一種磁性熒光石墨烯復(fù)合納米離子探針的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米探針制備領(lǐng)域，具體涉及一種磁性熒光石墨烯復(fù)合納米離子探針的制備，該復(fù)合微粒同時(shí)具備了量子點(diǎn)的熒光性能和磁性納米顆粒的磁性能，可實(shí)現(xiàn)對(duì)銅離子的快速檢出及分離，在生物分子檢測(cè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國工業(yè)飛速發(fā)展和城市化進(jìn)程的逐步加快，重金屬污染已對(duì)人體健康及環(huán)境造成了巨大的危害。銅離子作為一種重要的重金屬離子，廣泛存在于工業(yè)生產(chǎn)的各類水體中。一方面銅離子對(duì)于人體來說是一種必需的生命元素，它是構(gòu)成生物體中血清蛋白和細(xì)胞色素氧化酶等的活性物質(zhì)，對(duì)氧的循環(huán)和生物酶的催化活性有重要作用；另一方面過多的銅離子會(huì)導(dǎo)致濕疹、腎病甚至損害中樞神經(jīng)系統(tǒng)等。因此設(shè)計(jì)合成高選擇性和高靈敏檢測(cè)銅離子的方法對(duì)于分析化學(xué)是一項(xiàng)重要的工作。
[0003]目前檢測(cè)銅離子的方法主要有原子光譜法、電化學(xué)分析法、分子吸收光譜法和熒光光譜法等。熒光光譜法由于其靈敏度高、選擇性好、樣品前處理簡單和成本低廉等優(yōu)勢(shì)得到了廣泛應(yīng)用。近年來，將量子點(diǎn)應(yīng)用于重金屬離子的分析受到關(guān)注，并應(yīng)用于各類重金屬離子如Zn2+、Hg2+、Pb2+等的檢測(cè)，其中用于測(cè)定銅離子的研究頗多。與傳統(tǒng)的有機(jī)熒光染料相比，量子點(diǎn)具有熒光量子產(chǎn)率高、光化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)良的光學(xué)特性，是一種很有發(fā)展?jié)摿Φ臒晒馓结槨Ａ孔狱c(diǎn)對(duì)金屬離子的檢測(cè)主要包括以下三方面的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:(1)當(dāng)加入金屬離子后，量子點(diǎn)的熒光強(qiáng)度出現(xiàn)淬滅現(xiàn)象；(2)當(dāng)加入金屬離子后，量子點(diǎn)的熒光強(qiáng)度出現(xiàn)增強(qiáng)的現(xiàn)象；(3)當(dāng)加入金屬離子后，量子點(diǎn)的發(fā)射波長出現(xiàn)移動(dòng)的現(xiàn)象。因此，對(duì)量子點(diǎn)的表面進(jìn)行功能化修飾，可實(shí)現(xiàn)金屬離子與生物分子作用，用于重金屬離子的檢測(cè)。然而，量子點(diǎn)只能實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬離子的檢測(cè)，無法有效的吸附和分離金屬離子，基于此，首先合成磁性熒光復(fù)合納米顆粒，并在其表面引入特定的官能團(tuán)，如羥基、羧基、氨基、烷烴基等或者是特殊的分子，實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬離子高效靈敏的檢測(cè)和分離。
[0004]谷胱甘肽(GSH)是一種具有特殊生物學(xué)功能的氨基酸衍生物，屬于含有巰基的小分子肽類物質(zhì)。谷胱甘肽有清除自由基、解毒等許多重要的生理功能，對(duì)機(jī)體生化防御體系起重要作用，并含有羧基、氨基、巰基和酰胺基等多種配位基團(tuán)，同時(shí)，其分子中含有3個(gè)可解離質(zhì)子和10個(gè)可參與配位的原子，是研究生物分子與金屬離子作用較理想的模型。金屬元素尤其是重金屬元素具有強(qiáng)烈的親S元素的特性，而巰基(-SH)是GSH分子結(jié)構(gòu)中一個(gè)重要的官能團(tuán)，它能與金屬離子(M2+)結(jié)合形成無毒或低毒的配合物而排出體外，從而起到解毒的作用。因此，根據(jù)熒光淬滅原理，通過在量子點(diǎn)表面修飾配體分子還原型谷胱甘肽，配體分子與金屬離子絡(luò)合形成配合物，導(dǎo)致量子點(diǎn)熒光發(fā)生猝滅，基于量子點(diǎn)的熒光和磁性材料的分離特性，可有效地檢測(cè)分離金屬銅離子。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種磁性熒光石墨烯復(fù)合納米離子探針的制備方法，該方法制備的離子探針具有檢測(cè)靈敏度高、選擇性好、反應(yīng)條件溫和等優(yōu)點(diǎn)，于單一的熒光量子點(diǎn)離子探針相比，可在快速檢測(cè)重金屬離子的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)金屬離子的富集與分離。多功能復(fù)合納米離子探針在生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境化學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0006]本發(fā)明是通過以下措施實(shí)現(xiàn)的:
一種磁性熒光石墨烯復(fù)合納米離子探針的制備，制備方法包括以下步驟:
(a)采用水熱法制備磁性石墨烯納米復(fù)合物:將三價(jià)鐵鹽、乙酸鈉與氧化石墨烯溶于乙二醇和二甘醇的混合溶液中，經(jīng)超聲分散10-90 min后移至水熱高壓反應(yīng)釜，在150°C -220°C下反應(yīng)4-12小時(shí)，反應(yīng)完全后冷卻至室溫，用磁鐵將磁性物質(zhì)從溶液中分離出，用水和無水乙醇反復(fù)洗滌后再用磁鐵分離，然后將分離得到的磁性石墨烯材料干燥，最后得到磁性石墨烯納米復(fù)合物；
(b)采用共價(jià)鍵合法制備磁性焚光石墨稀復(fù)合納米顆粒:取0.005-0.lg步驟(a)中制備的磁性石墨烯納米復(fù)合物分散到蒸餾水中，使磁性石墨烯納米復(fù)合顆粒分散均勻，并加Λ 0.01-0.2g 1-乙基-3-(3-二甲基胺丙基)碳化二亞胺鹽酸鹽(EDC)，超聲10-30min，得到反應(yīng)溶液A ;取制備的濃縮的水相量子點(diǎn)溶于蒸餾水中，并加入0.01-0.2g N-羥基丁二酰亞胺(NHS)，超聲10-20min，得到反應(yīng)溶液B ;將反應(yīng)溶液A和B混合，室溫下振蕩反應(yīng)2-10 h，離心分離，蒸餾水洗滌，即得到磁性熒光石墨烯復(fù)合納米顆粒。
[0007]—種高效率的離子探針，取ΙΟΟμ?制備的磁性熒光石墨烯復(fù)合納米顆粒，其中復(fù)合納米顆粒的濃度為2X 10 5-2X 10 3 mol/L，加入1.8 mL pH=7.4，濃度為0.01 mol/L的緩沖溶液中，同時(shí)加入最高濃度為2 X 10 5-2X 10 7 mol/L的Cu2+離子溶液，反應(yīng)10_30min，制得用于檢測(cè)痕量銅金屬離子的熒光探針。
[0008]所述的量子點(diǎn)為表面帶有親水基團(tuán)的水溶性量子點(diǎn)，量子點(diǎn)為I1-VI族半導(dǎo)體材料，或者為I1-VI半導(dǎo)體材料形成的復(fù)合材料，優(yōu)選的量子點(diǎn)為ZnSe、CdSe、CdTe、CdS、ZnSe/ZnS、CdS/ZnS、CdSe/ZnS、CdTe/ZnS、ZnxCd! xSe、CdSe! XSX、CdSe! xTex、CdSe/ZnSe、CdS/ZnSe、CdTe/ZnSe、CdSe/CdS、CdTe/CdS、CdS/ZnxCd! XS、ZnSe/ZnxCd! XS、CdSe/ZnxCd! XS 或CdTe/ZnxCd! XS，其中0 < X < 1 ;量子點(diǎn)合成中所使用的表面配體分子為還原型谷胱甘肽。
[0009]所述的熒光量子點(diǎn)和磁性納米顆粒以單分散形式均勻分布在石墨烯表面，其中磁性納米顆粒的粒徑大小在10-500 nm，量子點(diǎn)的粒徑在1.5-10 nm。
[0010]所述三價(jià)鐵鹽為氯化鐵、硫酸鐵、硝酸鐵、高氯酸鐵或檸檬酸鐵中的一種；所述三價(jià)鐵鹽、乙酸鈉、氧化石墨烯、乙二醇和二甘醇與的用量比為0.1-0.5g:0.15-1.5g:
0.01-0.5g:4-15mL:0-5mL ;磁性石墨稀納米復(fù)合物與量子點(diǎn)的質(zhì)量比為1:1-1:20。
[0011]所述的緩沖溶液體系包括磷酸二氫鉀-磷酸氫二鈉(PBS)、硼酸-硼砂、甘氨酸-氫氧化鈉、三羥甲基氨基甲烷鹽酸鹽(Tris-HCl)或醋酸-醋酸鈉；所述Cu2+離子溶液為醋酸銅、硫酸銅或硝酸銅配成溶液中的一種。
[0012]本發(fā)明的有益效果:
(1)本發(fā)明通過共價(jià)鍵合法，將磁性石墨烯與水溶性量子點(diǎn)連接起來，制備出磁性熒光復(fù)合納米離子探針，所采用的制備方法過程簡單，容易操作，可實(shí)現(xiàn)對(duì)銅離子的快速檢測(cè)與分離；
(2)本發(fā)明利用磁性石墨烯連接量子點(diǎn)，由于石墨烯大的比表面，增加了量子點(diǎn)的結(jié)合位點(diǎn)，有利于對(duì)金屬離子的快速檢測(cè)與分離。
【附圖說明】
[0013]圖1為磁性熒光石墨烯復(fù)合納米顆粒的SEM照片；
圖2為磁性熒光石墨烯復(fù)合納米顆粒檢測(cè)銅離子時(shí)反應(yīng)時(shí)間的確定；
圖3為共存離子對(duì)磁性熒光石墨烯復(fù)合納米顆粒檢測(cè)銅離子的影響；
圖4為加入不同濃度銅離子后，磁性熒光石墨烯復(fù)合納米顆粒熒光強(qiáng)度變化；
圖5為加入不同濃度銅離子后磁性熒光石墨烯復(fù)合納米顆粒吸收光譜變化；
圖6為在紫外燈照射下，磁性熒光石墨烯復(fù)合納米顆粒在有磁鐵和無磁鐵吸引時(shí)的數(shù)碼照片。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面通過具體實(shí)施例說明本發(fā)明的技術(shù)方案，但是本發(fā)明的技術(shù)方案不以具體實(shí)施例為限。
[0015]實(shí)施例1:
1.1采用水相法制備ZnSe量子點(diǎn)。在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將0.0lg0.0061g Se粉溶于2 mL蒸餾水中，加熱至40°C，完全溶解后得到NaHSe溶液；取0.0439 g Zn (Ac) 2溶入20 mL蒸餾水中，待其完全溶解后加入還原型谷胱甘肽0.0737g，用lmol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH=ll.5，得到Zn的前驅(qū)體溶液；將Zn的前驅(qū)體轉(zhuǎn)入三口瓶中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下迅速注入NaHSe溶液，油浴100°C回流，磁力攪拌lh后取出放入冰箱中快速冷卻至室溫，得到無色透明溶液，即為制備好的ZnSe QDs溶液。
[0016]1.2采用水熱法制備磁性石墨烯納米復(fù)合物。將0.lg六水合氯化鐵、0.2g乙酸鈉與0.05g氧化石墨稀溶于5mL乙二醇溶液中，經(jīng)30min超聲分散后移至水熱高壓反應(yīng)爸，在160°C下反應(yīng)4小時(shí)，反應(yīng)完全后冷卻至室溫，用磁鐵將磁性物質(zhì)從溶液中分離出，用水和無水乙醇反復(fù)洗滌后再用磁鐵分離，然后將分離得到的磁性石墨烯材料干燥，最后得到磁性石墨烯納米復(fù)合物。
[0017]1.3采用共價(jià)鍵合法制備磁性焚光石墨稀復(fù)合納米顆粒:取0.005g步驟1.2中制備的磁性石墨烯納米復(fù)合物分散到蒸餾水中，使磁性石墨烯納米復(fù)合顆粒分散均勻，并加A0.0lg 1-乙基-3-(3-二甲基胺丙基)碳化二亞胺鹽酸鹽(EDC)，超聲lOmin，得到反應(yīng)溶液A ;取0.03g制備的濃縮的水相ZnSe量子點(diǎn)溶于蒸餾水中，并加入0.015g N-羥基丁二酰亞胺(NHS)，超聲lOmin，得到反應(yīng)溶液B ;將反應(yīng)溶液A和B混合，室溫下振蕩反應(yīng)4 h，離心分離，蒸餾水洗滌，即得到磁性熒光石墨烯復(fù)合納米顆粒。
[0018]1.4 —種高效率的離子探針，取100μ?步驟1.3制備的磁性熒光石墨烯復(fù)合納米顆粒，其中復(fù)合納米顆粒的濃度為2X10 5 mol/L，加入1.8 mL ρΗ=7.4，濃度為0.01 mol/L的磷酸二氫鉀-磷酸氫二鈉(PBS)緩沖溶液中，同時(shí)加入最高濃度為2X 10 7 mol/L的硝酸銅離子溶液，反應(yīng)15min后，檢測(cè)Cu2+對(duì)磁性熒光石墨烯復(fù)合納米顆粒的熒光猝滅作用。圖1為磁性熒光石墨烯復(fù)合納米顆粒的SEM照片；圖2為磁性熒光石墨烯復(fù)合納米顆粒檢測(cè)銅離子時(shí)反應(yīng)時(shí)間的確定。
[0019]實(shí)施例2:
2.1 ZnSeOZnS量子點(diǎn)溶液的制備。首先采用化