基于功能化量子点荧光传感器的构筑及应用
作者单位：郑州大学
学位级别：硕士
导师姓名：屈凌波
授予年度：2015年
学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 080202[工学-机械电子工程] 070302[理学-分析化学] 0703[理学-化学] 0802[工学-机械工程]
摘 要：量子点是一类具有较窄发射光谱和较宽激发光谱等荧光特性的新型纳米材料,基于物质分子对量子点荧光的猝灭或增强现象可以实现目标物的定量分析,但是这种方法往往存在选择性差的局限。量子点的检测性能与其表面结构密切相关,将与目标分子具有较高识别性的物质功能化于量子点的表面,利用功能化分子与目标分子之间的相互识别,可以大大改善和提高其检测的选择性和灵敏性。汞离子是环境中普遍存在的一种重金属之一,它通过食物链的富集能够对人体产生严重危害,而目前基于量子点的汞离子传感分析方法通常存在铜离子和银离子的干扰,建立高选择性汞离子检测方法具有重要意义。芦丁是一种维生素类药,建立简单、高灵敏芦丁分析方法对临床研究具有重要意义。本研究以汞离子和芦丁为研究对象,以量子点为荧光探针,结合重金属离子和芦丁的结构性能,通过量子点表面的功能化分子设计,构建了一系列针对重金属汞离子和芦丁的荧光传感体系,并通过实际样品的分析,探讨了方法的应用可行性。所获结果对于高选择高灵敏荧光传感体系的构筑和设计具有较好的借鉴和参考价值。具体研究内容如下:(1)基于CTAB/Zn Se量子点的汞离子荧光传感分析。以醋酸锌为Zn源,Na HSe为Se源,谷胱甘肽(GSH)为修饰剂,在p H 10.5条件下,通过水相回流法制备了GSH-Zn Se量子点;利用GSH-Zn Se量子点与表面阳离子活性剂十六烷基三甲基溴化胺(CTAB)之间的静电作用,获得了CTAB功能化的Zn Se量子点(CTAB/Zn Se量子点)。研究表明,相对Zn Se量子点来说,CTAB/Zn Se量子点不仅具有更高的荧光量子产率,而且对Hg2+具有更好的识别能力,可以消除常见Hg2+检测中Ag+的干扰。在优化的实验条件下,CTAB/Zn Se量子点的荧光猝灭比率与Hg2+的浓度在0.010μmol/L-2.0μmol/L范围内呈线性关系,检测限为4.0 nmol/L。该方法可用于湖水中Hg2+的检测,回收率为97.5%-105%。(2)基于PDDA/Cd Te量子点的汞离子荧光传感分析。以Cd Cl2为Cd源,Na HTe为Te源,巯基乙酸(TGA)为修饰剂,在p H 10.0条件下,通过水相回流法制备了TGA-Cd Te量子点;合成了阳离子聚合物—聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)功能化的Cd Te量子点,并通过原子力显微镜、紫外光谱、荧光光谱以及zeta电位实验证明PDDA与Cd Te量子点的静电结合机制。研究表明,高分子化合物PDDA对Cd Te量子点的功能化,可以降低重金属离子Ag+、Cu2+对Cd Te量子点表面配体巯基羧酸的结合作用,减弱Ag+和Cu2+的干扰效应,大大提高Hg2+检测的选择性。在优化的实验条件下,PDDA/Cd Te量子点的荧光猝灭程度与0.0060μmol/L-1.0μmol/L范围内的汞离子浓度呈很好的线性关系,检出限为5.0 nmol/L。该方法可用于湖水中Hg2+的检测,回收率为95.0%-110%。(3)基于半胱胺修饰的Cd Te量子点(CA-Cd Te量子点)的汞离子荧光传感分析。以Cd Cl2为Cd源,Na HTe为Te源,半胱胺(CA)为修饰剂,在p H 5.6条件下,通过水相回流法制备了CA-Cd Te量子点。基于CA分子中的胺基对Hg2+特殊的配位选择性,10倍浓度的Ag+和Cu2+均对体系不产生干扰效应。在最适实验条件下,Hg2+对CA-Cd Te量子点的荧光猝灭效应与其浓度在6.0nmol/L-450 nmol/L范围内呈线性关系,检出限为4.0 nmol/L。该方法可用于湖水中Hg2+的检测,回收率为95.0%-106%。(4)基于CA-Cd Te量子点的芦丁荧光传感分析。在上述合成的CA-Cd Te量子点的基础上,基于弱碱性条件下CA与多酚羟基黄酮芦丁之间的静电和氢键作用,建立了高灵敏的芦丁荧光传感分析方法。在最适实验条件下,血样中常见的共存物(氨基酸、金属离子、抗坏血酸、尿酸等)不干扰测定。该荧光传感体系对芦丁的检测范围为0.0060μmol/L-1.0μmol/L,检出限为2.0 nmol/L,可用于血样中芦丁的分析。通过紫外光谱、荧光光谱以及p H的影响效应、盐效应和结构类似黄酮物质对CA-Cd Te量子点猝灭效应的对比,推测芦丁对CA-Cd Te量子点荧光猝灭主要是由于二者之间的氢键作用和静电作用导致的电子转移。
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