CN114460054A - 一种量子点-MXene荧光传感器及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种量子点‑MXene荧光传感器及其制备方法及应用。本发明述制备方法包括如下步骤：(1)制备Glu‑His‑GQDs产品；(2)制备适配体连接物；(3)制备MXene溶液；(4)制备石墨烯量子点‑MXene荧光传感器。本发明所制备的荧光传感器具有易于合成、低成本、高光稳定性和低毒性的特点，对氧化乐果具有高灵敏度，高特异性，在环境监控以及市场的食品安全监控中具有广阔的应用前景。

Description

一种量子点-MXene荧光传感器及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及化学传感器的构建和应用技术领域，尤其涉及一种量子点-MXene荧光传感器及其制备方法和应用。
背景技术
有机磷农药作为杀虫剂、杀真菌剂和除草剂用途广泛，几十年来一直在世界范围内的农业害虫防治中持续使用。在受污染的水资源、水果、蔬菜和加工食品中广泛使用有机磷农药会对鸟类、鱼类和人类等各种非目标生物的健康产生不利影响，由于暴露于有机磷农药而引起的主要急性毒性是抑制乙酰胆碱酯酶的活性，从而导致积累胆碱毒性。有机磷农药的过量使用，对人体健康构成威胁，对生态造成危害，因此开发有效的检测方法非常重要。氧化乐果是一种化学结构最简单的有机磷农药，由于缺乏灵敏的发光团和电化学活性基团，很难用传统的光学分析或电化学方法直接测定氧化乐果。菠菜是一种营养丰富且在我国普遍食用的蔬菜，是维生素K、C、A、E和B6以及必需矿物质包括铁、镁和钾元素的重要来源，菠菜生长过程中叶片容易受到病虫侵害。迄今为止，建立一种选择性好、灵敏度高、方便的检测方法来测定菠菜中低含量氧化乐果仍然是一个挑战。
大多数报道的氧化乐果检测方法是气相色谱法、液相色谱、气相色谱/质谱毛细管电泳法。这些方法往往包含复杂的分离过程如磁选和固相微萃取。其他方法如电化学分析、表面拉曼增强和光学分析方法也有报道用于测定氧化乐果。电化学传感法和表面拉曼增强法具有快速、灵敏度和低成本的特征，但信号的不稳定性限制了其在农残检测中的广泛应用。近年，荧光传感器因高的灵敏度和良好的选择性而备受关注，并广泛应用于生物医学诊断，环境监测、食品安全和质量控制。
发光材料的光学性质是影响荧光法分析的关键因素之一。多种发光材料被合成且应用于荧光检测中，包括有机染料，半导体纳米材料，金属纳米簇、石墨烯量子点和稀土上转换纳米粒子。有机荧光团的发现从根本上改变了生物医学研究的格局，但是光稳定性差使其难以长期成像；半导体量子点由于其高荧光强度和光稳定性而被认为是有前途的替代方案，但是半量子点有毒且难溶。金属纳米簇表现为较低的毒性和令人满意的肾脏清除能力，但是大多数贵金属纳米簇的荧光量子产率仍然很低。尽管稀土上转换纳米粒子比其他荧光同类产品具有许多优异的优势，但仍然受许多因素如吸收效率低、表面缺陷不可忽略、浓度猝灭等导致的发光效率差的困扰。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种量子点-MXene荧光传感器及其制备方法和应用。本发明所制备的荧光传感器具有易于合成、低成本、高光稳定性和低毒性的特点，对氧化乐果具有高灵敏度，高特异性，在环境监控以及市场的食品安全监控中具有广阔的应用前景。
本发明的技术方案如下：
一种石墨烯量子点-MXene荧光传感器的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备Glu-His-GQDs产品：制备柠檬酸、谷胱甘肽与组氨酸混合溶液，蒸发去除水分后，加热得到Glu-His-GQDs固体粉末；加水溶解后调pH值至7.0，得到Glu-His-GQDs溶液，透析、真空干燥得到Glu-His-GQDs产品；
(2)制备适配体连接物：将步骤(1)制备的Glu-His-GQDs产品溶于缓冲溶液中得到Glu-His-GQDs悬浊液，调pH值至5.0，加入活化剂，搅拌孵育后，调pH值至7.4，再加入氧化乐果适配体，搅拌反应后离心，所得上层清液即为适配体连接物；
(3)制备MXene溶液：将MXene加入聚四氟乙烯反应釜，通入氟化氢，超声3～8h后，加入无水乙醇继续超声10～60min后，过滤或离心得到MXene二维纳米片，加水制得MXene溶液；
(4)制备量子点-MXene荧光传感器：将步骤(3)制备的MXene溶液与步骤(2)制备的适配体连接物加缓冲溶液混合，静置孵育得到石墨烯量子点-MXene荧光传感器。
进一步地，步骤(1)中，所述混合溶液是将柠檬酸、谷胱氨酸、组氨酸混合得到混合粉末，再加水搅拌得到，所述柠檬酸、谷胱氨酸、组氨酸的物质的量之比为1～5：1：1～5；所述混合粉末与水的质量比为1～5：1。
进一步地，步骤(1)中，所述蒸发的温度为70～95℃，时间为1～4h；所述加热的温度为150～200℃，时间为2～5h。
进一步地，步骤(1)中，所述Glu-His-GQDs溶液中Glu-His-GQDs的质量浓度为5～35mg/ml；所述透析所用透析袋的截留分子量为1～53kDa，透析的时间为4～10h，所述真空干燥的温度为60～80℃，时间为3～7h。
进一步地，步骤(1)中调pH值所用试剂为1mol/L的NaOH溶液；
进一步地，步骤(2)中，所述Glu-His-GQDs悬浊液中Glu-His-GQDs的质量浓度为0.5～2.5mg/ml；所述缓冲溶液为PBS缓冲溶液；所述活化剂为1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和N-羟基磺基琥珀酰亚胺混合物，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐与N-羟基磺基琥珀酰亚胺的质量比为1：0.5～1.5；所述活化剂与Glu-His-GQDs产品的质量比为1～5：1；所述搅拌孵育的时间为15～60min，温度为30～55℃。
进一步地，步骤(2)中，所述氧化乐果适配体为氨基修饰的氧化乐果适配体；所述氧化乐果适配体的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示；
进一步地，步骤(2)中，所述氨基修饰的氧化乐果适配体的核苷酸序列为：
NH2-C6-TCTCTCCTAAGCTTTTTTGACTGACTGCAGCGATTCTTGATCGCCACGGTCTGGAAAAAGAGTCCTCTCT。
所述氧化乐果适配体的摩尔浓度为50～150μmol/L；所述氧化乐果适配体与Glu-His-GQDs悬浊液的体积比为1：30～50；所述反应的时间为1～5h，温度为5～35℃；所述离心的速度为6000～10000r/min，时间为20～60min。
进一步地，步骤(3)中，所述MXene目数为200～1000；所述氟化氢的通入速度为10～30ml/min；所述超声的功率为100～5000W，温度为80～300℃，所述无水乙醇与MXene的质量比为15～35:1；所述MXene二维纳米片为3-5层；所述MXene溶液的浓度为0.4～1mg/ml。
进一步地，步骤(4)中，所述MXene溶液、适配体连接物与缓冲溶液的体积比为1：0.1～0.3：7～9；所述缓冲溶液为pH 7.0，100mmol/L的PBS缓冲液；所述静置的时间为10～50min。
一种所述制备方法制备的石墨烯量子点-MXene荧光传感器。
一种所述的石墨烯量子点-MXene荧光传感器用于检测氧化乐果。
本发明所述石墨烯量子点-MXene荧光传感器是根据Glu-His-GQDs与MXene之间的FRET(荧光共振能量转移)原理制备的(如图2所示)。在没有MXene的情况下，与Apt-GQDs在水溶液中表现出强的荧光发射。在MXene二维薄层的存在下，由于表面具有丰富的羟基和完整的金属原子层，MXenes可以通过氢键、范德华力、静电相互作用、配位键等与DNA分子相互作用，Apt-GQDs复合物颗粒与MXene的表面非常接近。MXene的羟基或羧基与核酸适配体Apt的羟基或胺基之间，这些基团增加了Apt与MXene的结合力，并使能量从Glu-His-GQD传递到MXene导致Glu-His-GQD的荧光发射被猝灭。当体系中加入目标物氧化乐果时，目标物与MXene对Apt-GQDs的竞争性结合导致了Apt-GQDs从MXene表面的解吸，传感体系荧光恢复。
本发明有益的技术效果在于：
(1)本发明通过同时在农药适体DNA上修饰Glu-His-GQDs荧光标记物和MXene，构建了一种针对氧化乐果的高灵敏度、高特异性荧光探针，具有易于合成、低成本、高光稳定性和低毒性的特点，该检测方法在环境监控以及市场的食品安全监控中很有应用前景。
(2)本发明所用薄层MXene在水中具有高分散性，对Glu-His-GQD荧光具有更好的猝灭作用，使得对氧化乐果检测时间缩短至20～30min，检出限达到0.005μmol/L。
(3)本发明通过氟化氢气体超声的方式制备了薄层MXene纳米片，污染小，时间端，成本低，过程简便，可大批量生产。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的Glu-His-GQD荧光传感器的表征图。
图中：A、TEM图；B、FT-IR图；C、AFM图(内置的图为Glu-His-GQD的厚度)；D、激发光谱图(a)和发射光谱图(b)。
图2为本发明所述Glu-His-GQD荧光传感器用于氧化乐果荧光检测的传感过程。
图3为本发明实施例中荧光强度随MXene溶液浓度及静置孵育时间的变化曲线。
图中：A、荧光强度随MXene浓度的变化曲线；B、荧光强度随静置孵育时间的变化曲线。
图4为向本发明实施例1制备的荧光传感器中分别加入不同浓度氧化乐果(从下到上)形成的传感体系在350nm激发下荧光光谱及荧光强度与氧化乐果浓度的关系曲线。
图中：A、不同浓度氧化乐果的荧光光谱；B、荧光强度与氧化乐果浓度的关系曲线。
图5为添加待测物的荧光响应值与不添加农药的荧光强度的差值。
图6为本发明实施例1制备的Glu-His-GQDs产品的荧光图谱。
图中：A、在300nm-400nm紫外光激发下的发射光谱；B、为最大发射波长(b)和峰值荧光强度(a)的关系曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行具体描述。
本发明所述量子点-MXene荧光传感器，所用原料如下：
柠檬酸、谷胱甘肽、组氨酸、氯化钾、维生素A、维生素E、N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)和(1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)购自麦克林试剂公司(分析纯，中国上海)。啶虫脒、毒死蜱和氧化乐果购买自上海农药研究所(纯度均≥98.0％,中国上海)。氨基修饰的氧化乐果适配体，序列为(Apt：NH2-C6-TCTCTCCTAAGCTTTTTTGACTGACTGCAGCGATTCTTGATCGCCA CGGTCTGGAAAAAGAGTCCTCTCT)由上海生物工程有限公司合成与纯化。所有DNA储备在含有10mM Tris-HCl、4mM MgCl2和15mM KCl的pH 8.0的Tris/Mg/K缓冲液中，并保存在-20℃下。DNA序列是通过测量UV-vis在260nm处有吸收来确定的。0.1M磷酸盐缓冲液(PBS)由实验室制备(Na2HPO4-KH2PO4-NaCl，pH 7.4)。在整个实验过程中均使用Milli-Q纯化的超纯水(18.2MΩ·cm-1)。
实施例1：
本实施例所述石墨烯量子点-MXene荧光传感器的构建方法包括如下步骤：
(1)制备功能化石墨烯量子点(Glu-His-GQD)：将柠檬酸(0.03mol)、谷胱甘肽(0.01mol)和组氨酸(0.03mol)混合后溶解在超纯水(柠檬酸、谷胱甘肽与组氨酸的总量与水的质量比为1：1)，然后在80℃下蒸发2h以去除所有水。然后，将混合物在180℃下加热3h得Glu-His-GQD固体粉末，将Glu-His-GQD固体粉末溶解于超纯水，用NaOH溶液中和到pH7.0，形成透明的Glu-His-GQDs溶液(20mg/ml)。将溶液在具有3kDa截留分子量的透析袋中透析，每6小时换水。收集袋内溶液，然后于60℃真空干燥7h获得Glu-His-GQD产品；
(2)制备适体连接物：首先将Glu-His-GQD产品溶于1.0ml PBS缓冲液中得GQDs悬浮液(1.0mg/ml)，然后将pH值调节至5.0以使GQDs的羧基质子化。之后，加入EDC(2mg)和NHS(2mg)的混合物，以在30℃下搅拌30分钟的过程中活化Glu-His-GQD的羧基，然后，加入4mlPBS将pH值调节至7.4。通过将24μL的氨基-修饰的氧化乐果适体(Apt，100μmol/L)添加到上述活化溶液中，并在25℃下连续搅拌2小时进行缩合反应，从而获得Apt-GQDs适体连接物，通过以10000r/min离心30分钟除去未反应的适体得到的上层清液即为适配体连接物。在使用前，连接物在4℃下避光储存待用；
(3)制备MXene溶液：10gMXene原料(即为MXene-Ti3C2，目数为200～1000)加入聚四氟乙烯反应釜中，以10ml/min通入氟化氢气体，250℃、2000W条件下超声6小时，之后加入乙醇(无水乙醇与MXene的质量比为35:1)，继续超声30分钟，最后氮气气氛下烘干后得到MXene纳米片(3-5层)，加水制得浓度为0.6mg/ml的MXene溶液；
(4)制备用于检测氧化乐果的石墨烯量子点-MXene荧光传感器：将1.0ml MXene(0.6mg/ml)和0.2ml适配体连接物加入到8.8mlPBS(pH 7.0，100mmol/L)中，摇匀并静置孵育30分钟，得到荧光猝灭的石墨烯量子点-MXene荧光传感器(表征图如图1所示)。
实施例2：
本实施例所述石墨烯量子点-MXene荧光传感器的构建方法包括如下步骤：
(1)制备功能化石墨烯量子点(Glu-His-GQD)：将柠檬酸(0.01mol)、谷胱甘肽(0.01mol)和组氨酸(0.01mol)混合后溶解在超纯水(柠檬酸、谷胱甘肽与组氨酸的总量与水的质量比为5：1)，然后在80℃下蒸发2h以去除所有水。然后，将混合物在200℃下加热2h得Glu-His-GQD固体粉末，将Glu-His-GQD固体粉末溶解于超纯水，用NaOH溶液中和到pH7.0，形成透明的Glu-His-GQDs溶液(20mg/ml)。将溶液在具有3kDa截留分子量的透析袋中透析，每6小时换水。收集袋内溶液，然后于80℃真空干燥3h获得Glu-His-GQD产品；
(2)制备适体连接物：首先将Glu-His-GQD产品溶于1.0ml PBS缓冲液中得GQDs悬浮液(1.0mg/ml)，然后将pH值调节至5.0以使GQDs的羧基质子化。之后，加入EDC(2mg)和NHS(2mg)的混合物，以在30℃下搅拌30分钟的过程中活化Glu-His-GQD的羧基。然后，加入4mlPBS将pH值调节至7.4。通过将20μL的氨基-修饰的氧化乐果适体(Apt，100μmol/L)添加到上述活化溶液中，并在25℃下连续搅拌2小时进行缩合反应，从而获得Apt-GQDs适体连接物，通过以10000r/min离心30分钟除去未反应的适体得到的上层清液即为适配体连接物。在使用前，连接物在4℃下避光储存待用；
(3)制备MXene溶液：10gMXene原料(即为MXene-Ti3C2，目数为200～1000)加入聚四氟乙烯反应釜中，以10ml/min通入氟化氢气体，250℃、2000W条件下超声6小时，之后加入乙醇(无水乙醇与MXene的质量比为25:1)，继续超声30分钟，最后氮气气氛下烘干后得到MXene纳米片(3-5层)，加水制得浓度为0.4mg/ml的MXene溶液；
(4)制备用于检测氧化乐果的石墨烯量子点-MXene荧光传感器：配置1.0ml MXene(0.4mg/ml)和0.2ml Apt-GQDs加入到8.8mlPBS(pH 7.0，100mmol/L)中，摇匀并静置孵育30分钟，得到荧光猝灭的石墨烯量子点-MXene荧光传感器。
实施例3：
本实施例所述石墨烯量子点-MXene荧光传感器的构建方法包括如下步骤：
(1)制备功能化石墨烯量子点(Glu-His-GQD)：将柠檬酸(0.05mol)、谷胱甘肽(0.01mol)和组氨酸(0.01mol)混合后溶解在超纯水(柠檬酸、谷胱甘肽与组氨酸的总量与水的质量比为3：1)，然后在80℃下蒸发2h以去除所有水。然后，将混合物在160℃下加热5h得Glu-His-GQD固体粉末，将Glu-His-GQD固体粉末溶解于超纯水，用NaOH溶液中和到pH7.0，形成透明的Glu-His-GQDs溶液(20mg/ml)。将溶液在具有3kDa截留分子量的透析袋中透析，每6小时换水。收集袋内溶液，然后于75℃真空干燥4h获得Glu-His-GQD产品；
(2)制备适体连接物：首先将Glu-His-GQD产品溶于1.0ml PBS缓冲液中得GQDs悬浮液(1.0mg/ml)，然后将pH值调节至5.0以使GQDs的羧基质子化。之后，加入EDC(2mg)和NHS(2mg)的混合物，以在30℃下搅拌30分钟的过程中活化Glu-His-GQD的羧基。然后，加入4mlPBS将pH值调节至7.4。通过将30μL的氨基-修饰的氧化乐果适体(Apt，100μmol/L)添加到上述活化溶液中，并在25℃下连续搅拌2小时进行缩合反应，从而获得Apt-GQDs适体连接物，通过以10000r/min离心30分钟除去未反应的适体得到的上层清液即为适配体连接物。在使用前，连接物在4℃下避光储存待用；
(3)制备MXene溶液：10gMXene原料(即为MXene-Ti3C2，目数为200～1000)加入聚四氟乙烯反应釜中，以25ml/min通入氟化氢气体，200℃、2000W条件下超声6小时，之后加入乙醇(无水乙醇与MXene的质量比为15:1)，继续超声30分钟，最后氮气气氛下烘干后得到MXene纳米片(3-5层)，加水制得浓度为1mg/ml的MXene溶液；
(4)制备用于检测氧化乐果的石墨烯量子点-MXene荧光传感器：将1.0ml MXene(0.6mg/ml)和0.2ml适配体连接物加入到8.8mlPBS(pH 7.0，100mmol/L)中，摇匀并静置孵育30分钟，得到荧光猝灭的石墨烯量子点-MXene荧光传感器。
实施例4:
本实施例所述石墨烯量子点-MXene荧光传感器的构建方法包括如下步骤：
(1)制备功能化石墨烯量子点(Glu-His-GQD)：将柠檬酸(0.05mol)、谷胱甘肽(0.01mol)和组氨酸(0.05mol)混合后溶解在超纯水(柠檬酸、谷胱甘肽与组氨酸的总量与水的质量比为1：1)，然后在70℃下蒸发4h以去除所有水。然后，将混合物在150℃下加热5h得Glu-His-GQD固体粉末，将Glu-His-GQD固体粉末溶解于超纯水，用NaOH溶液中和到pH7.0，形成透明的Glu-His-GQDs溶液(35mg/ml)。将溶液在具有53kDa截留分子量的透析袋中透析，每4小时换水。收集袋内溶液，然后于60℃真空干燥7h获得Glu-His-GQD产品；
(2)制备适体连接物：首先将Glu-His-GQD产品溶于1.0ml PBS缓冲液中得GQDs悬浮液(2.5mg/ml)，然后将pH值调节至5.0以使GQDs的羧基质子化。之后，加入EDC(2mg)和NHS(1mg)的混合物，以在55℃下搅拌15分钟的过程中活化Glu-His-GQD的羧基，然后，加入4mlPBS将pH值调节至7.4。通过将24μL的氨基-修饰的氧化乐果适体(Apt，150μmol/L)添加到上述活化溶液中，并在35℃下连续搅拌1小时进行缩合反应，从而获得Apt-GQDs适体连接物，通过以6000r/min离心60分钟除去未反应的适体得到的上层清液即为适配体连接物。在使用前，连接物在4℃下避光储存待用；
(3)制备MXene溶液：10gMXene原料(即为MXene-Ti3C2，目数为200～1000)加入聚四氟乙烯反应釜中，以30ml/min通入氟化氢气体，80℃、5000W条件下超声8小时，之后加入乙醇(无水乙醇与MXene的质量比为35:1)，继续超声30分钟，最后氮气气氛下烘干后得到MXene纳米片(3-5层)，加水制得浓度为0.6mg/ml的MXene溶液；
(4)制备用于检测氧化乐果的石墨烯量子点-MXene荧光传感器：将1.0ml MXene(0.6mg/ml)和0.1ml适配体连接物加入到7mlPBS(pH 7.0，100mmol/L)中，摇匀并静置孵育50分钟，得到荧光猝灭的石墨烯量子点-MXene荧光传感器。
实施例5:
本实施例所述石墨烯量子点-MXene荧光传感器的构建方法包括如下步骤：
(1)制备功能化石墨烯量子点(Glu-His-GQD)：将柠檬酸(0.05mol)、谷胱甘肽(0.01mol)和组氨酸(0.05mol)混合后溶解在超纯水(柠檬酸、谷胱甘肽与组氨酸的总量与水的质量比为1：1)，然后在95℃下蒸发1h以去除所有水。然后，将混合物在150℃下加热5h得Glu-His-GQD固体粉末，将Glu-His-GQD固体粉末溶解于超纯水，用NaOH溶液中和到pH7.0，形成透明的Glu-His-GQDs溶液(5mg/ml)。将溶液在具有30kDa截留分子量的透析袋中透析，每10小时换水。收集袋内溶液，然后于60℃真空干燥7h获得Glu-His-GQD产品；
(2)制备适体连接物：首先将Glu-His-GQD产品溶于1.0ml PBS缓冲液中得GQDs悬浮液(0.5mg/ml)，然后将pH值调节至5.0以使GQDs的羧基质子化。之后，加入EDC(1mg)和NHS(1.5mg)的混合物，以在60℃下搅拌35分钟的过程中活化Glu-His-GQD的羧基，然后，加入4ml PBS将pH值调节至7.4。通过将24μL的氨基-修饰的氧化乐果适体(Apt，50μmol/L)添加到上述活化溶液中，并在5℃下连续搅拌5小时进行缩合反应，从而获得Apt-GQDs适体连接物，通过以8000r/min离心20分钟除去未反应的适体得到的上层清液即为适配体连接物。在使用前，连接物在4℃下避光储存待用；
(3)制备MXene溶液：10gMXene原料(即为MXene-Ti3C2，目数为200～1000)加入聚四氟乙烯反应釜中，以30ml/min通入氟化氢气体，300℃、100W条件下超声3小时，之后加入乙醇(无水乙醇与MXene的质量比为35:1)，继续超声30分钟，最后氮气气氛下烘干后得到MXene纳米片(3-5层)，加水制得浓度为1.0mg/ml的MXene溶液；
(4)制备用于检测氧化乐果的石墨烯量子点-MXene荧光传感器：将1.0ml MXene(1.0mg/ml)和0.3ml适配体连接物加入到9mlPBS(pH 7.0，100mmol/L)中，摇匀并静置孵育10分钟，得到荧光猝灭的石墨烯量子点-MXene荧光传感器。
应用例：
一种石墨烯量子点-MXene荧光传感器的应用，所述荧光传感器用于检测菠菜中的氧化乐果残留，具体步骤为：
(1)标准曲线的建立：取9ml实施例1制备的石墨烯量子点-MXene荧光传感器，分别加入浓度为0、0.01、0.025、0.05、0.075、0.1、0.25、0.5、0.75、1、2.5、5、7.5、10、25μmol/L的氧化乐果标准溶液1ml，测定最终体积为10ml的溶液在350nm激发下的光致发光强度，制作量子点-MXene荧光传感器加入不同浓度氧化乐果对应的发光强度的线性图确定线性方程式(图4A为本发明实施例1分别加入0、0.01、0.025、0.05、0.075、0.1、0.25、0.5、0.75、1、2.5、5、7.5、10、25μmol/L氧化乐果(从下到上)的传感体系的在350nm激发下荧光光谱，图4B为荧光强度与氧化乐果浓度的关系曲线。)，线性方程式为FL＝150.3log C+1389.4，其中C为Omethoate的浓度，线性响应范围确定为0.01–25μmol/L(R2＝0.9937)。氧化乐果的检出限经为0.005μmol/L(S/N＝3)。在氧化乐果浓度为10μmol/L下进行10次重复测量的相对标准偏差(relative standard deviation,RSD)为2.73％。
(2)实际样品检测：
A：将菠菜洗净，切碎，并在搅拌机中均质化，称取重2.0g均质化的样品，将20.0ml水添加到样品中并超声混合10分钟。将均质后的溶液在70℃的水浴中放置30分钟，然后以8000r/min离心15分钟，收集澄清的上清液作为待测液；
B：取9ml实施例1制备的石墨烯量子点-MXene荧光传感器，加入待测液1ml，测定最终体积为10ml的溶液在350nm激发下的光致发光强度，根据步骤(1)的标准曲线，计算得到菠菜中的氧化乐果残留含量。
测试例：
(1)测试参数对传感器性能的影响：
为了获得最佳的实验结果，本发明考察了MXene溶液的浓度和孵育时间对荧光传感器性能的影响。图3为荧光强度随MXene的浓度及孵育时间变化曲线。如图3A，在PBS中适配体连接物Apt-GQDs与不同浓度MXene溶液静置孵育30min，测得荧光强度随着MXene浓度增加而逐渐降低。当MXene溶液浓度高于60μg/ml时，荧光强度变化及其微弱，最大淬灭效率约为70.3％。因此，MXene浓度选择为60μg/ml，作为进一步实验的最佳值。图3B显示，当将60μg/ml的MXene溶液添加到适配体连接物与缓冲溶液中5min后，加入最终浓度为1μmol/L的氧化乐果，测定传感器的荧光随时间的变化，30min后荧光变化微弱，30min为优化测试时间，实验加入氧化乐果后，静置孵育为30min。
(2)荧光传感器的选择性：
选择性是评估新型适体传感器检测氧化乐果性能的一个重要参数。为了测试这种适体传感器的选择性，我们记录了在与1μmol/L浓度的几种常见有机农药(例如啶虫脒，毒死蜱等)、金属离子、生物分子静置孵育30min后，PBS溶液中MXene/Apt-GQDs体系的荧光强度变化。图5为添加1μmol/L的待测物的荧光响应值与不添加农药的荧光强度的差值(ΔF)，如图5所示，除氧化乐果外，所有其他物质对适体传感器的荧光强度均无明显影响。即使其他物质的浓度比氧化乐果的浓度高几倍，也不会引起测定系统荧光的显着增加，此种现象可能是由于Apt与氧化乐果结合的有效力。因此，我们可以得出结论，这种基于MXene的荧光适体传感器具有出色的选择性，足以满足实际应用。
(3)传感器发光效率、毒性、光稳定性、检测限，回收率等测定：
测量了不同激发波长下Glu-His-GQD的荧光发射光谱。图6为Glu-His-GQD的荧光图谱，其中，图6A分别为在300nm-400nm紫外光激发下的发射光谱；图6B为激发波长与相应的最大发射波长(b)和峰值荧光强度(a)的关系曲线。图6A显示荧光光谱在427nm处具有最大发射峰。图6B可看出当激发的波长小于350nm时，荧光强度会随着激发波长的增加而迅速增加且Glu-His-GQD发射波长位置几乎不具有激发依赖性。当激发光的波长大于350nm时，荧光峰值迅速降低。此外，在图中还显示了激发波长与峰值荧光强度和最大发射波长的关系曲线(图6B)，显然，Glu-His-GQD的荧光行为在很大程度上取决于激发光的波长。激发光的波长不仅影响最大发射峰值的波长，而且影响发光强度。为了获得较强的荧光强度，350nm的被选用作Glu-His-GQD的荧光测量的激发波长。本发明Glu-His-GQD和MXene都具有低毒性，因此构建的传感器具有低毒性的特点。
为了评估荧光传感器可行性和可靠性，将不同浓度的氧化乐果掺入三个实际生鲜菠菜样品(分别标记为样品1，样品2和样品3)中来确定回收率。样品采用标准加入法测定，分析结果总结于表2中(N＝5)。
表2
Figure BDA0003491781920000121
由表2可以看出，所述的适体传感器对这些样品的回收率在99.7–104.0％的范围内。以上结果证明了本适体传感器在生鲜食品中测定氧化乐果的可行性。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
SEQUENCE LISTING
<110> 江苏省特种设备安全监督检验研究院
<120> 一种量子点-MXene荧光传感器及其制备方法和应用
<130> 1
<160> 1
<170> PatentIn version 3.3
<210> 1
<211> 70
<212> DNA
<213> 人工序列
<400> 1
tctctcctaa gcttttttga ctgactgcag cgattcttga tcgccacggt ctggaaaaag 60
agtcctctct 70

Claims (10)

1.一种石墨烯量子点-MXene荧光传感器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)制备Glu-His-GQDs产品：制备柠檬酸、谷胱甘肽与组氨酸混合溶液，蒸发去除水分后，加热得到Glu-His-GQDs固体粉末；加水溶解后调pH值至7.0，得到Glu-His-GQDs溶液，透析、真空干燥得到Glu-His-GQDs产品；
(2)制备适配体连接物：将步骤(1)制备的Glu-His-GQDs产品溶于缓冲溶液中得到Glu-His-GQDs悬浊液，调pH值至5.0，加入活化剂，搅拌孵育后，调pH值至7.4，再加入氧化乐果适配体，搅拌反应后离心，所得上层清液即为适配体连接物；
(3)制备MXene溶液：将MXene加入聚四氟乙烯反应釜，通入氟化氢，超声3～8h后，加入无水乙醇继续超声10～60min后烘干，得到MXene二维纳米片，加水制得MXene溶液；
(4)制备石墨烯量子点-MXene荧光传感器：将步骤(3)制备的MXene溶液与步骤(2)制备的适配体连接物加缓冲溶液混合，静置得到石墨烯量子点-MXene荧光传感器。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述混合溶液是将柠檬酸、谷胱氨酸、组氨酸混合得到混合粉末，再加水搅拌得到，所述柠檬酸、谷胱氨酸、组氨酸的物质的量之比为1～5：1：1～5；所述混合粉末与水的质量比为1～5：1。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述蒸发的温度为70～95℃，时间为1～4h；所述加热的温度为150～200℃，时间为2～5h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述Glu-His-GQDs溶液中Glu-His-GQDs的浓度为5～35mg/ml；所述透析所用透析袋的截留分子量为1～53kDa，透析的时间为4～10h，所述真空干燥的温度为60～80℃，时间为3～7h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述Glu-His-GQDs悬浊液中Glu-His-GQDs的浓度为0.5～2.5mg/ml；所述缓冲溶液为PBS缓冲溶液；所述活化剂为1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和N-羟基磺基琥珀酰亚胺混合物，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐与N-羟基磺基琥珀酰亚胺的质量比为1：0.5～1.5；所述活化剂与Glu-His-GQDs产品的质量比为1～5：1；所述搅拌孵育的时间为15～60min，温度为30～55℃。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述氧化乐果适配体为氨基修饰的氧化乐果适配体；所述氧化乐果适配体的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示；所述氧化乐果适配体的摩尔浓度为50～150μmol/L；所述氧化乐果适配体与Glu-His-GQDs悬浊液的体积比为1：30～50；所述反应的时间为1～5h，温度为5～35℃；所述离心的速度为6000～10000r/min，时间为20～60min。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述MXene目数为200～1000；所述氟化氢的通入速度为10～30ml/min；所述超声的功率为100～5000W，温度为80～300℃，所述无水乙醇与MXene的质量比为15～35:1；所述MXene溶液的浓度为0.4～1mg/ml。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述MXene溶液、适配体连接物与缓冲溶液的体积比为1：0.1～0.3：7～9；所述缓冲溶液为pH 7.0，100mmol/L的PBS缓冲液；所述静置的时间为10～50min。
9.一种权利要求1～8任一项所述制备方法制备的石墨烯量子点-MXene荧光传感器。
10.一种权利要求9所述的石墨烯量子点-MXene荧光传感器的应用，其特征在于，所述荧光传感器用于检测氧化乐果。
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