一種磁性熒光石墨烯復合納米離子探針的制備方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于納米探針制備領域，具體涉及一種磁性熒光石墨烯復合納米離子探針的制備，該復合微粒同時具備了量子點的熒光性能和磁性納米顆粒的磁性能，可實現(xiàn)對銅離子的快速檢出及分離，在生物分子檢測領域具有廣闊的應用前景。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國工業(yè)飛速發(fā)展和城市化進程的逐步加快，重金屬污染已對人體健康及環(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胞色素氧化酶等的活性物質(zhì)，對氧的循環(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導致濕疹、腎病甚至損害中樞神經(jīng)系統(tǒng)等。因此設計合成高選擇性和高靈敏檢測銅離子的方法對于分析化學是一項重要的工作。
[0003]目前檢測銅離子的方法主要有原子光譜法、電化學分析法、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)勢得到了廣泛應用。近年來，將量子點應用于重金屬離子的分析受到關注，并應用于各類重金屬離子如Zn2+、Hg2+、Pb2+等的檢測，其中用于測定銅離子的研究頗多。與傳統(tǒng)的有機熒光染料相比，量子點具有熒光量子產(chǎn)率高、光化學穩(wěn)定性好等優(yōu)良的光學特性，是一種很有發(fā)展?jié)摿Φ臒晒馓结槨Ａ孔狱c對金屬離子的檢測主要包括以下三方面的實驗現(xiàn)象:(1)當加入金屬離子后，量子點的熒光強度出現(xiàn)淬滅現(xiàn)象；(2)當加入金屬離子后，量子點的熒光強度出現(xiàn)增強的現(xiàn)象；(3)當加入金屬離子后，量子點的發(fā)射波長出現(xiàn)移動的現(xiàn)象。因此，對量子點的表面進行功能化修飾，可實現(xiàn)金屬離子與生物分子作用，用于重金屬離子的檢測。然而，量子點只能實現(xiàn)對金屬離子的檢測，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合納米顆粒，并在其表面引入特定的官能團，如羥基、羧基、氨基、烷烴基等或者是特殊的分子，實現(xiàn)對金屬離子高效靈敏的檢測和分離。
[0004]谷胱甘肽(GSH)是一種具有特殊生物學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，對機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，同時，其分子中含有3個可解離質(zhì)子和10個可參與配位的原子，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烈的親S元素的特性，而巰基(-SH)是GSH分子結(jié)構(gòu)中一個重要的官能團，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合形成配合物，導致量子點熒光發(fā)生猝滅，基于量子點的熒光和磁性材料的分離特性，可有效地檢測分離金屬銅離子。

【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靈敏度高、選擇性好、反應條件溫和等優(yōu)點，于單一的熒光量子點離子探針相比，可在快速檢測重金屬離子的同時，實現(xiàn)金屬離子的富集與分離。多功能復合納米離子探針在生物醫(yī)學、環(huán)境化學等領域具有廣泛的應用前景。
[0006]本發(fā)明是通過以下措施實現(xiàn)的:
一種磁性熒光石墨烯復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合物:將三價鐵鹽、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釜，在150°C -220°C下反應4-12小時，反應完全后冷卻至室溫，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合物；
(b)采用共價鍵合法制備磁性焚光石墨稀復合納米顆粒:取0.005-0.lg步驟(a)中制備的磁性石墨烯納米復合物分散到蒸餾水中，使磁性石墨烯納米復合顆粒分散均勻，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，得到反應溶液A ;取制備的濃縮的水相量子點溶于蒸餾水中，并加入0.01-0.2g N-羥基丁二酰亞胺(NHS)，超聲10-20min，得到反應溶液B ;將反應溶液A和B混合，室溫下振蕩反應2-10 h，離心分離，蒸餾水洗滌，即得到磁性熒光石墨烯復合納米顆粒。
[0007]—種高效率的離子探針，取ΙΟΟμ?制備的磁性熒光石墨烯復合納米顆粒，其中復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，同時加入最高濃度為2 X 10 5-2X 10 7 mol/L的Cu2+離子溶液，反應10_30min，制得用于檢測痕量銅金屬離子的熒光探針。
[0008]所述的量子點為表面帶有親水基團的水溶性量子點，量子點為I1-VI族半導體材料，或者為I1-VI半導體材料形成的復合材料，優(yōu)選的量子點為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，量子點的粒徑在1.5-10 nm。
[0010]所述三價鐵鹽為氯化鐵、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 ;磁性石墨稀納米復合物與量子點的質(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)明通過共價鍵合法，將磁性石墨烯與水溶性量子點連接起來，制備出磁性熒光復合納米離子探針，所采用的制備方法過程簡單，容易操作，可實現(xiàn)對銅離子的快速檢測與分離；
(2)本發(fā)明利用磁性石墨烯連接量子點，由于石墨烯大的比表面，增加了量子點的結(jié)合位點，有利于對金屬離子的快速檢測與分離。
【附圖說明】
[0013]圖1為磁性熒光石墨烯復合納米顆粒的SEM照片；
圖2為磁性熒光石墨烯復合納米顆粒檢測銅離子時反應時間的確定；
圖3為共存離子對磁性熒光石墨烯復合納米顆粒檢測銅離子的影響；
圖4為加入不同濃度銅離子后，磁性熒光石墨烯復合納米顆粒熒光強度變化；
圖5為加入不同濃度銅離子后磁性熒光石墨烯復合納米顆粒吸收光譜變化；
圖6為在紫外燈照射下，磁性熒光石墨烯復合納米顆粒在有磁鐵和無磁鐵吸引時的數(shù)碼照片。
【具體實施方式】
[0014]下面通過具體實施例說明本發(fā)明的技術(shù)方案，但是本發(fā)明的技術(shù)方案不以具體實施例為限。
[0015]實施例1:
1.1采用水相法制備ZnSe量子點。在氮氣保護下，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，在氮氣保護下迅速注入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爸，在160°C下反應4小時，反應完全后冷卻至室溫，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合物。
[0017]1.3采用共價鍵合法制備磁性焚光石墨稀復合納米顆粒:取0.005g步驟1.2中制備的磁性石墨烯納米復合物分散到蒸餾水中，使磁性石墨烯納米復合顆粒分散均勻，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，得到反應溶液A ;取0.03g制備的濃縮的水相ZnSe量子點溶于蒸餾水中，并加入0.015g N-羥基丁二酰亞胺(NHS)，超聲lOmin，得到反應溶液B ;將反應溶液A和B混合，室溫下振蕩反應4 h，離心分離，蒸餾水洗滌，即得到磁性熒光石墨烯復合納米顆粒。
[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合納米顆粒，其中復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，同時加入最高濃度為2X 10 7 mol/L的硝酸銅離子溶液，反應15min后，檢測Cu2+對磁性熒光石墨烯復合納米顆粒的熒光猝滅作用。圖1為磁性熒光石墨烯復合納米顆粒的SEM照片；圖2為磁性熒光石墨烯復合納米顆粒檢測銅離子時反應時間的確定。
[0019]實施例2:
2.1 ZnSeOZnS量子點溶液的制備。首先采用化