[发明专利]基于金纳米簇荧光比率检测试纸条用于选择性灵敏检测汞离子

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域。

背景技术

荧光金属纳米簇由于其较大的表面积，且直径接近电子费米波长，因此与较大粒子或块状金属的性质有所不同，例如催化性能、磁性、荧光性质，因此能够在催化、药物运输、医疗、环境监测、生物成像领域中得到广泛应用.随着工农业的发展、环境治理的逐步推广以及食品生产的多样化，在诸多工业化生产过程当中，废液废料的排放监测、食品安全检测及生活用水的检测都涉及了重金属的检测.现今，针对重金属的检测方法主要包括：冷冻原子吸收光谱法、X射线吸收光谱法、电感耦合等离子体质谱法、以及冷冻荧光光谱法等.但这些方法普通的实验室是无法使用的，同时也缺乏灵敏性和检测的即时性.因此，亟需建立一种方便、快捷、灵敏的方法，而设计合成一种稳定的，荧光性能强的荧光探针是非常有前景的.

近年来，关于合成新型的金属纳米簇作为检测金属离子的化学传感器的研究已有很多，但主要集中在单色荧光的金属纳米簇对重金属离子的特异性响应.然而，单色荧光纳米簇只能通过荧光淬灭与否来定性判断体系中有无重金属离子的存在，并不能知晓金属离子在其中的含量，必须要借助荧光光谱仪.因此，可以设计两种不同荧光发射的金属纳米簇，按照合适的比例混合，制成荧光比率探针.不同浓度的金属离子对其中一种金属纳米簇淬灭程度不同使得试纸的荧光颜色有一个渐变的过程，由此可实现重金属离子检测的可视化与定量化，并不需要借助昂贵的仪器来测量.现今已报导过的双荧光发射的比率试纸通常包含半导体量子点、碳量子点及有机荧光染料.然而荧光染料的荧光稳定性较差，无法长期保存；而半导体量子点的合成通常耗时很长且光漂白现象较为严重，碳量子点的合成所需的条件通常需要高温，能耗较大.金属纳米簇合成方法简单、条件温和，耗时相对较短，并且具有较高的荧光稳定性，因而是作荧光比率探针的理想材料.

发明内容

本发明的目的就是提供上述基于荧光比率探针汞离子传感器的制备方法。除此之外，本发明旨在建立一种快速、灵敏且可视化准确定量检测生活用水中汞离子含量的方法。本发明的技术方案如下：

一、汞离子荧光传感器

本发明汞离子荧光传感器，是以半胱氨酸包被的金纳米簇(Cys-Au NCs) 和牛血清白蛋白包被的金纳米簇(BSA-Au NCs)这两种不同荧光发射的荧光金属纳米簇组合制备而成的荧光比率探针。由于BSA-Au NCs对汞离子具有极高的选择性，可作为检测汞离子的传感荧光信号，而Cys-Au NCs则对金属离子的响应并不敏感，可作为检测汞离子的参考荧光信号，因此可基于这种荧光比率探针建立一种快速、灵敏及可视化定量检测汞离子的方法。

二、荧光比率探针汞离子传感器的制备

本发明以BSA-Au NCs为传感荧光信号，Cys-Au NCs为参考荧光信号的汞离子传感器的制备，首先要分别合成BSA-Au NCs和Cys-Au NCs两种荧光金属纳米簇。BSA-Au NCs的制备是将一定量氯金酸溶液加入到牛血清白蛋白溶液中，室温下搅拌混合均匀，之后加入氢氧化钠溶液将溶液pH调至11～12，并于37℃水浴条件下反应12小时后得到。Cys-Au NCs的制备第一步是金纳米粒子(Au NPs)的合成，以四羟甲基氯化磷为还原剂，将超纯水、四羟甲基氯化磷溶液及氢氧化钠溶液按照一定比例混合搅拌均匀，之后加入氯金酸溶液，室温下反应 25分钟，得到稳定的Au NPs溶液。第二步在制备好的Au NPs溶液中按比例加入半胱氨酸溶液并将溶液pH调至6～7，并于100℃油浴条件下回流反应24h，得到Cys-Au NCs溶液。对两种荧光金纳米簇进行烘干、重溶，最终得到纯化后的金纳米簇溶液。最后，将两种金纳米簇溶液与pH＝8.0的0.1mol/L PBS缓冲溶液按照适当的比例混合，匀速搅拌1min后得到双荧光发射荧光比率探针，由此可构建基于荧光比率探针的汞离子传感器。

三、汞离子荧光传感器对金属离子的选择性

分别取若干一定量的荧光比率探针溶液，之后在样品中加入相同浓度的汞离子、Pb²⁺、Ni²⁺、Cu²⁺、Fe³⁺、Cd²⁺、Cr³⁺、Zn²⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Al³⁺，并测定样品的荧光强度。结果发现，荧光比率探针对汞离子有着强烈的响应，其他金属离子对荧光比率探针荧光强度的影响较小，可忽略不计。这就说明制备的荧光比率探针对汞离子具有较高的选择性。