專利名稱：一種基于上轉(zhuǎn)換NaYF₄共振能量轉(zhuǎn)移的Hg²⁺傳感器及其檢測方法
技術領域：
本發(fā)明屬于Hg2+傳感器制備技術領域，特別涉及一種基于上轉(zhuǎn)換NaYF4共振能量轉(zhuǎn)移的Hg2+傳感器及其檢測方法。
背景技術：
隨著工業(yè)技術的發(fā)展，重金屬污染問題日趨嚴重，特別是汞污染問題。汞具有高毒性，對生物體和環(huán)境均具有極大的危害。汞具有揮發(fā)性，汞及其化合物可通過呼吸道、皮膚或消化道等不同途徑侵入人體，食物鏈對于汞有極強的富集能力，富集在人體內(nèi)的汞可以對大腦的神經(jīng)系統(tǒng)造成危害，并會引發(fā)心臟、肝臟、胃等組織和器官的疾病。因此，對于日常生活中的汞離子的檢測和監(jiān)控至關重要，實現(xiàn)環(huán)境和生物體內(nèi)汞離子實時快速有效的監(jiān)測就顯得意義重大。 目前汞離子的檢測方法多種多樣，大多是集中在光譜法，如原子吸收光譜法、原子發(fā)射光譜法，分光光度法及熒光分析方法等等，大多數(shù)分析方法對儀器和樣品的要求都很高，耗時較長，在實際應用中會受到一定的限制。而熒光分子探針技術(Himali S.，Hewage, Eric V. Anslyn. J. AM. CHEM. S0C. 2009，131，13099 - 13106; Tsui-Lien Kao. J. Org.Chem.2005,70, 2912-2920;Denis Svechkarev. J. Phys. Chem. A 2011,115,4223 - 4230)在一定程度上彌補了其不足之處，可以實現(xiàn)重金屬汞離子的原位檢測，但是大多數(shù)有機熒光探針分子水溶性都不好，且其熒光壽命短，穩(wěn)定性差，在實際樣品的檢測中仍然存在一定的局限性。近年來，納米材料的發(fā)展為解決這一問題提供了新的思路。納米顆粒以其獨特的光學和磁學等性質(zhì)也引起了很多研究者的興趣，其中以量子點(Ming Li, Qiaoyi Wang,,Xiaodong Shi, Lawrence A. Hornak, and Nianqiang Wu. Anal. Chem. 2011, 83, 7061 - 7065)、聚合物納米顆粒(Chao Ma, Fang Zeng, Lifang Huang, and Shuizhu Wu. J. Phys. Chem. B2011，115，874 - 882)、碳納米管(Libing Zhang, Tao Li, Bingling Li, Jing Li and ErkangWang. Chem. Commun. , 2010, 46, 1476 - 1478)、金或銀(Xun Yuan, Teik Jin Yeow, QingboZhang, Jim Yang Lee and Jianping Xie. Nanoscale, 2012, 4, 1968 - 1971)為主要材料設計重金屬汞離子傳感器都有相關的報道。稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料發(fā)射譜帶窄，熒光壽命長，背景干擾小，熒光穩(wěn)定，發(fā)光強，激發(fā)光穿透性強，對基質(zhì)的損傷小，正是因為以上這些優(yōu)異的特性，使其在細胞成像，癌癥診斷等生物領域有著潛在的應用價值(Meng Wang, Cong-Cong Mietc. ACS Nano2009, 3, 1580-1585.)。為了進一步研究其在重金屬汞離子傳感器領域的實際應用價值，設計一種簡單的基于稀土上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料FRET的Hg2+傳感器，達到水溶性好、高靈敏度、高選擇性、快速且低成本的檢測目的，是本發(fā)明的意義和重點所在。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于上轉(zhuǎn)換NaYF4共振能量轉(zhuǎn)移的Hg2+傳感器及其檢測方法，以克服現(xiàn)有的檢測技術中的缺陷和不足之處，達到高靈敏、高選擇性和低成本檢測環(huán)境中重金屬汞離子的目的。本發(fā)明所述的基于上轉(zhuǎn)換NaYF4共振能量轉(zhuǎn)移的Hg2+傳感器的制備方法為a.將O. 02-0. Ig的十二烷基肌氨酸鈉加入6_10mL去離子水中，超聲促使其完全溶解；b.將濃度為 O. 1-lmg/mL 的 block-polymer 150-300 μ L、濃度為 O. 3-0. 8mmol/mL的稀土上轉(zhuǎn)換納米顆粒100-300 μ L、濃度為O. 5-lmg/mL的磷脂150-200 μ L、濃度為5-15mg/mL的曲拉通X-100量取10-50 μ L、濃度為3_6mg/mL的羅丹明硫代內(nèi)酯200-300 μ L，混勻均勻后加入步驟a配制的溶液中，以上五種物質(zhì)均以氯仿或者環(huán)己烷為溶劑；c.在冰水浴、攪拌條件下用破碎粉碎儀超聲5-10min,最終形成水包油微乳液體系，超聲功率為400-600W ； d.靜置2-3min后，將微乳液在55_65°C水浴條件下進行抽濾旋蒸10_20min，去除溶液中的氯仿或環(huán)己烷；e.將得到的乳液轉(zhuǎn)移入處理后的微孔透析袋中，兩端封閉，放入盛有去離子水的燒杯中透析1-2天。步驟b所述的稀土上轉(zhuǎn)換納米顆粒為NaYF4 = Yb, Er，Yb的摻雜量為10_18wt%，Er的摻雜量為2-10wt%，納米顆粒直徑為15-20nm，納米顆粒表面包覆有油酸。步驟e所述的微孔透析袋的處理方法為剪取4-6cm長的透析袋加進含有O. 05-0. 06g乙二胺四乙酸、2-4mg碳酸氫鈉的150mL去離子水中加熱煮沸8_12分鐘，用水洗干凈后再放入含O. 05-0. 06g乙二胺四乙酸的150mL去離子水中加熱煮沸8_12分鐘，自然冷卻到室溫，放置到冰箱中冷藏待用。將上述制備的基于上轉(zhuǎn)換NaYF4共振能量轉(zhuǎn)移的Hg2+傳感器應用于金屬離子的檢測a.配制金屬離子溶液；b.將上述制備的基于上轉(zhuǎn)換NaYF4共振能量轉(zhuǎn)移的Hg2+傳感器加入金屬離子溶液中，再加入緩沖溶液，常溫下混合均勻后進行光譜測試；c.固定激發(fā)光波長為980nm，收集500-600nm波長范圍內(nèi)的光譜圖，根據(jù)熒光強度
定性定量檢測Hg2+。本發(fā)明的有益效果本方法利用超聲微乳法，在高分子和表面活性劑及磷脂的存在下，制得了水溶性的單分散大小均一的表面修飾有羅丹明硫代內(nèi)酯的稀土上轉(zhuǎn)換納米顆粒，即基于上轉(zhuǎn)換NaYF4共振能量轉(zhuǎn)移的Hg2+傳感器。在Hg2+存在的條件下，修飾在納米顆粒表面的羅丹明硫代內(nèi)酯與Hg2+特異性的結合，羅丹明硫代內(nèi)酯發(fā)生開環(huán)，在555nm處有一個最大吸收峰，在980nm近紅外光的激發(fā)下,正好與NaYF4納米顆粒的543nm處的發(fā)射峰發(fā)生重疊，發(fā)生有效的共振能量轉(zhuǎn)移，NaYF4納米顆粒的熒光發(fā)射峰很快被淬滅，可以通過檢測熒光強度，達到定性定量檢測Hg2+的目的。與傳統(tǒng)的檢測方法比較，該方法操作簡單，背景干擾小，信號強，成本低，且具有快速準確，高靈敏，高選擇性的特點。


圖I為實施例I使用的稀土上轉(zhuǎn)換納米顆粒的XRD圖；圖2為實施例I使用的稀土上轉(zhuǎn)換納米顆粒的TEM照片；圖3為實施例I制備的基于上轉(zhuǎn)換NaYF4共振能量轉(zhuǎn)移的Hg2+傳感器的TEM照片；圖4為實施例I制備的基于上轉(zhuǎn)換NaYF4共振能量轉(zhuǎn)移的Hg2+傳感器的FT-IR圖；圖5為羅丹明硫代內(nèi)酯和稀土上轉(zhuǎn)換納米顆粒光譜重疊圖；圖6為實施例I中pH值對Hg2+傳感器的影響關系圖；圖7為實施例I中不同濃度汞離子存在下Hg2+傳感器的熒光發(fā)射峰變化圖；圖8為實施例I中不同濃度汞離子對Hg2+傳感器熒光強度的標準曲線圖；
圖9為實施例I中不同濃度汞離子存在下檢測溶液的吸光度；圖10為實施例I不同金屬離子存在下Hg2+傳感器在543nm處的熒光強度的變化；圖11為熒光共振能量轉(zhuǎn)移Hg2+傳感器的原理圖。
具體實施例方式實施例I:a.將O. Ig的十二烷基肌氨酸鈉加入7mL去離子水中，超聲促使其完全溶解；b.將濃度為 lmg/mL 的 block-polymer 200 μ L、濃度為 O. 5mmol/mL 的稀土上轉(zhuǎn)換納米顆粒200 μ L、濃度為lmg/mL的磷脂200 μ L、濃度為10mg/mL的曲拉通X-100量取20 μ L、濃度為5mg/mL的羅丹明硫代內(nèi)酯200 μ L，混勻均勻后加入步驟a配制的溶液中，以上五種物質(zhì)均以氯仿為溶劑；c.在冰水浴、攪拌條件下用破碎粉碎儀超聲5min,最終形成水包油微乳液體系，超聲功率為500W ；d.靜置3min后，將微乳液在60°C水浴條件下進行抽濾旋蒸20min，去除溶液中的氯仿；e.將得到的乳液轉(zhuǎn)移入處理后的微孔透析袋中，兩端封閉，放入盛有去離子水的燒杯中透析2天，期間每3h更換一次去離子水。步驟b所述的稀土上轉(zhuǎn)換納米顆粒為NaYF4: Yb, Er，Yb的摻雜量為15wt%，Er的摻雜量為5wt%，納米顆粒直徑為15-20nm，呈單晶顆粒分布，納米顆粒表面包覆有油酸，采用油相的溶劑熱法合成，其XRD、TEM如圖1、2所示。步驟e所述的微孔透析袋的處理方法為剪取5cm長的透析袋加進裝有O. 05g乙二胺四乙酸、2mg碳酸氫鈉的150mL去離子水中加熱煮沸10分鐘，用水洗干凈后再放入含O. 06g乙二胺四乙酸的150mL去離子水中加熱煮沸10分鐘，自然冷卻到室溫，放置到冰箱中冷藏待用。block-polymer 的 CAS 號為 251553-55-6,分子量 575,化學式為 polyethylene-block-poly-(ethylene glycol)。曲拉通X-100 的 CAS 號為 9002-93-1。憐脂的化學式為2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine-N- (succinyI)(sodium salt)(carboxylated phospholipid, PL)。 上述制得的基于上轉(zhuǎn)換NaYF4共振能量轉(zhuǎn)移的Hg2+傳感器的TEM照片、FT-IR如圖
3、4所示。
將上述制得的基于上轉(zhuǎn)換NaYF4共振能量轉(zhuǎn)移的Hg2+傳感器進行檢測操作a.分別配制濃度為 ImM 的 Fe3+、Fe2+、Mn2+、Pb2+、Zn2+、Hg2+、Ni2+、Ag+、Cd2+、Cu2+、Al3+、Ca2+、Mg2+、Na+、NH4+、K+ 的金屬離子溶液和濃度為 0、0. 005,0. 01,0. 03,0. 07,0. 09,0. 1,0. 2、O. 3、O. 4、O. 5、O. 6、O. 7、O. 8、O. 9、I. O、I. 2、I. 4、I. 8、2. 2、2. 6、3. O、3. 5、4. O、4. 5、5. O、5. 5、6· 0、6· 5、7· 0、8· 0、9· 0、10· O ( μ M)的 Hg2+溶液；b.將上述制備的基于上轉(zhuǎn)換NaYF4共振能量轉(zhuǎn)移的Hg2+傳感器分別加入步驟a配置的溶液中，Hg2+傳感器的加入量為50 μ g/mL,再加入O. 2M的NaH2PO4-Na2HPO4緩沖溶液調(diào)節(jié)PH值為5，常溫下混合均勻后進行光譜測試；c.固定激發(fā)光波長為980nm，收集500_600nm波長范圍內(nèi)的光譜圖。羅丹明硫代內(nèi)酯的吸收光譜和稀土上轉(zhuǎn)換納米顆粒的發(fā)射光譜的重疊圖如圖5所示，溶液的PH值對汞離子檢測的影響如圖6所示，不同濃度的汞離子存在下上述Hg2+傳 感器的溶液熒光光譜的變化、標準曲線、紫外吸收光譜的變化如圖7、8、9所示，不同金屬離子存在下Hg2+傳感器的溶液在543nm處的熒光強度的變化如圖10所示。
權利要求
1.一種基于上轉(zhuǎn)換NaYF4共振能量轉(zhuǎn)移的Hg2+傳感器的制備方法，其特征在于，其具體制備步驟為 a.將O.02-0. Ig的十二烷基肌氨酸鈉加入6-10mL去離子水中，超聲促使其完全溶解；b.將濃度為O. Ι-lmg/mL 的 block-polymer 150-300 μ L、濃度為 O. 3-0. 8mmol/mL 的稀土上轉(zhuǎn)換納米顆粒100-300 μ L、濃度為O. 5-lmg/mL的磷脂150-200 μ L、濃度為5_15mg/mL的曲拉通X-100量取10-50 μ L、濃度為3-6mg/mL的羅丹明硫代內(nèi)酯200-300 μ L，混勻均勻后加入步驟a配制的溶液中，以上五種物質(zhì)均以氯仿或者環(huán)己烷為溶劑； c.在冰水浴、攪拌條件下用破碎粉碎儀超聲5-10min,最終形成水包油微乳液體系,超聲功率為400-600W ； d.靜置2-3min后，將微乳液在55_65°C水浴條件下進行抽濾旋蒸10_20min，去除溶液中的氯仿或環(huán)己烷； e.將得到的乳液轉(zhuǎn)移入處理后的微孔透析袋中，兩端封閉，放入盛有去離子水的燒杯中透析1-2天。
2.根據(jù)權利要求I所述的制備方法，其特征在于，步驟b所述的稀土上轉(zhuǎn)換納米顆粒為NaYF4:Yb, Er，Yb的摻雜量為10_18wt%，Er的摻雜量為2_10wt%，納米顆粒直徑為15_20nm，納米顆粒表面包覆有油酸。
3.根據(jù)權利要求I所述的制備方法，其特征在于，步驟e所述的微孔透析袋的處理方法為剪取4-6cm長的透析袋加進含有O. 05-0. 06g乙二胺四乙酸、2_4mg碳酸氫鈉的150mL去離子水中加熱煮沸8-12分鐘，用水洗干凈后再放入含O. 05-0. 06g乙二胺四乙酸的150mL去離子水中加熱煮沸8-12分鐘，自然冷卻到室溫，放置到冰箱中冷藏待用。
4.根據(jù)權利要求I所述的基于上轉(zhuǎn)換NaYF4共振能量轉(zhuǎn)移的Hg2+傳感器的檢測方法，其特征在于，檢測操作步驟為 a.配制金屬離子溶液； b.將上述制備的基于上轉(zhuǎn)換NaYF4共振能量轉(zhuǎn)移的Hg2+傳感器加入金屬離子溶液中，再加入緩沖溶液，常溫下混合均勻后進行光譜測試； c.固定激發(fā)光波長為980nm，收集500-600nm波長范圍內(nèi)的光譜圖，根據(jù)熒光強度定性定量檢測Hg2+。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于上轉(zhuǎn)換NaYF4共振能量轉(zhuǎn)移的Hg2+傳感器及其檢測方法。本方法利用超聲微乳法制得了水溶性的單分散大小均一的表面修飾有羅丹明硫代內(nèi)酯的稀土上轉(zhuǎn)換納米顆粒，即基于上轉(zhuǎn)換NaYF4共振能量轉(zhuǎn)移的Hg2+傳感器。在Hg2+存在的條件下，修飾在納米顆粒表面的羅丹明硫代內(nèi)酯與Hg2+特異性的結合發(fā)生開環(huán)，在555nm處有一個最大吸收峰，在980nm近紅外光的激發(fā)下，正好與NaYF4納米顆粒的543nm處的發(fā)射峰發(fā)生重疊，發(fā)生有效的共振能量轉(zhuǎn)移，NaYF4納米顆粒的熒光發(fā)射峰很快被淬滅，可以通過檢測熒光強度，達到定性定量檢測Hg2+的目的。與傳統(tǒng)的檢測方法比較，該方法操作簡單，背景干擾小，信號強，成本低，且具有快速準確，高靈敏，高選擇性的特點。
文檔編號G01N21/64GK102879363SQ20121034819
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月18日 優(yōu)先權日2012年9月18日
發(fā)明者汪樂余, 李慧 申請人:北京化工大學