基于硅納米線或硅納米線陣列的硫化氫熒光化學(xué)傳感器的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一維納米結(jié)構(gòu)的焚光化學(xué)傳感器，特別涉及基于娃納米線或娃納米線陣列的硫化氫熒光化學(xué)傳感器的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]硫化氫(H2S)作為一種內(nèi)源性的氣體信號分子，參與了生物體內(nèi)的眾多生理過程，包括血管擴(kuò)張、血管生成、氧傳感、細(xì)胞凋亡、組織炎癥、神經(jīng)調(diào)節(jié)過程以及外傷和缺血保護(hù)等。人體內(nèi)硫化氫水平高低，暗示著人體內(nèi)一些疾病的存在，包括阿爾茨海默病、唐氏綜合癥、糖尿病以及肝硬化。目前，檢測硫化氫的方法包括熒光法、比色法、電化學(xué)、色譜法等，而熒光技術(shù)由于其高靈敏度、操作簡便和便于實(shí)時(shí)監(jiān)測等特點(diǎn)在硫化氫檢測中具有獨(dú)特優(yōu)勢。文獻(xiàn)中已經(jīng)報(bào)道了多種硫化氫的焚光探針，如M.K.Thorson, Angew.Chem.1nt.Ed.2013, 52, I ；L.ff.He, Chem.Commun.2015, 51, 1510 ；P.Sathyadevi, B1sensors andB1electronics 68(2015)681.但是這些探針都是通過對細(xì)胞進(jìn)行染色，在溶液中進(jìn)行硫化氫的檢測，這給傳感器的使用帶來一些不方便之處。且硫化氫在生物體內(nèi)的作用機(jī)理尚無定論，實(shí)現(xiàn)活細(xì)胞環(huán)境中硫化氫的實(shí)時(shí)、原位檢測對研宄硫化氫在細(xì)胞中的生理和病理過程具有重要意義。因此，發(fā)展一種能夠用于實(shí)時(shí)、原位監(jiān)測單細(xì)胞環(huán)境中硫化氫的探針對于生物和臨床研宄是非常必要的。
[0003]硅納米線由于具有無毒性、生物兼容性好以及利于集成等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于熒光傳感器的構(gòu)筑，并且展現(xiàn)出了良好的檢測性能。尤其是硅納米線陣列中的硅納米線的尖端與細(xì)胞表面的微結(jié)構(gòu)能夠相互作用，增強(qiáng)細(xì)胞在硅納米線陣列表面的粘附性，促進(jìn)細(xì)胞在其表面生長，因此硅納米線陣列已經(jīng)被成功的應(yīng)用于特定細(xì)胞的捕獲與原位檢測中Nano Lett.2014，14，3124。專利201410429525.7利用銅離子競爭法構(gòu)建基于硅納米線陣列的硫離子傳感器，雖然對硫化氫有響應(yīng)，但銅離子競爭法在用于生物體系硫化氫檢測時(shí)，會受到細(xì)胞中含硫氨基酸、谷胱甘肽等的嚴(yán)重干擾，不能用于生物體系中硫化氫的檢測。
[0004]那么，構(gòu)建能對硫化氫具有專一識別性并基于硅納米線陣列的硫化氫傳感器，并將其用于細(xì)胞環(huán)境中硫化氫的檢測，避免生物體系中其他含硫氨基酸和谷胱甘肽的干擾，為細(xì)胞環(huán)境中硫化氫的實(shí)時(shí)原位檢測提供方法則變得具有現(xiàn)實(shí)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的之一是提供基于硅納米線或硅納米線陣列的硫化氫熒光化學(xué)傳感器，該基于硅納米線或硅納米線陣列的硫化氫熒光化學(xué)傳感器為實(shí)時(shí)、原位檢測細(xì)胞外圍的硫化氫提供了一種方法。
[0006]本發(fā)明的目的之二是提供基于硅納米線或硅納米線陣列的硫化氫熒光化學(xué)傳感器的制備方法。
[0007]本發(fā)明的目的之三是提供基于硅納米線或硅納米線陣列的硫化氫熒光化學(xué)傳感器在實(shí)時(shí)、原位監(jiān)測細(xì)胞外圍硫化氫中的應(yīng)用。
[0008]本發(fā)明是將3-氨基丙基三乙氧基硅烷和4-氨基-1，8-萘二甲酸酐依次共價(jià)修飾到硅納米線或硅納米線陣列的表面，得到的表面修飾有4-氨基-1，8-萘二甲酰胺熒光團(tuán)的娃納米線或娃納米線陣列進(jìn)一步與亞硝酸鈉、疊氮化鈉發(fā)生疊氮化反應(yīng)，得到基于娃納米線或硅納米線陣列的硫化氫熒光化學(xué)傳感器。
[0009]本發(fā)明的基于硅納米線或硅納米線陣列的硫化氫熒光化學(xué)傳感器的制備方法包括以下步驟:
[0010]I)室溫下，將30?60mg經(jīng)過輕基化處理的娃納米線或娃納米線陣列、10?35mL的無水甲苯和0.1?0.45mL的3-氨基丙基三乙氧基硅烷加入到反應(yīng)器中，在惰性氣體保護(hù)下加熱至50?90°C后，恒溫反應(yīng)12?48小時(shí)，然后冷卻至室溫，用有機(jī)溶劑超聲清洗除去未反應(yīng)的3-氨基丙基三乙氧基硅烷，收集得到表面修飾有3-氨基丙基三乙氧基硅烷的娃納米線或娃納米線陣列；
[0011]2)室溫下，將步驟I)得到的表面修飾有3-氨基丙基三乙氧基硅烷的硅納米線或硅納米線陣列浸入到0.5?2.0mol/L的4-氨基-1，8-萘二甲酸酐的無水乙醇溶液中，在惰性氣體保護(hù)下加熱至40?90°C，恒溫反應(yīng)5?15小時(shí)，冷卻至室溫，然后用無水乙醇反復(fù)超聲清洗除去未反應(yīng)的4-氨基-1，8-萘二甲酸酐分子，得到表面修飾有4-氨基-1，8-萘二甲酰胺熒光團(tuán)的硅納米線或硅納米陣列；
[0012]3)將步驟2)得到的表面修飾有4-氨基-1，8-萘二甲酰胺熒光團(tuán)的硅納米線或硅納米線陣列分散或浸泡在20?40mL乙腈/ 二氯甲烷(v/v 2:1)的混合溶劑中，冰浴冷卻到0°C，加入20?40 μ L三氟乙酸，30?50 μ L亞硝酸異戊酯，冰浴條件下反應(yīng)2?3小時(shí)，逐滴加入15?30mg疊氮化鈉的水溶液，攪拌1.5?2小時(shí)，加入40?60mL飽和碳酸氫鈉溶液，過濾，洗滌，冷凍保存，得到基于硅納米線或硅納米線陣列的硫化氫熒光化學(xué)傳感器。
[0013]本發(fā)明的基于硅納米線的硫化氫熒光化學(xué)傳感器的制備，選用3-氨基丙基三乙氧基硅烷作為連接體，通過水解反應(yīng)將連接體共價(jià)修飾到硅納米線陣列表面，將4-氨基-1，8-萘二甲酸酐與氨基末端反應(yīng)，在硅納米線表面共價(jià)修飾了熒光團(tuán)，進(jìn)一步通過重氮化、疊氮化反應(yīng)，在熒光團(tuán)上引入對硫化氫有選擇性響應(yīng)的疊氮基團(tuán)，得到對硫化氫有選擇性響應(yīng)的基于硅納米線的熒光化學(xué)傳感器。
[0014]所述的硅納米線是化學(xué)氣相沉積法制備得到的硅納米線，直徑為10?15nm。
[0015]所述的硅納米線陣列是化學(xué)刻蝕法制備得到的硅納米線陣列，硅納米線陣列中的娃納米線的直徑為200?400nm，長度為15?20 μ m。
[0016]所述的羥基化處理可采用的方法是:將硅納米線或硅納米線陣列浸泡在體積比為1:1?8:1的濃硫酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%?98% )與H2O2 (質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%?30% )的混合液中，在溫度為70?95°C下進(jìn)行處理30?90分鐘后，用去離子水洗滌至中性后，室溫浸泡在體積比為3:1:1?9:1:1的H2O: H2O2 (質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5 %?30 % ):NH4OH的混合液中I?2.5小時(shí)，水洗至中性，真空干燥。
[0017]所述的有機(jī)溶劑是甲醇、乙醇、二氯甲烷或丙酮。
[0018]本發(fā)明的對硫化氫具有選擇性熒光響應(yīng)的基于硅納米線或硅納米線陣列的硫化氫熒光化學(xué)傳感器可用于溶液中及活細(xì)胞外硫化氫的實(shí)時(shí)、原位檢測。
[0019]本發(fā)明的基于硅納米線的硫化氫熒光化學(xué)傳感器置于含有硫化氫的溶液體系中，在熒光分光光度儀上進(jìn)行檢測，隨著硫化氫的加入，待檢測的溶液體系的熒光強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)；通過繪制已知硫化氫的濃度和熒光特征峰相對強(qiáng)度的定標(biāo)曲線，由所述的基于硅納米線的熒光化學(xué)傳感器檢測到的熒光特征峰的熒光增強(qiáng)確定體系中硫化氫的濃度。所用激發(fā)光源為氙燈(激發(fā)波長為400?500nm)。
[0020]基于硅納米線陣列的硫化氫熒光化學(xué)傳感器作為細(xì)胞生長的活性基底和熒光檢測的基底，聯(lián)用激光共聚焦顯微鏡，上述載有活細(xì)胞的基于硅納米線陣列的硫化氫熒光化學(xué)傳感器在含有硫化氫的體系中發(fā)生熒光增強(qiáng)。通過繪制已知硫化氫的濃度和熒光增強(qiáng)的定標(biāo)曲線，由所述的基于硅納米線陣列的熒光化學(xué)傳感器檢測到的熒光增強(qiáng)確定細(xì)胞外圍硫化氫的濃度。所用激發(fā)光源為激發(fā)波長為488nm的激光器。
[0021]本發(fā)明的制備方法得到的基于硅納米線或硅納米線陣列的硫化氫熒光化學(xué)傳感器在檢測體系中發(fā)射的光為綠光。
[0022]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0023]1.制備方法簡單。
[0024]2.制備得到基于硅納米線陣列的硫化氫熒光化學(xué)傳感器為實(shí)時(shí)、原位檢測細(xì)胞外圍的硫化氫提供了一種方法。
[0025]下面結(jié)合具體實(shí)施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
【附圖說明】
[0026]圖1示出本發(fā)明實(shí)施例1-6中的基于硅納米線或硅納米線陣列的硫化氫熒光化學(xué)傳感器對硫化氫的傳感示意圖；