[发明专利]用于检测汞离子和谷胱甘肽的双功能荧光膜、制备和应用

说明书

本发明公开了一种用于检测汞离子和谷胱甘肽的双功能荧光膜及其制备和应用，该方法在室温下以鸡蛋壳膜(ESM)为反应载体，硫酸铜(CuSO₄)为前驱物，L‑半胱氨酸(L‑Cys)为保护剂和还原剂，将荧光铜纳米团簇原位负载至ESM表面及内部，制备了在紫外灯下能够发出强烈红色荧光的二维膜材料(Cys/CuNCs@ESM)。该荧光膜对Hg²⁺和谷胱甘肽(GSH)具有较高的“On‑Off‑On”荧光传感性能。结合现代智能手机的颜色识别软件，可分别实现Hg²⁺和GSH的可视化检测，检出限分别为1.49μM，和2.6μM。该荧光膜的制备方法绿色、环保、经济、易于操作，可发展成为便携式的传感试纸条，实现目标物的现场及时监测和评估。

技术领域

本发明属于纳米生物分析化学领域，涉及到一种双功能荧光膜的制备，并应用于汞离子和谷胱甘肽的可视化检测和高级荧光光学防伪。

背景技术

当今社会，突发事件时有发生，因此实时、快速且便携的现场检测手段也越来越受到人们的重视。荧光膜作为一种新型的二维整体膜材料，具有良好的便携性和稳定性，比溶液更广泛地应用于现场可视化检测。同时，还兼具荧光的高选择性、高灵敏度等优势。金属纳米团簇(NCs)作为一种新型的荧光纳米材料，具有优异的光稳定性、较大的斯托克斯位移、好的生物相容性和低毒性。特别是铜纳米团簇(CuNCs)，由于其温和的合成条件、丰富且廉价的前驱体，更适合于各种应用，如传感检测、光电器件、细胞成像。因此运用铜纳米团簇来构建荧光膜是很有意义的。

二维荧光膜的制备方法主要分为两种：非原位制备和原位制备。非原位制备是指先合成出发光组分，再将其负载至载体上，如滤纸等。该方法具有以下缺陷：(i)步骤繁琐；(ii)发光组分在载体中分布不均匀、易脱落，难以制备大面积均匀的发光膜；(iii)发光组分在荧光膜制备过程中光致发光量子产量降低。而原位制备是指发光组分在基质中通过化学反应直接形成。由于发光组分是原位合成的，具有分布均匀、荧光量子产率高、稳定性好等优点。将新型的荧光CuNCs采用原位还原的方法负载/包埋到生物膜上，制备便于储存和运输的新型荧光膜功能材料是很有意义的研究。

鸡蛋壳膜(ESM)是日常生活中的厨余废弃物，其独特的纤维网状蛋白结构可作为良好的天然反应载体。但是，直到现在，利用ESM作为反应载体，原位制备包埋荧光CuNCs的功能膜材料仍然是很少见的。这里，我们以ESM为反应载体，硫酸铜(CuSO₄)为前驱体，L-半胱氨酸(L-Cys)为保护剂和还原剂，原位还原制备得到包埋了铜纳米团簇，且具有强烈红色荧光的二维膜材料(Cys/CuNCs@ESM)。在荧光金属纳米团簇领域，很多学者们都指出金属纳米团簇的荧光性质和应用，与制备过程中所使用保护配体的结构、还原剂的种类以及合成条件有很大的关系。采用不同的保护配体和还原剂可以合成出荧光性质迥异的金属纳米团簇，这也是该研究领域吸引人的地方。与我们实验室以前采用二硫苏糖醇有机小分子作为还原剂来制备荧光膜的工作相比，这里我们采用了更加稳定，更加绿色环保的氨基酸分子：L-半胱氨酸为保护剂和还原剂，与二硫苏糖醇相比，L-半胱氨酸分子生物相容性更好，且结构独特，含有更加丰富的官能团(SH-,NH₂-,COOH-)，这在CuNCs的原位还原生成过程中起到很重要的保护作用，相应地也会得到性质新颖的CuNCs。实验表明，我们以L-半胱氨酸为保护剂和还原剂，原位制备的荧光膜对Hg²⁺和谷胱甘肽(GSH)具有较高的荧光传感性能。结合现代智能手机里的颜色识别软件，可分别实现Hg²⁺和GSH的可视化检测。该荧光膜的制备方法绿色、环保、经济、易于操作，可发展成为便携式的传感试纸，实现目标物的现场及时监测和评估。同时将该材料在高级光学防伪方面的运用也具有一定的创新性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种原位制备稳定均一且具有强烈红色荧光的双功能荧光膜的方法。该方法绿色、环保、经济、易于操作。并根据荧光猝灭(Off)和荧光恢复(On)现象，研制了双智能传感条，实现了汞离子和谷胱甘肽的可视化检测。同时，对其在高级光学防伪方面的应用进行了研究。可通过以下技术方案实现本发明的目的：