比率荧光传感器的设计及其对环境污染物小分子的可视化检测

发布时间：2018-07-11 09:46

本文选题：荧光传感器 + 可视化检测　；参考：《中国科学技术大学》2017年博士论文

【摘要】：荧光传感器因其设计简单,合成方便,成本低,能够快速地、选择灵敏性检测目标测分析物,而被广泛地应用在生命科学,材料科学,环境检测,生化传感,生物成像,免疫分析,医学诊断等众多研究领域。在荧光传感模式中,比率型荧光传感器利用两个或多个发射峰强度的比值变化带来输出颜色的改变,可以实现对目标分析物的可视化检测。与单一发射的荧光传感器相比,比率传感器通过建立内标,极大削弱了探针浓度、温度、溶剂极性、激发强度、环境的pH值等众多难以控制因素的干扰,使得结果更加精准,响应范围更宽。所以,许多荧光比率传感器被开发应用于各种分析物的检测,包括阳离子、阴离子、生物小分子等。本论文基于比率荧光传感的方法,以环境小分子污染物中的二氧化氮(N02),硫化氢分子(H2S)和重金属汞离子(Hg2+)为敏感检测目标,开展了以下研究工作:1.我们设计合成了一种新颖的检测N02分子的纳米复合物比率荧光探针。该比率探针由蓝色荧光的碳纳米点(CDs)和红色荧光的量子点(QDs)通过共价键构筑而成,具有两个发射中心分别位于460 nm和665 nm处,其中蓝色荧光的CDs对目标分析物NO2不敏感,与之相反,红色荧光的量子点能选择性地被NO2猝灭,从而导致探针荧光颜色从红色到蓝色明显变化,进而实现了对NO2敏感的、可视化检测。该方法对溶液中二氧化氮的检测限为19 nM,而且,我们还设计了对NO2气体响应的便携式指示瓶,成功用于检测气态的NO2,检测NO2气体的最低值为1 ppm,展示了其在N02气体传感的潜在应用价值,为N02气体快速实时现场检测提供了可能。2.我们利用二氧化硅纳米颗粒包裹的红色量子点作为内标信号输出单元,这样红色荧光的量子点不易受外界物质干扰影响,在二氧化硅表面共价结合有机分子叠氮香豆素Cy-N3,它能特异性识别H2S,被还原生成氨基香豆素Cy-NH2,打开了香豆素的蓝色荧光,作为响应信号输出单元,进而构筑了一种新型的可视化检测H2S分子的比率荧光探针。在硫化氢存在的条件下,探针溶液由品红色到蓝色显著变化,在紫外灯下,肉眼清晰可辨,而加入其他的相关物质,探针颜色没有此现象,说明该比率探针对硫化氢具有很好的选择性。该比率荧光分析方法对水溶液中硫化氢的检测浓度最低可达7.0 nM。我们还进一步将探针溶液滴加到玻璃板上,设计了检测H2S气体指示板,检测H2S气体的检测限为0.5 ppm。这样一种简单的、有效的、可视化检测硫化氢的方法非常满足环境监测和保护的需求,具有潜在的应用价值。3.我们也设计了另一个检测H2S的比率探针。基于蓝色荧光的GSH-Ag NCs能用于选择性识别硫化氢,通过Ag-S共价作用将Ag NCs固定在疏基修饰的二氧化硅包埋的量子点纳米颗粒表面,共同构筑组成一种新颖的功能化的纳米复合探针,探针发射明显的紫罗兰复合光。其中蓝色荧光的银团簇特别容易被硫化氢猝灭,而红色荧光的量子点因包裹在二氧化硅惰性颗粒中对硫化氢没有响应,所以硫化氢可以诱导探针荧光颜色从紫罗兰到红色演变。这样的纳米探针材料也进一步展示了对气体硫化氢的选择性敏感性检测。4.另外,我们也制备了一种选择性灵敏检测重金属汞离子的双发射荧光纳米探针。该探针利用碳纳米点和金团簇之间内在的相互作用组装而成。设计灵感源自这样的事实:汞离子与金离子之间存在特殊的高亲和嗜金属作用,因而能将纳米复合物中金团簇的红色荧光猝灭,金团簇作为响应信号;而蓝色荧光的碳纳米点对汞离子没有反应,碳纳米点作为内标信号,随着汞离子量的增加,探针两个部分对汞离子不同的响应信号,致使探针荧光由粉红色到蓝色明显变化。该比率荧光传感器具有很高的选择性,灵敏性,稳定性及水溶性等优点。对水溶液中汞离子的检测限低至28 nM,并且对湖水、矿泉水和自来水等实样检测,呈现很好的应用效果。除此之外,我们将探针滴加到统一标准的醋酸纤维滤纸上,进一步设计了检测汞离子的传感试纸,在紫外灯照射下滴加探针溶液的试纸呈粉红色,随着汞离子的引入传感器试纸由粉色到蓝色变化,实现对汞离子的可视化检测,具有一定的实际应用价值。
[Abstract]:In the fluorescence sensing mode , the ratio sensor is developed and applied to the detection of various analytes , including cations , anions , biomolecules and so on . The invention provides a novel functionalized nano composite probe , which can be used for selectively recognizing hydrogen sulfide , and is capable of specifically recognizing H2S and reducing the detection limit of H2S gas to be 0.5 ppm . realizes the visual detection of the mercury ions and has certain practical application value .
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X830.2;O657.3

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