一種基于羅丹明衍生物的重金屬離子多重檢測傳感器制備方法與流程

本發(fā)明涉及一種基于羅丹明衍生物的重金屬離子多重檢測傳感器制備方法，具體以制備的修飾對巰基苯胺標(biāo)記分子的AuNS@Ag納米立方體復(fù)合納米材料作為增強(qiáng)基底，以制備的羅丹明衍生物R作為熒光誘導(dǎo)物，利用納米立方體表面金殼與羅丹明衍生物R發(fā)生Ag-N螯合反應(yīng)，結(jié)合表面增強(qiáng)拉曼光譜及熒光光譜技術(shù)構(gòu)建重金屬離子多重檢測傳感器，從而實(shí)現(xiàn)基于多信號傳感的重金屬離子殘留的快速、靈敏、高效檢測研究。

背景技術(shù)：

隨著人類對重金屬的開采、冶煉以及加工等活動的深入，大量重金屬進(jìn)入大氣、水、土壤等環(huán)境中，從而引起了重金屬污染的嚴(yán)重化。盡管部分重金屬元素是人類生命活動所必須的微量元素，但由于重金屬不能被生物降解，具有生物累積性，可以在環(huán)境中積累和作物體內(nèi)殘留，通過食物鏈富集，最終進(jìn)入食物鏈頂端的人類體內(nèi)。因此，及時、準(zhǔn)確、高靈敏測定環(huán)境中重金屬離子濃度是預(yù)防、控制和治理重金屬污染的基礎(chǔ)和前提。傳統(tǒng)的分析方法，如原子吸收光譜、紫外-可見分光光度法、電感耦合等離子體質(zhì)譜、質(zhì)譜、X-射線熒光光譜等，可以很好地痕量檢測重金屬離子。但這些方法普遍存在檢測過程繁瑣、儀器昂貴、運(yùn)行費(fèi)用高、不易攜帶，要求有經(jīng)過專門訓(xùn)練的操作人員，并且不適合現(xiàn)場快速監(jiān)測和連續(xù)在線分析等缺點(diǎn)。因此，鑒于申請人在食品安全因子檢測及拉曼光譜技術(shù)使用方面積累的良好的工作基礎(chǔ)，本發(fā)明擬制備一種快速、靈敏、有效的檢測方法，結(jié)合拉曼光譜及熒光光譜技術(shù)實(shí)現(xiàn)多信號的重金屬離子多重檢測，為開創(chuàng)食品安全因子檢測新途徑提供理論基礎(chǔ)。

目前，以制備AuNS@Ag納米立方體復(fù)合納米材料作為增強(qiáng)基底，以制備的羅丹明衍生物R作為熒光誘導(dǎo)物，利用納米立方體表面金殼與羅丹明衍生物R發(fā)生Ag-N螯合反應(yīng)，結(jié)合表面增強(qiáng)拉曼光譜及熒光光譜技術(shù)構(gòu)建重金屬離子多重檢測傳感器仍未見報(bào)道。本發(fā)明作為一種新興的重金屬離子殘留檢測方法，從一定程度上實(shí)現(xiàn)了食品安全因子檢測的新途徑開發(fā)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供了一種基于羅丹明衍生物的重金屬離子多重檢測傳感器制備方法，其靈敏度高、可靠性強(qiáng)、檢測速度快，實(shí)現(xiàn)重金屬離子殘留檢測的目的，適用于食品安全、環(huán)境監(jiān)測等技術(shù)領(lǐng)域。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案：以制備的AuNS@Ag納米立方體復(fù)合納米材料作為增強(qiáng)基底，以制備的羅丹明衍生物R作為熒光誘導(dǎo)物，利用納米立方體表面金殼與羅丹明衍生物R發(fā)生Ag-N螯合反應(yīng)，結(jié)合表面增強(qiáng)拉曼光譜及熒光光譜技術(shù)構(gòu)建重金屬離子多重檢測傳感器，從而實(shí)現(xiàn)基于多信號傳感的重金屬離子殘留的快速、靈敏、高效檢測研究。

上述的一種基于羅丹明衍生物的重金屬離子多重檢測傳感器制備方法，所述的重金屬離子多重檢測是基于表面增強(qiáng)光譜及熒光光譜的多信號傳感。

上述的一種基于羅丹明衍生物的重金屬離子多重檢測傳感器制備方法，所述的增強(qiáng)基底AuNS@Ag納米立方體復(fù)合納米材料，與常用的增強(qiáng)基底金納米顆粒、銀納米顆粒、金納米棒、銀納米棒等相比，具有極強(qiáng)的拉曼信號增強(qiáng)效果，同時，AuNS@Ag納米立方體制備工藝是經(jīng)優(yōu)化所得，最佳反應(yīng)時間為4h，添加金納米球的體積為2mL，十六烷基三甲基氯化銨體積為4.0mL。

上述的一種基于羅丹明衍生物的重金屬離子多重檢測傳感器制備方法，所述的AuNS@Ag-羅丹明衍生物R復(fù)合物主要利用納米立方體表面金殼與羅丹明衍生物R發(fā)生Ag-N螯合反應(yīng)制備所得。

上述的一種基于羅丹明衍生物的重金屬離子多重檢測傳感器制備方法，所述的拉曼信號主要利用自主搭建的顯微拉曼光譜系統(tǒng)采集，所搭建顯微拉曼光譜系統(tǒng)是將拉曼光譜技術(shù)與顯微成像技術(shù)的獨(dú)特性質(zhì)相結(jié)合，既可用于拉曼光譜檢測研究，還可通過顯微模塊，用于微觀領(lǐng)域的拉曼光譜同步分析，實(shí)現(xiàn)不同技術(shù)之間的優(yōu)勢互補(bǔ)，為重金屬離子快速檢測提供優(yōu)勢平臺。

上述的一種基于羅丹明衍生物的重金屬離子多重檢測傳感器制備方法，該方法包括如下具體步驟：

1)金納米球制備：CTAC包覆的金納米球的合成主要是通過之前文獻(xiàn)報(bào)道的種子生長法制備。具體步驟為，首先將0.6mL硼氫化鈉(10mM)溶液加入到含有0.25mL10mM氯金酸和9.75mL0.1M CTAB混合溶液中，室溫下連續(xù)震蕩約30min，直到溶液顏色從黃色變?yōu)樽厣?。制備種子液在室溫下放置3h。生長液的制備主要是將4.5mL 0.1M抗壞血酸加入到混有6mL 0.5mM氯金酸和6mL 0.2M CTAC混合溶液中，隨后，取0.3mL金種子液于上述生長液中，生長過夜，最終通過離心分離方式得到金納米微球。

2)AuNS@Ag納米立方體增強(qiáng)基底制備：分別取不同體積金納米微球(0.15,0.2,0.5,1.0,2.0,and 3.0mL)與不同體積20mM CTAC(4.85,4.8,4.5,4.0,3.0,and 2.0mL)混合，60℃下連續(xù)震蕩20min。隨后，將5mL 2mM硝酸銀及溶有50mM抗壞血酸和40mM CTAC的5mL水溶液分別加入到上述混合溶液中，60℃下連續(xù)震蕩4h。反應(yīng)結(jié)束后，將混合溶液立即取出于冰浴中冷卻降至室溫，隨后通過離心分離方式獲取不同尺寸優(yōu)化的。

3)羅丹明衍生物制備：稱取1g羅丹明B及5mL三(2-氨乙基)胺溶于60mL甲醇中，在395k溫度下結(jié)合冷凝回流裝置反應(yīng)一段時間，直到溶液從粉紅色變?yōu)辄S色。隨后，將混合溶液降為室溫，抽真空過夜干燥。隨后，將干燥物用100mL二氯甲烷和200mL蒸餾水混合清洗后，用無水硫酸鈉干燥過夜。最終，將硫酸鈉過濾掉，得到黃色油狀羅丹明衍生物。

4)AuNS@Ag-羅丹明衍生物R復(fù)合物制備：在氮?dú)獗Ｗo(hù)環(huán)境下，取1g制備AuNS@Ag納米立方體及0.57g羅丹明衍生物R于50mL甲苯試劑中，混合震蕩48h后，離心，沉淀用甲苯及二氯甲烷清洗數(shù)次，隨后真空干燥，得到AuNS@Ag-羅丹明衍生物R復(fù)合物。

5)拉曼光譜檢測：將制備的200uLAuNS@Ag-羅丹明衍生物R復(fù)合物與100uL不同濃度重金屬離子溶液混合于96孔板中，以100uL蒸餾水為對照組，通過離心分離方式去除多余的復(fù)合物，測其拉曼光譜強(qiáng)度(上清液)，以反應(yīng)前后標(biāo)記分子特征峰的拉曼強(qiáng)度差與重金屬離子濃度建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，實(shí)現(xiàn)基于拉曼信號的重金屬離子檢測。

6)熒光光譜檢測：將制備的200uLAuNS@Ag-羅丹明衍生物R復(fù)合物與100uL不同濃度重金屬離子溶液混合于離心管中，連續(xù)震蕩混合后于微量比色皿中進(jìn)行熒光光譜檢測，激發(fā)波長為520nm，發(fā)射波長為400-700nm。

與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

本發(fā)明所提出的重金屬離子多重檢測是基于表面增強(qiáng)光譜及熒光光譜的多信號傳感，之前無人報(bào)道過，

本發(fā)明所制備的增強(qiáng)基底AuNS@Ag納米立方體復(fù)合納米材料，與常用的增強(qiáng)基底金納米顆粒、銀納米顆粒、金納米棒、銀納米棒等相比，具有極強(qiáng)的拉曼信號增強(qiáng)效果，同時，AuNS@Ag納米立方體制備工藝是經(jīng)優(yōu)化所得，最佳反應(yīng)時間為4h，添加金納米球的體積為2mL，十六烷基三甲基氯化銨體積為4.0mL。

本發(fā)明所制備的AuNS@Ag-羅丹明衍生物R復(fù)合物主要利用納米立方體表面金殼與羅丹明衍生物R發(fā)生Ag-N螯合反應(yīng)制備所得。

本發(fā)明制備的的檢測方法用于重金屬離子殘留檢測靈敏度高，檢測速度快，檢測范圍廣，在食品安全、環(huán)境監(jiān)測等技術(shù)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

本發(fā)明所述的拉曼信號主要利用自主搭建的顯微拉曼光譜系統(tǒng)采集，所搭建顯微拉曼光譜系統(tǒng)是將拉曼光譜技術(shù)與顯微成像技術(shù)的獨(dú)特性質(zhì)相結(jié)合，既可用于拉曼光譜檢測研究，還可通過顯微模塊，用于微觀領(lǐng)域的拉曼光譜同步分析，實(shí)現(xiàn)不同技術(shù)之間的優(yōu)勢互補(bǔ)，為重金屬離子快速檢測提供優(yōu)勢平臺。

本發(fā)明利用AuNS@Ag-羅丹明衍生物R復(fù)合物與重金屬離子發(fā)生開環(huán)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)其檢測。

附圖說明

圖1為金納米球表征圖：(A)為金納米球透射電鏡圖；(B)為金納米球紫外吸收光譜；

圖2為為不同優(yōu)化尺寸AuNS@Ag納米立方體復(fù)合納米材料透射電鏡表征圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施實(shí)例1

為了進(jìn)一步驗(yàn)證本發(fā)明所制備檢測方法對牛重金屬離子殘留檢測的作用，本發(fā)明實(shí)例，以汞離子(Hg²⁺)為例，具體操作步驟如下：

(1)金納米球制備：CTAC包覆的金納米球的合成主要是通過之前文獻(xiàn)報(bào)道的種子生長法制備。具體步驟為，首先將0.6mL硼氫化鈉(10mM)溶液加入到含有0.25mL10mM氯金酸和9.75mL0.1M CTAB混合溶液中，室溫下連續(xù)震蕩約30min，直到溶液顏色從黃色變?yōu)樽厣?。制備種子液在室溫下放置3h。生長液的制備主要是將4.5mL 0.1M抗壞血酸加入到混有6mL 0.5mM氯金酸和6mL 0.2M CTAC混合溶液中，隨后，取0.3mL金種子液于上述生長液中，生長過夜，最終通過離心分離方式得到金納米微球。圖1為金納米球表征圖：(A)為金納米球透射電鏡圖；(B)為金納米球紫外吸收光譜；

(2)AuNS@Ag納米立方體增強(qiáng)基底制備：取2.0mL金納米微球與不同體積4mL 20mM CTAC混合，60℃下連續(xù)震蕩20min。隨后，將5mL 2mM硝酸銀及溶有50mM抗壞血酸和40mM CTAC的5mL水溶液分別加入到上述混合溶液中，60℃下連續(xù)震蕩4h。反應(yīng)結(jié)束后，將混合溶液立即取出于冰浴中冷卻降至室溫，隨后通過離心分離方式獲取納米立方體圖2為為不同優(yōu)化尺寸AuNS@Ag納米立方體復(fù)合納米材料透射電鏡表征圖；

(3)羅丹明衍生物制備：稱取1g羅丹明B及5mL三(2-氨乙基)胺溶于60mL甲醇中，在395k溫度下結(jié)合冷凝回流裝置反應(yīng)一段時間，直到溶液從粉紅色變?yōu)辄S色。隨后，將混合溶液降為室溫，抽真空過夜干燥。隨后，將干燥物用100mL二氯甲烷和200mL蒸餾水混合清洗后，用無水硫酸鈉干燥過夜。最終，將硫酸鈉過濾掉，得到黃色油狀羅丹明衍生物。

(4)AuNS@Ag-羅丹明衍生物R復(fù)合物制備：在氮?dú)獗Ｗo(hù)環(huán)境下，取1g制備AuNS@Ag納米立方體及0.57g羅丹明衍生物R于50mL甲苯試劑中，混合震蕩48h后，離心，沉淀用甲苯及二氯甲烷清洗數(shù)次，隨后真空干燥，得到AuNS@Ag-羅丹明衍生物R復(fù)合物。

(5)拉曼光譜檢測：將制備的200uLAuNS@Ag-羅丹明衍生物R復(fù)合物與100uL不同濃度重金屬離子溶液混合于96孔板中，以100uL蒸餾水為對照組，通過離心分離方式去除多余的復(fù)合物，測其拉曼光譜強(qiáng)度(上清液)，以反應(yīng)前后標(biāo)記分子特征峰的拉曼強(qiáng)度差與重金屬離子濃度建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，實(shí)現(xiàn)基于拉曼信號的重金屬離子檢測。圖2為拉曼信號采集裝置構(gòu)建技術(shù)圖；

(6)熒光光譜檢測：將制備的200uLAuNS@Ag-羅丹明衍生物R復(fù)合物與100uL不同濃度重金屬離子溶液混合于離心管中，連續(xù)震蕩混合后于微量比色皿中進(jìn)行熒光光譜檢測，激發(fā)波長為520nm，發(fā)射波長為400-700nm。

綜上，本發(fā)明涉及一種基于羅丹明衍生物的重金屬離子多重檢測傳感器制備方法。該方法為：以重金屬離子為研究對象，以制備的修飾對巰基苯胺標(biāo)記分子的AuNS@Ag納米立方體復(fù)合納米材料作為增強(qiáng)基底，以制備的羅丹明衍生物R作為熒光誘導(dǎo)物，利用納米立方體表面金殼與羅丹明衍生物R發(fā)生Ag-N螯合反應(yīng)，結(jié)合表面增強(qiáng)拉曼光譜及熒光光譜技術(shù)構(gòu)建重金屬離子多重檢測傳感器，從而實(shí)現(xiàn)基于多信號傳感的重金屬離子殘留的快速、靈敏、高效檢測研究。制備的重金屬離子多重檢測傳感器，當(dāng)重金屬離子存在時，一方面，AuNS@Ag-羅丹明衍生物R復(fù)合物發(fā)生開環(huán)反應(yīng)，并發(fā)生螯合作用，恢復(fù)羅丹明的共軛結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)了復(fù)合物的熒光強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)基于熒光信號的重金屬離子檢測；另一方面，通過離心分離方式去除多余的復(fù)合物，測其拉曼光譜強(qiáng)度，以反應(yīng)前后標(biāo)記分子特征峰的拉曼強(qiáng)度差與重金屬離子濃度建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，實(shí)現(xiàn)基于拉曼信號的重金屬離子檢測；該方法適用于食品安全、環(huán)境監(jiān)測等技術(shù)領(lǐng)域。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示意性實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個或多個實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。