一種熒光探針葉酸功能化的熒光金納米簇的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種利用葉酸作為還原劑合成葉酸功能化的熒光金納米簇的方法，葉酸功能化的熒光金納米簇的尺寸為3-7nm，在紫外光源下呈藍(lán)光發(fā)射，研究了利用葉酸功能化的金納米簇作為熒光探針來(lái)檢測(cè)重金屬汞離子的方法，結(jié)果表明，葉酸功能化的熒光金納米簇對(duì)汞離子具有高的靈敏度和選擇性，可以作為熒光探針檢測(cè)汞離子，同時(shí)具有較好的環(huán)境適應(yīng)性。此外，我們合成的葉酸功能化的熒光金納米簇的合成方法是簡(jiǎn)單的一次性綠色合成路線，因此，本發(fā)明提供的方法具備成本低、合成方法簡(jiǎn)單、易操作的特點(diǎn)。利用葉酸功能化的熒光金納米簇作為檢測(cè)探針檢測(cè)汞離子，是一種操作簡(jiǎn)單、快速定量檢測(cè)重金屬離子汞的方法。
【專利說(shuō)明】一種熒光探針葉酸功能化的熒光金納米簇的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種熒光金納米簇的合成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]重金屬污染指由重金屬或其化合物造成的環(huán)境污染。重金屬離子中，汞是一種具有劇毒卻又普遍存在于自然界的污染物。汞污染會(huì)造成對(duì)腦、神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、腎臟嚴(yán)重的傷害。水溶性的二價(jià)汞離子(Hg2+)是汞污染物中最平常和最穩(wěn)定的形式之一，它是水環(huán)境和土壤污染的主要方式。主要由采礦、廢氣排放、污水灌溉和使用重金屬制品等人為因素所致。無(wú)機(jī)汞可以被環(huán)境中的細(xì)菌轉(zhuǎn)化成甲基汞，這種形式的汞污染會(huì)通過(guò)食物鏈傳遞給或聚集在更高一級(jí)的有機(jī)生物體。因此，環(huán)境中的水溶性的Hg2+的檢測(cè)和監(jiān)測(cè)是必要的。近年來(lái)，研究人員以開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單有效的Hg2+檢測(cè)器件為目標(biāo)，一批具有高靈敏高選擇性的器件，分別是基于金納米顆粒，熒光基團(tuán)，DNA或DNA酶，聚合物材料和蛋白質(zhì)等。在這些器件中，許多器件的檢測(cè)元素是建立在基于包含胸腺嘧啶(T)的核苷酸鏈中存在的胸腺嘧啶錯(cuò)配結(jié)構(gòu)的，利用錯(cuò)配的胸腺嘧啶可以與Hg2+形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)來(lái)檢測(cè)Hg2+。但是，利用核酸或酶作為檢測(cè)元素是非常昂貴的，而且在器件的制備過(guò)程中也是復(fù)雜和耗時(shí)的，利用這種技術(shù)是很難實(shí)現(xiàn)普遍應(yīng)用的。而且，美國(guó)環(huán)境保護(hù)局(EPA)發(fā)布的飲用水中允許含無(wú)機(jī)汞離子的最高含量2ppb (IOnM)。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)低于許多檢測(cè)器件的最低檢測(cè)限，是許多檢測(cè)器件達(dá)不到的。因此，對(duì)環(huán)境的監(jiān)測(cè)需要設(shè)計(jì)即靈敏、方便操作又經(jīng)濟(jì)的器件。利用這種器件實(shí)現(xiàn)環(huán)境領(lǐng)域或生物體中的汞離子的實(shí)時(shí)檢測(cè)以及原位快速檢測(cè)，并且達(dá)到較高的靈敏度具有十分重要意義。
[0003]對(duì)于金屬離子的檢測(cè)，傳統(tǒng)的方法電感偶合等離子體法(ICP)和原子吸收光譜法都是十分有效的，但是它們除了需要大型儀器以外，還需大量樣品。此外還有利用絡(luò)合劑和與離子形成有色絡(luò)合物進(jìn)行比色測(cè)定的方法，但其靈敏度低，重現(xiàn)性差，現(xiàn)在一般很少采用。近年來(lái)，利用有機(jī)熒光分子作為檢測(cè)探針檢測(cè)重金屬離子取得了較好的效果，但有機(jī)熒光分子探針技術(shù)應(yīng)用于過(guò)渡金屬及重金屬離子的檢測(cè)，可實(shí)現(xiàn)原位檢測(cè)，但很多熒光探針通常在有機(jī)溶劑中有較好的檢測(cè)效果，而在水溶液中有一定的局限性。
[0004]金屬納米顆粒已經(jīng)成功地應(yīng)用于各種納米生物傳感器和疾病的診療中，在生物分子檢測(cè)和傳感中有著巨大的應(yīng)用前景。研究發(fā)現(xiàn)隨著金屬材料的尺寸逐步減小，直至納米級(jí)別時(shí)，金屬的發(fā)光效率有明顯增強(qiáng)，特別是在其尺寸接近電子的費(fèi)米波長(zhǎng)的級(jí)別(小于 Inm)時(shí)[Kubo R, J.Phys.Soc.Jpn.1962,17,975-986.],貴金屬納米簇(如金，銀)會(huì)呈現(xiàn)較強(qiáng)的突光性質(zhì)[Schaaff T G, Knight G, Shafigullin M N, et al.J.Phys.Chem.B1998，102(52)，10643-10646 ;Chen W，Wang Z G,Lin Z J,et al.1998，83 (7)，3811-3185 ;Link S,Beeby A, FitzGerald S,et al.Journal ofPhysical Chemistry B2002,106(13),3410-3415.]。發(fā)光的金屬納米簇具有很多優(yōu)于傳統(tǒng)的熒光團(tuán)的性質(zhì)，如尺寸小，好的光穩(wěn)定性，大的Stokes位移等，在單分子光譜，熒光成像，光電器件上都有可觀的應(yīng)用前景。最近，臺(tái)灣學(xué)者[Huang C C, Yang Z S, Lee K H, Angew.Chem.1nt.Ed.2007,46 (36),6824-6828.]等人報(bào)道了具有強(qiáng)熒光的由巰基十一酸(MUA)保護(hù)的納米金顆粒，并用于檢測(cè)Hg2+是利用Hg2+對(duì)金納米顆粒引發(fā)聚集后使熒光淬滅的特性。利用這種器件，檢測(cè)Hg2+的檢測(cè)限可以達(dá)到5nM，這個(gè)濃度低于美國(guó)環(huán)境保護(hù)局的飲用水檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，并且證明了熒光納米金顆粒是一種非常靈敏的檢測(cè)器件。Ying課題組[Xie J P, Zheng Y G7Ying J Y, Chem.Commun.2010，46，961-963 ;Hu D H,Sheng Z H,Gong P,Zhang P F,Cai L T,Analyst2010,135,1411-1416 ；Xie J P, Zheng Y G，Ying J Y，J.AM.CHEM.SOC.2009，131，888-889.]報(bào)道了一種由牛血清白蛋白功能化的金納米簇在紫外條件下激發(fā)具有強(qiáng)的紅光發(fā)射，而且這種熒光金納米簇的合成是通過(guò)簡(jiǎn)單的一次性綠色合成路線。利用牛血清白蛋白功能化的金納米簇作為熒光檢測(cè)探針檢測(cè)Hg2+，溶液中的Hg2+可以被牛血清白蛋白功能化的金納米簇?zé)晒鈾z測(cè)探針快速準(zhǔn)確地檢測(cè)，具有非常高的靈敏度，檢測(cè)限為0.5nM，這個(gè)濃度低于美國(guó)環(huán)境保護(hù)局的飲用水檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，并且這種熒光檢測(cè)探針對(duì)Hg2+具有非常好的選擇性。
[0005]在本發(fā)明中，我們研究了一種利用葉酸作為還原劑合成葉酸功能化的熒光金納米簇的方法，并且研究了利用葉酸功能化的金納米簇作為熒光探針來(lái)檢測(cè)重金屬汞離子的方法。我們提供的葉酸功能化的熒光金納米簇的合成方法是簡(jiǎn)單的一次性綠色合成路線，因此，本發(fā)明提供的方法具備成本低、合成方法簡(jiǎn)單、易操作的特點(diǎn)。利用葉酸功能化的熒光金納米簇作為檢測(cè)探針檢測(cè)汞離子，是一種操作簡(jiǎn)單、快速定量檢測(cè)重金屬離子汞的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種葉酸功能化的熒光金納米簇的合成方法。
[0007]一種熒光探針葉酸功能化的熒光金納米簇的制備方法，其特征在于包括以下步驟:
[0008]首先將l-5mL的30mM氯金酸溶液與20_50mL水混合加熱至70_100°C，在磁力攪拌的條件下，加入2-5mL的0.2-1%葉酸水溶液，使得混合溶液的顏色由淡黃色逐漸變?yōu)樯钭厣?，反?yīng)進(jìn)行約10-30min之后，將混合溶液冷卻到室溫，在約6000-8000轉(zhuǎn)的條件下離心約lOmin，得到上清液即為熒 光金納米簇。
[0009]所制得的熒光金納米簇在紫外光源下呈現(xiàn)藍(lán)光發(fā)射，其熒光光譜，在275nm的波長(zhǎng)下激發(fā)，熒光金納米簇在440nm有強(qiáng)的發(fā)射峰，所述熒光金納米簇的尺寸為3_7nm ；
[0010]所述熒光金納米簇通過(guò)熒光檢測(cè)的方法，可檢測(cè)出水溶液樣品中含有的微量的重金屬離子Hg2+。
[0011]有益效果:
[0012]1、本發(fā)明提供了葉酸功能化的金納米簇?zé)晒鈾z測(cè)探針的制備方法，制得的熒光金納米簇具有強(qiáng)的藍(lán)光發(fā)射，并且提供的熒光檢測(cè)探針靈敏度高、選擇性好，檢測(cè)限低。
[0013]2、不需要大型儀器，通過(guò)裸眼觀察或熒光光譜，即可識(shí)別檢測(cè)結(jié)果。
[0014]3、本發(fā)明易制備和保存；在4°C條件下可保存8~15個(gè)月不發(fā)生變化。
[0015]4、本發(fā)明所用試劑和操作過(guò)程均無(wú)毒副作用。
[0016]5、本發(fā)明方法簡(jiǎn)單、快速、易操作，可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)原位快速檢測(cè)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]下面結(jié)合附圖及實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明:[0018]附圖1是葉酸功能化的金納米簇(FA-Au-NCs)的熒光光譜圖；[0019]附圖2a是葉酸功能化的金納米簇的透射電鏡照片；
[0020]附圖2b是葉酸功能化的金納米簇的EDX能譜；
[0021]附圖3是熒光探針檢測(cè)汞離子的熒光光譜圖；
[0022]附圖4是熒光探針檢測(cè)汞離子靈敏度的熒光光譜，插圖為熒光強(qiáng)度與Hg2+濃度的線性關(guān)系；
[0023]附圖5是熒光探針檢測(cè)汞離子選擇性的熒光光譜。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0025]一種熒光探針葉酸功能化的熒光金納米簇的制備方法，其特征在于包括以下步驟:
[0026]首先將l-5mL的30mM氯金酸溶液與20_50mL水混合加熱至70_100°C，在磁力攪拌的條件下，加入2-5mL的0.2-1%葉酸水溶液，使得混合溶液的顏色由淡黃色逐漸變?yōu)樯钭厣?，反?yīng)進(jìn)行約10-30min之后，將混合溶液冷卻到室溫，在約6000-8000轉(zhuǎn)的條件下離心約lOmin，得到上清液即為熒光金納米簇。
[0027]所制得的熒光金納米簇在紫外光源下呈現(xiàn)藍(lán)光發(fā)射，其熒光光譜，在275nm的波長(zhǎng)下激發(fā)，熒光金納米簇在440nm有強(qiáng)的發(fā)射峰(附圖1)，所述熒光金納米簇的尺寸為3-7nm(附圖2a) ;EDX能譜證實(shí)其成份為金(附圖2b)，能譜中的其它元素來(lái)源于銅網(wǎng)碳膜及原料。
[0028]所述熒光金納米簇通過(guò)熒光檢測(cè)的方法，可檢測(cè)出水溶液樣品中含有的微量的重金屬離子Hg2+。
[0029]FA-Au-NCs作為熒光檢測(cè)探針檢測(cè)Hg2+的機(jī)理，是由于FA-Au-NCs熒光探針表面有大量的氨基和羧基，因此，易與重金屬離子相互作用，當(dāng)溶液中存在Hg2+時(shí)，就會(huì)與FA-Au-NCs表面的活性基團(tuán)發(fā)生配位，Hg2+與羧基、氨基等基團(tuán)會(huì)形成較穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，在形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的同時(shí)，金納米簇的熒光就會(huì)在Hg2+與金簇發(fā)生作用的過(guò)程被淬滅，F(xiàn)A-Au-NCs的藍(lán)光發(fā)射就會(huì)消失，因此，將FA-Au-NCs作為熒光檢測(cè)探針，通過(guò)對(duì)待測(cè)樣品的熒光光譜的測(cè)試或在紫外燈下其熒光發(fā)射的觀察可以判斷是否存在Hg2+，檢測(cè)結(jié)果判斷直觀快速。將存在Hg2+時(shí)，將其進(jìn)行熒光光譜的測(cè)試，可觀察到熒光光譜強(qiáng)度由曲線a下降到曲線b (附圖3)，可進(jìn)一步的證明由于引入了 Hg2+，使FA-Au-NCs的熒光強(qiáng)度出現(xiàn)淬滅現(xiàn)象。
[0030]新制備的FA-Au-NCs溶液具有很強(qiáng)的熒光發(fā)射，為了使檢測(cè)過(guò)程中的靈敏度提高，原溶液被稀釋50~80倍，得到稀釋后的FA-Au-NCs溶液被作為納米熒光檢測(cè)探針。納米探針檢測(cè)Hg2+的過(guò)程中，待測(cè)的樣品與FA-Au-NCs熒光檢測(cè)探針按體積比為1:1的量混合，即150 μ L的Hg2+的溶液樣品加入150 μ LFA-Au-NCs熒光檢測(cè)探針中，所有的靈敏度實(shí)驗(yàn)和選擇性實(shí)驗(yàn)都按以上的比例進(jìn)行，具體實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下:
[0031]1、檢測(cè)靈敏度
[0032]為檢驗(yàn)使用葉酸功能化的金納米簇(FA-Au-NCs)作為熒光探針檢測(cè)Hg2+的靈敏度，需要先配制0.001-50 μ M的Hg2+溶液，將不同濃度的Hg2+溶液分別與FA-Au-NCs熒光探針?lè)磻?yīng)，然后分別測(cè)試樣品的熒光光譜來(lái)驗(yàn)證探針的靈敏度。從熒光光譜(附圖4)中可以看出，所有混合溶液的熒光發(fā)射峰都在440nm處是熒光探針FA-Au-NCs的特征發(fā)射，并且隨著Hg2+濃度的升高，混合溶液中FA-Au-NCs的熒光強(qiáng)度是逐漸降低的?；旌先芤涸谧贤鉄粝聼晒獍l(fā)射隨Hg2+濃度的增大而降低逐漸被淬滅，在當(dāng)Hg2+濃度為50 μ M時(shí)，混合溶液的熒光強(qiáng)度幾乎被完全淬滅(附圖4)。進(jìn)行檢測(cè)靈敏度的反應(yīng)，葉酸功能化的金納米簇作為檢測(cè)探針的熒光強(qiáng)度與Hg2+的濃度在InM-1O μ M有良好的線性關(guān)系(附圖4插圖)。因此，葉酸功能化的金納米簇可以作為檢測(cè)汞離子的熒光探針快速并定量地檢測(cè)水溶液中汞離子的存在，對(duì)汞離子的檢測(cè)限可達(dá)到InM。
[0033]2、選擇性
[0034]使用葉酸功能化的金納米簇作為熒光探針檢測(cè)Hg2+，需要考察其對(duì)Hg2+的選擇性。相同條件下，濃度為 50 μ M 的 Cd2+，Cr3+，Cr6+，Ba2+，Zn2+，Ca2+，Mn2+，Mg2+，F(xiàn)e2+，Co2+，Ni2+，Cu2+，Pb2+，Ag+溶液，分別與FA-Au-NCs熒光檢測(cè)探針混合反應(yīng)后測(cè)試樣品的熒光光譜，從熒光光譜圖中可以看出，加入其它離子后，F(xiàn)A-Au-NCs的熒光發(fā)射峰都在440nm處，沒(méi)有發(fā)生位移。其中 Cd2+，Cr3+，Cr6+，Ba2+，Zn2+，Ca2+，Mn2+，Mg2+，F(xiàn)e2+，Co2+，Ni2+，Cu2+，Ag+，Pb2+ 的熒光光譜強(qiáng)度較高，在紫外燈照射下，可觀察到FA-Au-NCs熒光檢測(cè)探針呈現(xiàn)藍(lán)光發(fā)射，沒(méi)有出現(xiàn)淬滅現(xiàn)象。而與Hg2+混合的FA-Au-NCs溶液的熒光光譜強(qiáng)度降低，同樣在紫外燈下，與Hg2+混合的FA-Au-NCs熒光檢測(cè)探針會(huì)出現(xiàn)淬滅現(xiàn)象(附圖5)。通過(guò)比較熒光光譜和其在紫外燈下的發(fā)射可說(shuō)明FA-Au-NCs熒光檢測(cè)探針對(duì)Hg2+具有很高的選擇性。
[0035]當(dāng)有Hg2+存在時(shí)，葉酸功能化的金納米顆粒會(huì)發(fā)生淬滅，同時(shí)進(jìn)行熒光光譜測(cè)試，從熒光光譜中觀察金納米顆粒吸收峰強(qiáng)度的變化，當(dāng)溶液中存在Hg2+時(shí)，溶液的熒光光譜的吸收強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)下降，而且，當(dāng)溶液存在Hg2+濃度很大時(shí)，F(xiàn)A-Au-NCs熒光探針會(huì)出現(xiàn)完全淬滅，并且熒光光譜吸收峰的強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)大幅度的降低。葉酸功能化的金納米顆粒作為熒光檢測(cè)探針的吸收峰與Hg2+的濃度有良好的線性關(guān)系，以此通過(guò)FA-Au-NCs熒光探針可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確地定量檢測(cè)Hg2+的存在。
[0036]應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種熒光探針葉酸功能化的熒光金納米簇的制備方法，其特征在于包括以下步驟:首先將l-5mL的30mM氯金酸溶液與20_50mL水混合加熱至70-100°C，在磁力攪拌的條件下，加入2-5mL的0.2-1%葉酸水溶液，使得混合溶液的顏色由淡黃色逐漸變?yōu)樯钭厣?，反?yīng)進(jìn)行約10-30min之后，將混合溶液冷卻到室溫，在約6000-8000轉(zhuǎn)的條件下離心約lOmin，得到上清液即為熒光金納米簇； 所制得的熒光金納米簇在紫外光源下呈現(xiàn)藍(lán)光發(fā)射，其熒光光譜，在275nm的波長(zhǎng)下激發(fā)，突光金納米簇在440nm有強(qiáng)的發(fā)射峰,所述突光金納米簇的尺寸為3-7nm ； 所述熒光金納米簇通過(guò)熒光檢測(cè)的方法，可檢測(cè)出水溶液樣品中含有的微量的重金屬離子Hg2+。
【文檔編號(hào)】C09K11/02GK103627386SQ201310638673
【公開(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月4日
【發(fā)明者】柴芳, 蘇東悅, 王春剛, 吳曉彤, 楊馨, 夏清冬 申請(qǐng)人:哈爾濱師范大學(xué)