CN104893708A - 二硫化钛纳米片/量子点复合物汞离子荧光探针的制法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种二硫化钛纳米片/量子点复合物汞离子荧光探针的制法，使用二硫化钛为原料，水热合成制得片层结构TiS₂纳米片，通过超声辅助化学法制得TiS₂荧光量子点；单链寡聚脱氧核糖核酸末端氨基与TiS₂QDs表面稳定剂分子的羧基结合，形成ODN修饰的TiS₂QDs，通过分子间作用力ODN可附着在TiS₂纳米片上，使TiS₂QDs与纳米片间接接触而发生荧光共振能量转移，可引起TiS₂QDs荧光淬灭；Hg²⁺可与单链ODN上的胸腺嘧啶碱基特异性地结合形成T-Hg²⁺-T结构，使得ODN脱离TiS₂纳米片表面，TiS₂QDs也随之离开，进而引起荧光恢复；拟合体系荧光强度与Hg²⁺浓度间的关系，可构建基于二硫化钛纳米片/量子点复合物的Hg²⁺荧光探针。首次实现了二硫化钛纳米片/量子点复合物与单链ODN复合构建离子荧光探针。

Description

二硫化钛纳米片/量子点复合物汞离子荧光探针的制法

技术领域

本发明属于化学、物理学和材料学的交叉领域，具体涉及一种二硫化钛纳米片/量子点复合物汞离子荧光探针的制法。

背景技术

由单层或多层二硫化钛(TiS₂)构成的TiS₂纳米片是一种具有类似石墨烯结构和性能的新型二维层状纳米材料，当其几何尺寸，尤其是厚度减小到纳米尺度范围内时，因受到量子限域效应的影响，会表现出一系列独特的光学和电学性质。相比没有能带隙的石墨烯，层状TiS₂具有直接带隙，因此表现出显著的光致荧光现象。近年来，TiS₂基的纳米材料以其独特的光电学性质在新能源、生物传感、光电化学催化、疾病治疗等领域展现出广泛的应用前景。

量子点(QDs)通常是指尺寸小于或接近其激光波尔半径的半导体纳米晶，是具有独特光、电学特性的纳米粒子。与二维纳米片结构相比，基于片层过渡金属二硫化物制备的QDs具有更高的比表面积和更多的边缘活性位点，这使QDs相比纳米片在电化学传感和催化领域会获得更广泛和高效的应用。此外，过渡金属二硫化物QDs因其优异的荧光性质，在生物医学和光成像领域也具有重要的应用潜力，相关研究已成为当前的研究热点。

文献研究表明，一个Hg²⁺能特异性地和两个胸腺嘧啶碱基(T)共价结合形成稳定的T-Hg²⁺-T结构，利用这一原理可建立基于荧光信号转变来检测Hg²⁺的方法。Akira Ono等设计了一条富含胸腺嘧啶(T)的寡核苷酸序列，5’端标记有淬灭素，3’端标记有荧光素。当Hg²⁺存在时，由于T-Hg²⁺-T的结合作用使寡核苷酸形成发夹结构，导致3’端和5’端靠近，引起荧光猝灭，进而对Hg²⁺进行定量测定(Akira Ono,Humika Tofashi.,Angew.Chem.，2014,116,4400-4402)。Wang Z.D.等利用T-Hg²⁺-T的结合原理设计了发夹结构的Hg²⁺寡核苷酸适体，通过荧光强度的上升来定量检测Hg²⁺(Wang Z.D.,Lee J.H.Lu Y..Chem.Commun.，2008,45,6005-6007)。柴芳等使用牛血清蛋白功能化的金纳米颗粒作为荧光探针，用于水体中的Hg²⁺检测(专利申请号：200910218130.1)。

综上所述，尽管有关Hg²⁺荧光探针的制备方法已有文献报道，但截至目前尚未有基于二硫化钛纳米片/量子点复合物为主体材料的Hg²⁺荧光探针国内外文献和专利报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二硫化钛纳米片/量子点复合物汞离子荧光探针的制法。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

二硫化钛纳米片/量子点复合物汞离子荧光探针的制法，包括以下步骤：

(1)TiS₂粉末加入分散剂中，经过超声得到悬浮液，离心分离，收集上层分散液，除去大颗粒后进行搅拌，制得TiS₂QDs/TiS₂纳米片复合物悬浊液，将复合物悬浊液离心，收集上层分散液即为TiS₂QDs，下层沉淀物即为TiS₂纳米片；

(2)向所述TiS₂QDs中加入磷酸盐缓冲液，常温下搅拌，加入寡合脱氧核苷酸(ODN)孵化，除去未反应的TiS₂QDs后，制得ODN表面修饰的TiS₂QDs；

(3)将ODN表面修饰的TiS₂QDs与TiS₂纳米片混合，用磷酸盐缓冲液稀释，孵化，测量体系的荧光强度，然后加入Hg²⁺孵化，再测量体系的荧光强度，拟合体系荧光强度与Hg²⁺浓度间的线性方程，构建基于二硫化钛纳米片/量子点复合物的Hg²⁺荧光探针。

优选的，步骤(1)中，每毫升分散剂中加入的TiS₂粉末的质量为1～10mg。

优选的，步骤(1)中，所述分散剂为N-甲基吡咯烷酮或N,N-二甲基甲酰胺。

优选的，步骤(1)中，所述悬浮液是由超声处理得到，超声处理的时间为1～6h。

优选的，步骤(1)中，搅拌的温度为20～150℃，搅拌的时间为1～12h。

优选的，步骤(2)中，所述搅拌的时间为10～60min。

优选的，步骤(2)中，所述的磷酸缓冲液调节体系的pH为7.0～12.0，TiS₂QDs与ODN的摩尔比为1-2:3-4。

优选的，步骤(2)中，所述未反应的TiS₂QDs是通过透析除去的。

优选的，步骤(3)中，所述的ODN修饰的TiS₂QDs与TiS₂纳米片质量比为1：1～10。

优选的，步骤(3)中，所述磷酸盐缓冲液将所述混合液稀释的倍数为2～15倍。

优选的，步骤(3)中，所述Hg²⁺的浓度为10～300nM，孵化时间1～10min。

优选的，步骤(3)中，所述线性方程为：y＝1.034x+495.96(R²＝0.989)。

本发明的原理为：

使用二硫化钛(TiS₂)为原料，水热合成制得片层结构TiS₂纳米片，通过超声辅助化学法制得TiS₂荧光量子点(QDs)；单链寡聚脱氧核糖核酸(ODN)末端氨基与TiS₂QDs表面稳定剂分子的羧基结合，形成ODN修饰的TiS₂QDs，通过分子间作用力ODN可附着在TiS₂纳米片上，使TiS₂QDs与纳米片间接接触而发生荧光共振能量转移，可引起TiS₂QDs荧光淬灭；Hg²⁺可与单链ODN上的胸腺嘧啶碱基(T)特异性地结合形成T-Hg²⁺-T结构，使得ODN脱离TiS₂纳米片表面，TiS₂QDs也随之离开，进而引起荧光恢复；拟合体系荧光强度与Hg²⁺浓度间的关系，可构建基于二硫化钛纳米片/量子点复合物的Hg²⁺荧光探针。

本发明的有益技术效果为：

1、本发明方法条件温和、设备简单、易于操作、二硫化钛纳米片/量子点复合物可通过水热合成法以及超声辅助化学法直接制备得到，原料利用率高，成本低廉。

2、本发明方法首次实现了二硫化钛纳米片/量子点复合物与单链ODN复合构建离子荧光探针，克服了一般染料标记的荧光探针存在着相对较贵和低的光稳定性等缺点，也克服了CdSe和CdTe量子点会危害环境和人类的健康等缺点。

3、本发明构建的荧光探针选材新颖、呈现了荧光“关-开”反应、高的灵敏度、宽的检测范围：10～300nM，以及低的检测限：2.0nM等诸多优点，可用于水溶液和生物样品中汞离子的高效检测，在生化分析、医学诊断、环境监测等领域的应用前景广阔。

附图说明

图1为二硫化钛纳米片/量子点复合物汞离子荧光探针检测的原理示意图；

图2为二硫化钛量子点梯度浓度的紫外可见光谱图；

图3为二硫化钛量子点梯度浓度的荧光光谱图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明。

实施例1

称取20mg TiS₂粉末分散于5mL N-甲基吡咯烷酮中，超声处理1h，形成悬浮液。将超声后的悬浮液离心分离，收集上层分散液，以除去较大颗粒。将上层分散液倒入烧瓶中，100℃下磁力搅拌反应6h，得到TiS₂QDs/纳米片复合物溶液。将复合物溶液离心分离，收集上层分散液即为TiS₂QDs，下层沉淀物即为TiS₂纳米片。向制备的上层分散液中加入0.1M磷酸盐缓冲液(pH＝7.0)，常温下搅拌反应15min，然后加入10μL ODN(20μM)，常温下孵化12h，然后转入透析袋中透析，除去未反应的TiS₂QDs，制得ODN表面修饰的TiS₂QDs。将ODN表面修饰的TiS₂QDs分散液与TiS₂纳米片分散液混合，其中TiS₂QDs与TiS₂纳米片的质量比为1:2，常温下孵化5min，测量体系的荧光强度，然后加入10nM的Hg²⁺，孵化5min时间，再测量体系的荧光强度，拟合体系荧光强度与Hg²⁺浓度间的关系，构建基于二硫化钛纳米片/量子点复合物的Hg²⁺荧光探针。

宽的检测范围：10～300nM，低的检测限：2.0nM，拟合体系荧光强度与Hg²⁺浓度间的线性方程为：y＝1.034x+495.96(R²＝0.989)。

实施例2

称取30mg TiS₂粉末分散于5mL N-甲基吡咯烷酮中，超声处理2h，形成悬浮液。将超声后的悬浮液离心分离，收集上层分散液，以除去较大颗粒。将上层分散液倒入烧瓶中，120℃下磁力搅拌反应6h，得到TiS₂QDs/纳米片复合物溶液。将复合物溶液离心分离，收集上层分散液即为TiS₂QDs，下层沉淀物即为TiS₂纳米片。向制备的上层分散液中加入0.1M磷酸盐缓冲液(pH＝8.0)，常温下搅拌反应15min，然后加入20μL ODN(20μM)，常温下孵化24h，然后转入透析袋中透析，除去未反应的TiS₂QDs，制得ODN表面修饰的TiS₂QDs。将ODN表面修饰的TiS₂QDs分散液与TiS₂纳米片分散液混合，其中TiS₂QDs与TiS₂纳米片的质量比为1:5，常温下孵化10min，测量体系的荧光强度，然后加入100nM的Hg²⁺，孵化5min时间，再测量体系的荧光强度，拟合体系荧光强度与Hg²⁺浓度间的关系，构建基于二硫化钛纳米片/量子点复合物的Hg²⁺荧光探针。

宽的检测范围：10～300nM，低的检测限：2.0nM，拟合体系荧光强度与Hg²⁺浓度间的线性方程为：y＝1.034x+495.96(R²＝0.989)。

实施例3

称取50mg TiS₂粉末分散于5mL N-甲基吡咯烷酮中，超声处理5h，形成悬浮液。将超声后的悬浮液离心分离，收集上层分散液，以除去较大颗粒。将上层分散液倒入烧瓶中，150℃下磁力搅拌反应6h，得到TiS₂QDs/纳米片复合物溶液。将复合物溶液离心分离，收集上层分散液即为TiS₂QDs，下层沉淀物即为TiS₂纳米片。向制备的上层分散液中加入0.1M磷酸盐缓冲液(pH＝9.0)，常温下搅拌反应15min，然后加入50μL ODN(50μM)，常温下孵化36h，然后转入透析袋中透析，除去未反应的TiS₂QDs，制得ODN表面修饰的TiS₂QDs。将ODN表面修饰的TiS₂QDs分散液与TiS₂纳米片分散液混合，其中TiS₂QDs与TiS₂纳米片的质量比为1:10，常温下孵化10min，测量体系的荧光强度，然后加入300nM的Hg²⁺，孵化10min时间，再测量体系的荧光强度，拟合体系荧光强度与Hg²⁺浓度间的关系，构建基于二硫化钛纳米片/量子点复合物的Hg²⁺荧光探针。

宽的检测范围：10～300nM，低的检测限：2.0nM，拟合体系荧光强度与Hg²⁺浓度间的线性方程为：y＝1.034x+495.96(R²＝0.989)。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.二硫化钛纳米片/量子点复合物汞离子荧光探针的制法，包括以下步骤：

(1)TiS₂粉末加入分散剂中，经过超声得到悬浮液，离心分离，收集上层分散液，除去大颗粒后进行搅拌，制得TiS₂ QDs/TiS₂纳米片复合物悬浊液，将复合物悬浊液离心，收集上层分散液即为TiS₂ QDs，下层沉淀物即为TiS₂纳米片；

(2)向所述TiS₂ QDs中加入磷酸盐缓冲液，常温下搅拌，加入寡合脱氧核苷酸孵化，除去未反应的TiS₂ QDs后，制得ODN表面修饰的TiS₂ QDs；

(3)将ODN表面修饰的TiS₂ QDs与TiS₂纳米片混合，用磷酸盐缓冲液稀释，孵化，测量体系的荧光强度，然后加入Hg²⁺孵化，再测量体系的荧光强度，拟合体系荧光强度与Hg²⁺浓度间的线性方程，构建基于二硫化钛纳米片/量子点复合物的Hg²⁺荧光探针。

2.根据权利要求1所述的二硫化钛纳米片/量子点复合物汞离子荧光探针的制法，其特征在于：步骤(1)中，每毫升分散剂中加入的TiS₂粉末的质量为1～10mg。

3.根据权利要求2所述的二硫化钛纳米片/量子点复合物汞离子荧光探针的制法，其特征在于：步骤(1)中，所述分散剂为N-甲基吡咯烷酮或N,N-二甲基甲酰胺。

4.根据权利要求1所述的二硫化钛纳米片/量子点复合物汞离子荧光探针的制法，其特征在于：步骤(1)中，所述悬浮液是由超声处理得到，超声处理的时间为1～6h。

5.根据权利要求1所述的二硫化钛纳米片/量子点复合物的汞离子荧光探针的制法，其特征在于：步骤(1)中，所述搅拌的温度为20～150℃，搅拌的时间为1～12h。

6.根据权利要求1所述的二硫化钛纳米片/量子点复合物汞离子荧光探针的制法，其特征在于：步骤(2)中，所述搅拌的时间为10～60min。

7.根据权利要求1所述的二硫化钛纳米片/量子点复合物汞离子荧光探针的制法，其特征在于：步骤(2)中，所述的磷酸缓冲液调节体系的pH为7.0～12.0，TiS₂ QDs与ODN的摩尔比为1-2:3-4。

8.根据权利要求1所述的二硫化钛纳米片/量子点复合物汞离子荧光探针的制法，其特征在于：步骤(2)中，所述未反应的TiS₂ QDs是通过透析除去的。

9.根据权利要求1所述的二硫化钛纳米片/量子点复合物汞离子荧光探针的制法，其特征在于：步骤(3)中，所述的ODN修饰的TiS₂ QDs与TiS₂纳米片质量比为1：1～10。

10.根据权利要求1所述的二硫化钛纳米片/量子点复合物汞离子荧光探针的制法，其特征在于：步骤(3)中，所述磷酸盐缓冲液将所述混合液稀释的倍数为2～15倍。