姚旭松，龔 力

(四川省科源工程技術(shù)測(cè)試中心，四川 成都 610031)

Cu2+在人體內(nèi)金屬離子含量排行第3，是很多生物反應(yīng)必需的金屬離子[1]。然而，銅離子含量過(guò)高或過(guò)低都會(huì)對(duì)生物體造成不利影響[2]。因此，建立一種檢測(cè)銅的準(zhǔn)確簡(jiǎn)便的方法具有重大意義。如今有各種各樣的方法能實(shí)現(xiàn)對(duì)銅的檢測(cè)，例如原子吸收光譜法[3]，毛細(xì)管電泳法[4]，伏安法[5]等等。但是不足的是，這些方法需要復(fù)雜的操作程序，昂貴的儀器，大量的測(cè)試樣品等。因此采用熒光分析和生物分析等相似的方法對(duì)銅離子檢測(cè)的方式逐漸被發(fā)展起來(lái)[6- 7]。

與單熒光探針相比，雙熒光比率探針更能被肉眼區(qū)別[8]。雙熒光比率熒光探針提供了一種內(nèi)部校正使其免受外部條件干擾。更重要的是，雙熒光熒光比率探針可以通過(guò)2個(gè)發(fā)射峰的強(qiáng)度比值來(lái)消除熒光激發(fā)時(shí)的熒光峰的波動(dòng)[9]。

碳量子點(diǎn)(C-dot)因其優(yōu)異的光學(xué)性質(zhì)、抗光漂白性、穩(wěn)定性、可調(diào)的激發(fā)和發(fā)射光譜等性質(zhì)而受到廣泛的關(guān)注[10]。作為一種理想的非物質(zhì)，CdTe量子點(diǎn)(Q-dots)因其獨(dú)特的性質(zhì)受到廣泛重視，包括其狹窄、對(duì)稱及尺寸可調(diào)的發(fā)射光譜，廣闊的激發(fā)光譜等等。量子點(diǎn)已被廣泛運(yùn)用于各種化學(xué)物質(zhì)的分析檢測(cè)[11]。在這里，我們通過(guò)簡(jiǎn)單的化學(xué)反應(yīng)結(jié)合藍(lán)色熒光的碳量子點(diǎn)和紅色熒光的碲化鎘量子點(diǎn)，從而建立一個(gè)銅離子傳感體系。簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)，合成出巰基乙酸(TGA)修飾的高熒光的碲化鎘量子點(diǎn)，通過(guò)酰胺反應(yīng)將其共價(jià)連接在C-dot@SiO2表面，C-dot處于二氧化硅內(nèi)部，與銅離子產(chǎn)生隔離，Q-dots處于二氧化硅表面，直接接觸銅離子，當(dāng)外界銅離子濃度逐漸增加，Q-dots因其表面的羧基基團(tuán)對(duì)銅離子產(chǎn)生吸附作用使其熒光逐漸減弱，而C-dots熒光強(qiáng)度不變。因此建立一個(gè)特異性識(shí)別銅離子的熒光探針傳感體系。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽 (EDC, C8H17N3·HCl, ≥ 99.0%),N-羥基琥珀酰亞胺(NHS,C4H5NO3,≥99.0%)，嗎啉乙磺酸[2-(Nmorpholino) ethane sulfonic acid,0.1mM,≥99.5%]。環(huán)己烷(C6H12,≥99.0%),正己醇(C6H14O,≥99.0%)，一水檸檬酸(C6H8O7·2H2O,≥99.0%),硼氫化鈉(NaBH4,≥97.0%),氯化鎘(CdCl2·5H2O,≥99.8%),氨水(25%)無(wú)水乙醇(C2H6O,≥99.7%)。巰基乙酸(TGA,C2H4O2S,≥99.0%),正硅酸乙酯(TEOS,C8H20O4Si,≥99.0%),3-氨基丙基-3-乙氧基硅烷(APTES,C9H23NO3Si,≥98.0%)、碲粉(Te,≥99.5%)。

1.2 Q-dots的合成

Q-dots的合成方法參照Z(yǔ)hang等[12]的工作并做適當(dāng)改進(jìn)。0.0638g碲粉及0.12g NaBH4混合分散于10mL超純水中，氬氣保護(hù)下冰浴攪拌10h，得到制備的NaHTe溶液。將剛制備的NaHTe溶液加入到pH已調(diào)為10的174.5μL TGA和0.2284g CdCl2的混合溶液中，使得Cd2+:TGA：Te2-的摩爾比為1∶2.5∶0.5，最終的混合液在氮?dú)夥諊禄亓?5h，得到的Q-dots放置低溫陰暗處備用。

1.3 氨基修飾的C-dots的合成

合成方法在Zhu等[13]研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)。0.5g檸檬酸溶解于12.5mL去離子水中，置于30mL的聚四氟乙烯不銹鋼反應(yīng)釜中，在200℃下反應(yīng)5h，自然冷卻至室溫，將得到的粗產(chǎn)品離心出去未反應(yīng)的沉淀雜質(zhì)，得到表面富含羧基基團(tuán)的碳量子點(diǎn)，將離心得到的澄清液體繼續(xù)倒入反應(yīng)釜中，加入600μL氨水，繼續(xù)在200℃下恒溫反應(yīng)5h，再經(jīng)過(guò)離心得到黃棕色澄清的氨基修飾的碳量子點(diǎn)。對(duì)碳量子點(diǎn)的氨基修飾的目的是為C-dot@SiO2的合成做準(zhǔn)備。

1.4 表面功能化C-dot@SiO2的合成

C-dot@SiO2的合成方法參照于Jing等[14]的方法。7.5mL環(huán)己烷，1.77mL Triton X-100，1.8mL正己醇混合攪拌10分鐘，隨后，50mL碳量子點(diǎn)水溶液，10μL 0.5%(W/V)殼聚糖溶液加入到體系，攪拌30min，50μL氨水和60μL TEOS加入到體系，室溫下攪拌12h。為了在二氧化硅表面修飾上氨基，30μL APTES加入到上述混合液中，再攪拌12h。在得到的混合澄清液中加入適量丙酮破乳，離心分離得到氨基修飾的C-dot@SiO2復(fù)合材料，乙醇和水分別洗滌5次，最后真空干燥得到C-dot@SiO2復(fù)合材料粉末備用。

1.5 雙熒光復(fù)合材料的合成

1mL Q-dots溶液和20mg藍(lán)色熒光的C-dot@SiO2復(fù)合材料分散于20mL MES緩沖液中(pH6.1)中，然后加入1mL EDC/NHS(mg·mL-1)，常溫避光反應(yīng)2h，加入EDC和NHS的目的是在碲化鎘的羧基和C-dot@SiO2表面的氨基之間形成酰胺鍵。反應(yīng)完成后，離心分離，得到的沉淀用去離子水洗滌3遍，然后分散于10mL去離子水中備用。

1.6 Cu2+的測(cè)定

1mL的C-dot@SiO2@Q-dots分散液加入到石英皿中，隨即1.5mL的已知濃度銅離子的磷酸緩沖液加入到上述混合液中，最終的C-dot@SiO2@Q-dots探針濃度為1mg·mL-1,整個(gè)過(guò)程中激發(fā)狹縫為5nm，發(fā)射狹縫為10nm，在365的激發(fā)波長(zhǎng)下測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 C-dot@SiO2@Q-dots的表征

TEM表征如圖1(a-d)，從圖中可以看出，C-dot@SiO2和C-dot@SiO2@Q-dots的微粒尺寸在39～60nm之間，從其中50個(gè)顆粒計(jì)算出平均尺寸為51.05±4.80nm。從圖2的a、b中可以看出，C-dot@SiO2具有光滑的表面，c、d圖中可以明顯看到表面的顆粒，Q-dots已經(jīng)連接在了C-dot@SiO2表面。兩者沒(méi)有明顯的尺寸改變。

圖1 (a)C-dot@SiO2的TEM圖(bar:100nm)，(b)C-dot@SiO2的TEM圖(bar:50nm)(c)，C-dot@SiO2@Q-dots的TEM圖(bar:100nm)，(d)C-dot@SiO2@Q-dots的TEM圖(bar:50nm)，

此外，在紅外光譜圖即圖2中，在波數(shù)1654cm-1和1550cm-1左右的位置，可以從C-dot@SiO2@Q-dots的FTIR圖看到C=ONR的伸縮振動(dòng)，但在C-dot@SiO2的FTIR圖中無(wú)明顯C=ONR的伸縮振動(dòng)，圖中波數(shù)在1100cm-1附近的吸收峰屬于Si-O-Si和Si-O-CH的伸縮振動(dòng)，波數(shù)在1680cm-1附近的吸收峰屬于C=O的伸縮振動(dòng)，在3390、1620和1410cm-1的吸收峰屬于C-dot@SiO2@Q-dots表面氨基基團(tuán)的振動(dòng)，3425cm-1的吸收峰屬于-OH的伸縮振動(dòng)，這些數(shù)據(jù)表明C-dot@SiO2表面有氨基基團(tuán)及羧基基團(tuán)存在，即存在形成酰胺鍵的前提，并結(jié)合1654cm-1和1550cm-1的吸收峰，證明成功形成了酰胺鍵。

圖2 C-dot@SiO2,C-dot@SiO2@Q-dots的FTIR光譜圖

圖3為C-dot、Q-dots、C-dot@SiO2及C-dot@SiO2@Q-dots的UV-Vis光譜圖，從線a中可以看到第1次激發(fā)吸收峰位于345nm，但是在線c的345nm位置沒(méi)有看到明顯的激發(fā)吸收峰，表明C-dot已成功被包被在SiO2內(nèi)部，其發(fā)射信號(hào)被SiO2殼掩蓋，所以沒(méi)有出現(xiàn)吸收峰，線b表明Q-dots的吸收峰位于638nm，同理，在線d中，在345nm位置沒(méi)有明顯的吸收峰，但在638nm出現(xiàn)了Q-dots的吸收峰。

圖3 C-dots,Q-dots,C-dot@SiO2,復(fù)合顆粒的UV-Vis光譜圖

將復(fù)合顆粒、C-dot@SiO2和Q-dots在日光燈下和紫外燈下(λ=365nm)作對(duì)照，Q-dots熒光呈橘紅色，C-dot@SiO2為藍(lán)色，而復(fù)合顆粒呈紅色。C-dot和Q-dots的吸收峰分別在441和605nm處，值得注意的是復(fù)合顆粒具有2個(gè)吸收峰，且吸收峰位置在443和606處，與C-dot和Q-dots的吸收峰相符，結(jié)合FTIR圖及UV-Vis光譜圖說(shuō)明了C-dot和Q-dots已經(jīng)通過(guò)成鍵結(jié)合在一起。綜合所有的數(shù)據(jù)推測(cè)并證明C-dot@SiO2@Q-dots復(fù)合顆粒成功被合成出來(lái)。

2.2 雙熒光C-dot@SiO2@Q-dots對(duì)銅離子的檢測(cè)

圖4中，紅色熒光的Q-dots共價(jià)連接在包被了藍(lán)色熒光的C-dots的二氧化硅球表面，其中，C-dots被包被于二氧化硅內(nèi)的主要作用是消除外部條件干擾，被作于內(nèi)置校正因子，而外部的Q-dots作為熒光探針與銅離子接觸，銅離子會(huì)使Q-dots熒光減弱乃至淬滅。基于此條件，我們了解Q-dots在堿性條件下易發(fā)生水解導(dǎo)致不穩(wěn)定，熒光容易淬滅，因此，可以明顯的看到605nm處的熒光強(qiáng)度對(duì)銅離子的濃度有密不可分的關(guān)系，但是隨著銅離子濃度的改變，在441nm出的熒光強(qiáng)度沒(méi)有明顯的變化，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，由于少量的C-dots處于二氧化硅殼表面，隨著銅離子濃度改變，其熒光會(huì)隨著發(fā)生輕微的改變但不明顯。

圖4 雙熒光C-dot@SiO2@Q-dots作為Cu2+離子探針示意圖

2.3 對(duì)蔬菜中銅離子的檢測(cè)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)表面C-dots@SiO2@Q-dots具有優(yōu)異的選擇性和抗干擾能力，為了進(jìn)一步測(cè)試C-dots@SiO2@Q-dots在實(shí)際生活中的應(yīng)用，我們將C-dots@SiO2@Q-dots運(yùn)用于黃果柑和萵苣的銅離子含量的檢測(cè)，如表1所示，分析結(jié)果采用標(biāo)準(zhǔn)加入法進(jìn)一步證實(shí)，2種黃果柑和萵苣的回收率分別為96.7%、96.9%和100.8%，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，C-dots@SiO2@Q-dots在對(duì)實(shí)際生活中的檢測(cè)也具有很大潛力，值得的一提的是，可以通過(guò)對(duì)Q-dots表面基團(tuán)修飾達(dá)到更廣泛的應(yīng)用的目的。

3 結(jié)論

制備了農(nóng)業(yè)上對(duì)銅離子具有高度選擇性的C-dot@SiO2@Q-dots復(fù)合粒子，設(shè)計(jì)了一種穩(wěn)定的高選擇的雙熒光銅離子探針，并成功應(yīng)用于蔬菜水果中銅離子的檢測(cè)，其結(jié)果具有良好的選擇性及低的檢測(cè)限。從理論上來(lái)說(shuō)，該復(fù)合納米粒子也可以運(yùn)用于水中銅離子的檢測(cè)，但可能不適于含有復(fù)雜成分的物質(zhì)的運(yùn)用，但值得一提的是，可以通過(guò)對(duì)Q-dots表面基團(tuán)的修飾來(lái)消除各種不利因素，激發(fā)其運(yùn)用潛力，例如運(yùn)用于各種無(wú)機(jī)鹽及有機(jī)分子中的檢測(cè)應(yīng)用。

表1 對(duì)蔬菜中銅離子的檢測(cè)結(jié)果