一种比色荧光探针的制备及其在碘离子检测中的应用

技术领域

本发明涉及一种比色荧光探针的制备及其在碘离子检测中的应用，属于化学与纳米材料科学领域。

背景技术

碘离子(I

由于碘离子在人体生理活动的意义，许多传统方法包括原子吸收光谱法、离子色谱法、比色测定和化学发光分析被用来分析检测样品中的碘离子。然而，仪器成本高、需要专业操作和测试时间长等因素限制了这些技术的应用。近年来，研究人员采用了表面增强拉曼散射(SERS)、电化学、荧光、比色法等多种方法测定碘离子，这些进展突破了传统分析方法的瓶颈，为开发新的传感机制开辟了研究思路。

荧光传感器由于其高灵敏度、高选择性和可靠的可视化特性，在各种目标分析物的检测中得到了广泛的研究。目前常见的检测方法主要有高效液相色谱，气相色谱-质谱联用等，但这些方法存在一定的弊端，例如样品前处理过程繁琐，设备昂贵笨重且耗时长等，因此急需一种简单快速的检测方法。荧光检测是近年来兴起的一种分析检测手段，具有灵敏度高，易操作，方便快速等特点。主要基于发光材料的荧光强度或强度比与分析物之间的浓度关系实现对分析物的检测，由于在紫外光下可呈现荧光亮度或者颜色的变化，可进一步实现对分析物的可视化检测。

因此，开发具有超灵敏和选择性传感的“开启”荧光技术，在实时和现场条件下实现可视化和快速检测具有重要意义。近年来，荧光检测在分析检测领域发挥着巨大的作用，对比于单一荧光探针，比色荧光探针更具有一定的优势，通过建立荧光强度比与分析物浓度之间的关系实现定量及可视化检测，避免了单一荧光强度的不稳定。

发明内容

本发明旨在提供一种比色荧光探针的制备及其在碘离子检测中的应用。本发明比色荧光探针中，Hg

本发明比色荧光探针的制备方法，是将绿色碳点(CDs)与红色功能化金纳米团簇(Au NCs)按照特定的比例混合，利用Au NCs的橙色荧光可被汞离子(Hg

本发明比色荧光探针中，绿色碳点(CDs)与红色功能化金纳米团簇(Au NCs)的荧光强度比为1：3.5。

本发明比色荧光探针的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：绿色碳点的制备

将0.2966g聚丙烯酰胺溶于20mL乙醇中，充分混合后加入到50mL反应釜中，180℃加热反应12h；反应结束后自然冷却，反应液用透析袋(1000Da)透析纯化12h后烘干，获得绿色碳点(CDs)。所得CDs分散在超纯水中，浓度1.0mg·mL

步骤2：红色功能化金纳米团簇的制备

将GSH(0.3mL，100mM)、HAuCl

步骤3：比色荧光探针的制备

将步骤1获得的CDs分散液与步骤2获得的Au NCs分散液按特定的比例混合获得60μL的混合液，将所得混合液加入3mL比色皿中并用超纯水稀释至2ml，充分混合后反应5min；将Hg

本发明比色荧光探针的应用，是将其制备用于检测碘离子的检测试剂。具体包括如下步骤：

步骤1：标准曲线的绘制

取所述比色荧光探针溶液60μL置于比色皿中，用超纯水稀释至2mL，记录原始荧光信号，随后逐步加入碘离子，荧光强度信号呈现逐步变化，以荧光强度比I

步骤2：待测样品的检测

取所述比色荧光探针溶液60μL置于比色皿中，用超纯水稀释至2mL，加入60μL待测样品，通过测试获得其荧光强度比值数据，与步骤1获得的标准曲线进行比对后得到待测样品中碘离子的浓度数据。

本发明比色荧光探针的应用，是将所述比色荧光探针代替油墨注射到空墨盒中，通过喷墨打印的方式打印在滤纸上，构建获得荧光比色试纸，来实现对碘离子的可视化检测。检测过程包括如下步骤：

商用墨盒用超纯水清洗，直到墨粉完全清洗干净，烘干备用。以本发明比色荧光探针溶液代替油墨注射到空墨盒中，通过与计算机连接的喷墨打印机打印到附在A4纸上的滤纸上，重复20次，以增加探针的数量。所得滤纸在365nm UV灯下显示出强烈的绿色荧光，证明该比率探针具有良好的稳定性。将I

本发明比色荧光试纸可以简化检测过程，实现碘离子检测的可视化定量分析，用于健康评价。

本发明对包括自来水、湖水和尿液在内的真实样本进行了检测，以评估荧光探针在环境样本和人类健康方面的适用性。样品用普通定性滤纸和0.45mm水系滤纸进行预处理，去除不溶性物质。然后将不同浓度的I

本发明中用比色荧光试纸检测碘离子的原理是基于荧光关闭-打开策略，具体地说由于Hg

本发明中，不断增加碘离子的浓度，基于金纳米粒子猝灭的荧光逐渐恢复，并在紫外灯下呈现一系列颜色的变化，从而可实现对碘离子的可视化检测。

相对于现有的检测技术，本发明的有益效果体现在：

1、用绿色碳点和金纳米团簇制备了用于碘离子检测的双色荧光纸条。

2、荧光探针溶液在发光光谱仪上对碘离子的检测限为0.70μM，低于人尿(WHO)碘离子的允许限(0.78-3.9μM)。

3、荧光纸条可实时/现场目视定量检测尿液中的碘离子，整个检测过程可在2分钟内完成。荧光纸条便于储存和携带，使检测碘离子的方法更加方便、简单、省时、经济。

附图说明

图1(A)为金纳米粒子透射电镜图；(B)为加入Hg

图2(A)为不同浓度碘离子加入体系中荧光谱图，插图为在365nm紫外灯下荧光照片；图2(B)是比率荧光强度比与碘离子浓度之间关系图，插图是碘离子浓度为0-10μM，荧光强度比与碘离子浓度之间线性关系图。

图3为比色荧光探针选择性和干扰性图。

图4为使用比率荧光探针墨水喷墨打印纸的视觉检测原理图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例来对本发明的技术方案作进一步说明：

实施例1：

1、绿色碳点的制备

将0.2966g聚丙烯酰胺溶于20mL乙醇中，充分混合后加入到50mL反应釜中，180℃加热12h。自然冷却后，将含有CDs的溶液用透析袋(1000Da)透析纯化12h后烘干。最后，将CDs分散在超纯水(1.0mg·mL

2、橙色金纳米粒子的制备

将GSH(0.3mL，100mM)、HAuCl

3、混合比色荧光探针的制备

将CDs与Au NCs按固定比例混合加入到3ml比色皿中配制成比色荧光探针溶液，用超纯水稀释至2ml，充分混合后反应5min。将Hg

4、荧光猝灭混合体系的最佳激发波长

当发射波长为486nm时，CDs在310nm和378nm处有两个激发峰。当激发波长在300nm-380nm范围内改变时，CDs的荧光强度光谱增大，并在380nm处达到最大。Au NCs在发射波长为600nm时，分别在318nm和400nm处有两个激发峰。同样在300nm-380nm的激发波长范围内，荧光强度先升高后降低，在330nm处达到最大值。为了保证CDs和Au NCs同时被激发，选择330nm作为比色荧光探针的最佳激发波长。

5、单色Au NCs对碘离子的响应。

为了说明Au NCs在碘离子检测中的作用，分别在CDs和Au NCs溶液中加入浓度为0-10μM的的I

6、最佳荧光强度比。

当Au NCs和CDs的荧光强度比分别为1：1，3：1和3.5：1时，检测不同浓度下对I

实施例2：

1、绿色碳点的制备

本步骤的制备过程同实施例1。

2、橙色金纳米粒子的制备

本步骤的制备过程同实施例1。

3、混合比色荧光探针的制备

本步骤的制备过程同实施例1。

4、荧光纸条用于I

为了便于碘离子检测的可视化，将上述比色荧光探针溶液通过喷墨印刷技术制备成荧光试纸条。荧光墨水制备采用Au NCs和CDs的混合溶液，并加以Hg

当I

根据世界卫生组织对人类尿液碘化物容许限量(0.78-3.9μM)，碘离子检测荧光试纸可在安全(0-4μM)、警告(5-10μM)和危险(10-30μM)三个碘离子限量区域提供明显的颜色变化，在实时/现场环境中对碘离子进行直观、简便的分析，以便及时进行健康筛查。

比色荧光试纸可以简化检测过程，实现碘离子检测的可视化定量分析，用于健康评价。

实际样本中I

以当地湖水、自来水和人尿为样本，研究荧光探针检测实际样品中碘离子的可行性。

将不同浓度的I

实施例3：

1、绿色碳点的制备

本步骤的制备过程同实施例1。

2、橙色金纳米粒子的制备

本步骤的制备过程同实施例1。

3、混合比色荧光探针的制备

本步骤的制备过程同实施例1。

4、比率荧光探针选择性和干扰性测试

为了评价比色荧光探针检测I-的选择性，在相同条件下进行了F