依靠荧光打开型响应检测信号，呈现出从暗荧光强度到明亮橙黄色荧光的明显变化，有效提高了传感器的可视化效果，并结合智能手机实现了定量检测，扩展了现场原位有机磷农残检测及食品安全方面的应用。

Description

一种基于罗丹明B与金包银纳米颗粒的荧光传感器及其对有 机磷农药的检测应用
技术领域
本发明涉及一种基于罗丹明B与金包银纳米颗粒复合材料的荧光纳米传感器以及对实际水样中、瓜果蔬菜表皮上的有机磷农药残留进行高灵敏度的荧光可视化定量检测方法。
背景技术
有机磷农药(organophosphorus pesticide)是目前我国使用最多的农药，且多数被明确禁止使用在蔬菜、瓜果上。由于该类农药在进入生物体后会与乙酰胆碱酶结合，造成生物体神经传导中的乙酰胆碱无法水解而过度积累，致使神经亢奋，继而出现中毒症状，严重者直接死亡。因此，必须重视农残检测的重要性。荧光检测法具有反应快、简单、灵敏度高，是检测有机磷农残的有力工具。然而，目前大多数用于有机磷农药检测的荧光传感器是基于酶抑制作用，其在检测条件、时间、成本等方面具有一定的短板；一些特殊的实际检测环境对检测结果有干扰作用，造成检测结果呈假阳性或假阴性。而且，大多数定量荧光检测方法需要专业的技术人员和昂贵、复杂且沉重的仪器，难于实行现场检测。因此，迫切需要便携、快速、现场、经济有效的检测技术。
发明内容
本发明目的在于克服上述现有技术的不足，旨在设计一种基于罗丹明B与金包银纳米颗粒复合材料的荧光纳米传感器，用于高灵敏度定量检测有机磷农药残留。本方法具有选择性高，灵敏度高，可视化定量检测等特点。
本发明结合金包银纳米颗粒和罗丹明B染料，设计开发出一种灵敏检测有机磷农药残留的荧光纳米传感器。
本发明荧光纳米传感器，是通过将金包银纳米颗粒溶液和罗丹明B染料溶液均匀混合所得到的。
本发明将荧光纳米传感器进一步与智能手机结合应用于智能传感平台，使检测过程更加便携和经济。
所述纳米传感器由金包银纳米颗粒溶液和罗丹明B染料的复合体系构成。
所述复合体系中的金包银纳米颗粒溶液和罗丹明B溶液的浓度分别为1mg/mL，100μM。
所述纳米传感器的制备方法包括如下步骤：
(1)银纳米颗粒的制备
首先，将4mL的硝酸银水溶液(0.01mol/L)和6mL的柠檬酸三钠水溶液(0.1mol/L)于烧杯中搅拌均匀混合。第二步，加入超纯水使反应液的最终体积达到40mL，磁力搅拌10min后，在持续搅拌的条件下加入4mL新鲜制备的硼氢化钠水溶液(100mmol/L)，紧接着快速注入1mL 30％的过氧化氢溶液。观察反应物颜色在3到4min内由浅黄色变为红色，随后变为绿色，最后变成蓝色，确保反应完全。随后，将水中可分散的银纳米颗粒(Ag NPs)在10000r/min转速下离心分离，用乙醇和超纯水反复洗涤3次。最后，将处理后的银纳米颗粒在4℃冰箱中，用20ml超纯水分散以备进一步使用。
(2)金包银纳米颗粒的制备
将100mg抗坏血酸和66.6mg聚乙烯吡咯烷酮溶于15mL超纯水中，磁力搅拌使其完全溶解。随后依次加入5mL制备好的银纳米颗粒，再加入0.5mL NaOH水溶液(0.2mol/L)调节反应混合物的pH值至11。随后，在持续搅拌的条件下，以10μL/min的速度缓慢加入100μL氯金酸溶液(0.1mol/L)，同时观察反应混合物溶液的颜色由深蓝色变为粉红色，确保金包银纳米颗粒(Ag@Au NPs)完全形成。最后，将水中可分散的Ag@Au NPs在10000r/min转速下离心15min分离，用超纯水反复洗涤3次。最后，将处理后的Ag@Au NPs在4℃冰箱中，用20ml超纯水分散以备进一步使用。
(3)荧光纳米传感器的制备
将4.79mg罗丹明B染料溶解在100mL超纯水中，制备0.1mM的罗丹明B溶液。将200μL罗丹明B溶液与200μL金包银纳米颗粒储备液加入PBS缓冲液(10mM)中，最终混合物溶液pH为7.0。将复合溶液均匀混合，形成传感系统。然后将有机磷农药溶液加入传感器溶液中，搅拌均匀。计算有机磷农药最终浓度为0.001、0.01、0.1、0.4、0.8、1、10、50、100μM，在30℃下孵育20min后，用350nm激发光记录探针溶液在450-750nm范围内的荧光光谱，完成有机磷农药的荧光检测。
所述PBS缓冲液的pH为7.4。
所述350nm激发光对传感器荧光的激发应为探针溶液的最佳激发状态。
所述智能手机传感平台的制备及使用应包括如下步骤：
该智能手机传感平台包括多孔板、暗腔、350nm紫外灯和智能手机(iPhone 12)。
对于智能平台的操作，首先，将荧光纳米传感器溶液加入到多孔板中，然后加入不同浓度的有机磷农药溶液，在黑暗环境下通过智能手机获取荧光，并进一步分解为RGB值，通过安装颜色识别应用(APP)完成定量检测。
所述便携式传感平台的定量检测，是通过颜色分析软件中的G和R的强度的比值得到。
所述便携式传感平台的定量检测，颜色读取位点数量为3个，读取结果取平均值。
本发明的优点和积极效果：
1、本发明利用罗丹明B的荧光作为有机磷农残的荧光检测信号，基于荧光打开策略，显示出了明显的荧光强度变化，实现了可视化检测。
2、本发明荧光探针溶液在荧光光谱仪上对有机磷农残的检测限为7.89nM，低于有机磷农药残留允许限。
3、本发明采用商业购买的罗丹明B，省略了复杂的制备过程。
4、通过引入智能手机传感平台，荧光纳米传感器可实时/现场目视定量检测有机磷农残，使检测过程便携、快速且成本低廉。
附图说明
图1是金包银纳米颗粒的透射电镜图。
图2是加入有机磷农残后金包银纳米颗粒的透射电镜图。
图3(A)是不同浓度有机磷农药对金包银纳米颗粒/罗丹明B混合体系的荧光图谱及颜色变化图。随着有机磷农药浓度的增加(从左到右依次为0.001、0.01、0.1、0.4、0.8、1、10、50、100μM)，溶液橙黄色荧光由暗逐渐变亮。
图3(B)是荧光强度与有机磷农药浓度之间关系图，插图是有机磷农药浓度为0-100μM，荧光强度与有机磷农药浓度之间线性关系图。
图4是智能手机传感平台操作示意图和视觉检测效果图。
具体实施方式：
下述实施例对于本发明内容的进一步说明以作为对本发明技术内容的阐释，但本发明的实质内容并不仅限于下述实施例所述，本领域的普通技术人员可以且应当知晓任何基于本发明实质精神的简单变化或替换均应属于本发明所要求的保护范围。
实施例1
(1)银纳米颗粒的制备
首先，将4mL的硝酸银水溶液(0.01mol/L)和6mL的柠檬酸三钠水溶液(0.1mol/L)于烧杯中搅拌均匀混合。第二步，加入超纯水使反应液的最终体积达到40mL，磁力搅拌10min后，在持续搅拌的条件下加入4mL新鲜制备的硼氢化钠水溶液(100mmol/L)，紧接着快速注入1mL 30％的过氧化氢溶液。观察反应物颜色在3到4min内由浅黄色变为红色，随后变为绿色，最后变成蓝色，确保反应完全。随后，将水中可分散的银纳米颗粒(Ag NPs)在10000r/min转速下离心分离，用乙醇和超纯水反复洗涤3次。最后，将处理后的银纳米颗粒在4℃冰箱中，用20ml超纯水分散以备进一步使用。
(2)金包银纳米颗粒的制备
将100mg抗坏血酸和66.6mg聚乙烯吡咯烷酮溶于15mL超纯水中，磁力搅拌使其完全溶解。随后依次加入5mL制备好的银纳米颗粒，再加入0.5mL NaOH水溶液(0.2mol/L)调节反应混合物的pH值至11。随后，在持续搅拌的条件下，以10μL/min的速度缓慢加入100μL氯金酸溶液(0.1mol/L)，同时观察反应混合物溶液的颜色由深蓝色变为粉红色，确保金包银纳米颗粒(Ag@Au NPs)完全形成。最后，将水中可分散的Ag@Au NPs在10000r/min转速下离心15min分离，用超纯水反复洗涤3次。最后，将处理后的Ag@Au NPs在4℃冰箱中，用20ml超纯水分散以备进一步使用。透射照片见图1。
(3)荧光纳米传感器的制备
将4.79mg罗丹明B染料溶解在100mL超纯水中，制备0.1mM的罗丹明B溶液。将200μL罗丹明B溶液与200μL金包银纳米颗粒储备液加入PBS缓冲液(10mM)中，最终混合物溶液pH为7.0。将复合溶液均匀混合，形成传感系统。然后将有机磷农药溶液加入传感器溶液中，搅拌均匀。计算有机磷农药最终浓度为0.001、0.01、0.1、0.4、0.8、1、10、50、100μM，在30℃下孵育20min后，用350nm激发光记录探针溶液在450-750nm范围内的荧光光谱，完成有机磷农药的荧光检测。荧光光谱及可视化照片见图3。
(4)智能手机传感平台的制备
该智能手机传感平台包括多孔板、暗腔、350nm紫外灯和智能手机(iPhone 12)。
对于智能手机传感平台的操作，首先，将荧光纳米传感器溶液加入到多孔板中，然后加入不同浓度的有机磷农药溶液，在黑暗环境下通过智能手机获取荧光，并进一步分解为RGB值，通过安装颜色识别应用(APP)完成定量检测。操作流程见图4。
(5)实际样品检测
首先，用PBS缓冲液将(10mM,pH＝7.4)400μL探针溶液稀释至2mL，随后将200μL样品溶液加入到探针溶液中进行测量。用数码相机捕捉相应的荧光图像，用荧光光谱仪记录数据。

Claims (9)

1.一种基于罗丹明B与金包银纳米颗粒复合材料的荧光纳米传感器,其特征在于：该纳米传感器由罗丹明B溶液和金包银纳米颗粒溶液的复合体系构成；所述复合体系中的金包银纳米颗粒溶液和罗丹明B溶液的浓度分别为0.8-1.2mg/mL，90-120μM。
2.根据权利要求1所述的纳米传感器，其特征在于所述罗丹明B/金包银纳米颗粒的复合体系的制备包括如下步骤：
(1)银纳米颗粒的制备
首先，将4mL的硝酸银水溶液(0.01mol/L)和6mL的柠檬酸三钠水溶液(0.1mol/L)于烧杯中搅拌均匀混合。第二步，加入超纯水使反应液的最终体积达到40mL，磁力搅拌10min后，在持续搅拌的条件下加入4mL新鲜制备的硼氢化钠水溶液(100mmol/L)，紧接着快速注入1mL 30％的过氧化氢溶液。观察反应物颜色在3到4min内由浅黄色变为红色，随后变为绿色，最后变成蓝色，确保反应完全。随后，将水中可分散的银纳米颗粒(Ag NPs)在10000r/min转速下离心分离，用乙醇和超纯水反复洗涤3次。最后，将处理后的银纳米颗粒在4℃冰箱中，用20ml超纯水分散以备进一步使用。
(2)金包银纳米颗粒的制备
将100mg抗坏血酸和66.6mg聚乙烯吡咯烷酮溶于15mL超纯水中，磁力搅拌使其完全溶解。随后依次加入5mL制备好的银纳米颗粒，再加入0.5mL NaOH水溶液(0.2mol/L)调节反应混合物的pH值至11。随后，在持续搅拌的条件下，以10μL/min的速度缓慢加入100μL氯金酸溶液(0.1mol/L)，同时观察反应混合物溶液的颜色由深蓝色变为粉红色，确保金包银纳米颗粒(Ag@Au NPs)完全形成。最后，将水中可分散的Ag@Au NPs在10000r/min转速下离心15min分离，用超纯水反复洗涤3次。最后，将处理后的Ag@Au NPs在4℃冰箱中，用20ml超纯水分散以备进一步使用。
(3)荧光纳米传感器的制备
将4.79mg罗丹明B染料溶解在100mL超纯水中，制备0.1mM的罗丹明B溶液。将200μL罗丹明B溶液与200μL金包银纳米颗粒储备液加入PBS缓冲液(10mM)中，最终混合物溶液pH为7.0。将复合溶液均匀混合，形成传感系统。然后将有机磷农药溶液加入传感器溶液中，搅拌均匀。计算有机磷农药最终浓度为0.001、0.01、0.1、0.4、0.8、1、10、50、100μM，在30℃下孵育20min后，用350nm激发光记录探针溶液在450-750nm范围内的荧光光谱，完成有机磷农药的荧光检测。
(4)智能手机传感平台的制备
该智能手机传感平台包括多孔板、暗腔、350nm紫外灯和智能手机(iPhone 12)。
对于智能手机传感平台的操作，首先，将荧光纳米传感器溶液加入到多孔板中，然后加入不同浓度的有机磷农药溶液，在黑暗环境下通过智能手机获取荧光，并进一步分解为RGB值，通过安装颜色识别应用(APP)完成定量检测。
3.根据权利要求2所述的纳米传感器，其特征在于：步骤(1)中硼氢化钠水溶液应现配现用。
4.根据权利要求2所述的纳米传感器，其特征在于：步骤(2)中所述柠檬酸三钠为带2个结晶水的Na3C6H5O7·2H2O，氯金酸为带3个结晶水的HAuCl4·3H2O。
5.根据权利要求2所述的纳米传感器，其特征在于：步骤(3)中所述聚乙烯吡咯烷酮的分子量为55000；PBS缓冲液的pH为7.4。
6.根据权利要求2所述的纳米传感器，其特征在于：步骤(3)中的超声波混合时间应不少于5min。
7.根据权利要求2所述的纳米传感器，其特征在于：步骤(3)中的350nm激发光对传感器荧光的激发应为探针溶液的最佳激发状态。
8.根据权利要求2所述的纳米传感器，其特征在于：步骤(4)中的智能手机传感平台的定量检测，是通过颜色分析软件中的G和R的强度的比值得到。
9.根据权利要求2所述的纳米传感器，其特征在于：步骤(4)中的智能手机传感平台的定量检测，颜色读取位点数量为3个，读取结果取平均值。
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CN115815612A (zh) * 2022-10-22 2023-03-21 上海微淳生物科技有限公司 一种环状金银纳米颗粒的制备方法
CN115931786A (zh) * 2022-08-25 2023-04-07 南京农业大学 一种用于检测有机磷农药的双信号传感器及其制备方法和应用

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