CN110591696A - 一种比率荧光探针及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种比率荧光探针及其制备方法和应用，本发明首先制备以荧光氧化石墨烯和铜纳米团簇为原料的荧光探针层，并将该荧光探针层打印或涂覆在探针载体上，获得比率荧光探针；通过检测苯胺类毒品在比率荧光探针表面的RGB数值，并代入到标准曲线中即可获得苯胺类毒品样品的浓度值。本发明的毒品检测是基于苯胺类毒品的特殊的氨基基团与铜纳米团簇的表面羧基基团的特异性结合反应，检测灵敏度、准确性高。

Description

一种比率荧光探针及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于毒品检测技术领域，具体涉及一种比率荧光探针及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，我国***种类层出不穷、吸毒人数急剧飙升、毒品犯罪手段多样化、涉毒案件逐年上升。毒品泛滥以及毒品犯罪已经成为阻碍我国经济健康发展和破坏社会安定和谐的一大毒瘤。目前，我国毒品犯罪的形势十分严峻，因此，准确、快速、全面的毒品检测对打击毒品犯罪、侦破毒品案件、遏止毒品蔓延具有非常重要的现实意义。

然而，常用的毒品检测仪大多是基于色谱法和免疫分析法，普遍存在检测样品易交叉污染、前处理复杂、依赖贵重仪器等问题，导致检测结果不理想、耗时长、费用昂贵。因此，开发敏感、精确、快速的在线毒品检测装置是国家和社会的当务之急。

此外，目前的毒品检测技术的智能化程度较低，数据分析、存储等都依靠人工操作。尤其在面对大量的禁毒筛查、戒毒监控等工作时，往往耗费大量的人力和时间，还有可能因为人为因素造成检测结果的不确定性，这种检测模式已经无法满足当下“互联网+智能化检测”的时代需求。因此，开发和设计一种可以满足毒品的现场、快速、高灵敏的检测要求，同时实现高度准确和智能化的毒品检测、结果分析及存储功能的毒品检测设备和方法具有重要的经济、社会和现实意义。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种结构简单，设计合理的一种比率荧光探针及其制备方法和应用。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种比率荧光探针，包括探针载体和设置于所述探针载体表面的荧光探针层，所述荧光探针层为荧光氧化石墨烯与铜纳米团簇混合粉末层。

作为本发明的进一步优化方案，所述荧光探针层的厚度为0.05-10μm。

作为本发明的进一步优化方案，所述探针载体为商业多孔滤纸或混合纤维素滤纸。

一种如上述任一所述的一种比率荧光探针的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1：荧光氧化石墨烯粉末的制备

将氧化石墨烯于N，N-二甲基甲酰胺和二氯亚砜的混合溶液中加热回流，获得的固体产物洗涤干燥后，置于正丁胺溶液中反应，其产物分离提纯后即为荧光氧化石墨烯粉末；

步骤S2：铜纳米团簇粉末的制备

取铜盐和含羧基的配位剂于超纯水中，调节pH，加入不良溶剂、还原剂混合均匀后，对产生的沉淀进行离心干燥，获得铜纳米团簇粉末；

步骤S3：比率荧光探针的制备

将步骤S1获得的荧光氧化石墨烯粉末和步骤S2获得铜纳米团簇粉末按荧光强度比混合获得混合粉末，将混合粉末均匀设置于探针载体表面，获得比率荧光探针。

作为本发明的进一步优化方案，所述步骤S1中的加热温度为60-100℃，回流24-72h，与正丁胺的反应条件为50-70℃下反应48-96h，获得的荧光氧化石墨烯粉末需在4℃保存。

作为本发明的进一步优化方案，所述步骤S2中的铜盐为硫酸铜、硝酸铜、氯化铜、醋酸铜或氰化亚铜，所述含羧基的配位剂为谷胱甘肽、半胱氨酸、巯基乙酸、巯基丙酸、对巯基苯甲酸或甘氨酸，所述不良溶剂为乙醇、异丙醇或丙醇，所述还原剂为水合肼、硼氢化钠、氰基硼氢化钠、柠檬酸钠或抗坏血酸；所述pH调至4。

作为本发明的进一步优化方案，所述步骤S3中荧光氧化石墨烯粉末和铜纳米团簇粉末的混合荧光强度比为5-1:1-5。

一种如上述任一所述的比率荧光探针在苯胺类毒品检测中的应用。

作为本发明的进一步优化方案，该应用包括以下步骤：

步骤A：标准曲线的获得

将若干已知浓度苯胺类毒品样品分别滴涂于比率荧光探针表面，测定各比率荧光探针表面的RGB数值，并根据样品浓度和RGB数值关系获得标准曲线；

步骤B：检测苯胺类毒品样品的浓度

将待检测的苯胺类毒品样品滴涂于比率荧光探针表面，获得其RGB数值，代入步骤A中获得的标准曲线，获得待检测苯胺类毒品样品的浓度值。

作为本发明的进一步优化方案，所述步骤A中的RGB数值为B与R的商值。

本发明的原理为：如图1所示，荧光石墨烯在365nm的激发光下，发射光的中心波长为450nm，人眼观察的颜色为蓝色光，如图2所示，铜纳米团簇在365nm的激发光下，发射光的中心波长为600nm，人眼观察的颜色为橙色光。***类毒品都含有氨基，而该比率荧光检测探针中的铜纳米团簇是由含有羧基的配位剂稳定的，羧基和氨基之间有特异的结合反应，苯胺类毒品能够使橙色的铜纳米团簇发生猝灭反应，而不会对发光的氧化石墨烯的荧光发射有影响，如图3所示，不同浓度的苯胺类毒品的荧光发射光谱响应图中，随着苯胺类毒品浓度的增多，波长为600nm处的荧光强度在不断减弱。基于此现象，可以得到特异性检测苯胺类毒品的比率荧光探针，检测体系中，比率荧光探针的RGB数值会随着毒品含量的变化而变化，即RGB数值与其荧光强度对应，通过直接测试比率荧光探针的RGB数值即可获得毒品样品的浓度，其荧光强度和RGB数值均与苯胺类毒品的含量呈定量的关系。

本发明的有益效果在于：

1)本发明采用的比率荧光探针检测方法准确性高，可信度高，假阳性结果低；

2)本发明采用荧光氧化石墨烯和铜纳米团簇混合制备比率荧光探针，合成方法简单，成本低，无毒；

3)本发明本发明的毒品检测是基于苯胺类毒品的特殊的氨基基团与铜纳米团簇的表面羧基基团的特异性结合反应，检测灵敏度、准确性高；

4)本发明通过制备含有比率荧光探针的检测试纸，能够现场对毒品进行定量化检测，且检测快速灵敏；

5)本发明通过利用智能终端与比率荧光探针联用，智能化程度大大提高，解决了长期以往，国家和社会在该领域投入的大量人力、物力和时间成本，使得检测更加简单、方便，无需专业人员操作和专业的仪器设备，同时也避免了人为因素的干扰；

6)本发明方法简单，稳定性高，设计合理，便于实现。

附图说明

图1是本发明中荧光氧化石墨烯在365nm激发下的荧光发射光谱；

图2是本发明中铜纳米团簇在365nm激发下的荧光发射光谱；

图3是本发明中随着甲基***浓度的增加，比率荧光探针在365nm激发下的荧光发射光谱；

图4是本发明的苯胺类毒品浓度与RGB数值的标准曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。

实施例1

1、材料

本实施例所用方法如无特别说明均为本领域的技术人员所知晓的常规方法，所用的试剂等材料，如无特别说明，均为市售购买产品。

2、方法

2.1荧光氧化石墨烯的制备

将氧化石墨烯置于体积比为1:1的N，N-二甲基甲酰胺和二氯亚砜的混合溶液中，在60-100℃温度下加热回流24-72h，获得的固体产物以无水四氢呋喃洗涤、离心、真空干燥后，加入正丁胺溶液中，于50-70℃下反应48-96h后，产物经超纯水分离后即为荧光氧化石墨烯原料，并于4℃保存待用。

2.2铜纳米团簇粉末的制备

取铜盐和含羧基的配位剂于超纯水中混合均匀，调节pH至4后，向其中加入不良溶剂和还原剂再次混合均匀后，离心、收集沉淀并干燥，获得铜纳米团簇粉末。

2.3比率荧光探针的制备

将上述获得的荧光氧化石墨烯与铜纳米团簇按荧光强度为5-1：1-5的比例混合均匀，并均匀打印或涂覆在探针载体表面，形成荧光探针层，并保持其厚度为0.05-10μm，即获得比率荧光探针。

需要说明的是，述探针载体为商业多孔滤纸或混合纤维素滤纸。

2.4比率荧光探针在苯胺类毒品检测中的应用

2.4.1标准曲线的获得

配置若干浓度梯度的苯胺类毒品样品溶液，分别滴涂到上述比率荧光探针上，待反应后依次获取各比率荧光探针表面的RGB数值(所述RGB数值为B与R的商值)，并根据样品浓度和RGB数值关系获得标准曲线。

2.4.2检测苯胺类毒品样品的浓度

将待检测的苯胺类毒品样品滴涂于比率荧光探针表面，待反应后获得比率荧光探针表面的RGB数值，并代入上述标准曲线中，获得待检测苯胺类毒品样品的浓度值。

2.5比率荧光探针在检测苯胺类毒品时的精确度的测试

本测试中所选苯胺类毒品为甲基***，首先配置一组浓度梯度的甲基***溶液，将各溶液分别滴涂在上述比率荧光探针表面，获得其RGB数值并根据RGB数值与浓度关系获得甲基***的标准曲线，如图4所示，为上述样品的标准曲线图；配置若干一定浓度的甲基***溶液样品，计算获得该样品的实际浓度值，分别将样品溶液滴涂于比率荧光探针表面，获得比率荧光探针表面的RGB数值，并将其导入到上述获得标准曲线中，获得该样品的理论浓度值，所配置溶液样品的理论值与实际值对比如下表1所示：

	B/R	实际值(nM)	理论值(nM)	精确度(％)
					样品1	1.81	22.1	21.48	97.2
样品2	1.64	52.3	53.86	97.1
					样品3	1.33	110.9	112.91	98.2

如上表1所示，通过将各样品的理论值与实际测量值进行对比可知，通过标准曲线获得的样品的浓度值与直接配置计算获得的实际值之间的精确度不低于97％，表明该方法具有显著的精准度和测试稳定性，将比率荧光探针应用到苯胺类毒品检测是非常可靠的。

为了进一步验证本发明的比率荧光探针在测试未知浓度的苯胺类毒品时的准确性，采用比率荧光探针法和气相色谱法来分别对若干未知浓度的甲基***毒品进行浓度检测，其检测结果如下表2所示，需要说明的是，为了便于比较，本发明中将比率荧光探针的检测结果转换为与气相色谱法的结果表示一致的计量单位：

从上表2可以看出：利用比率荧光探针来检测未知苯胺类毒品的浓度和利用国标法的气相色谱检测结果大致相同，其相对误差基本控制器在5.5％以内，测量结果精确度高，相较于传统的检测方法，利用比率荧光探针的方法简单、快捷，且能够快速对毒品浓度进行定性和定量的测试，便于工作人员的携带。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种比率荧光探针，其特征在于：包括探针载体和设置于所述探针载体表面的荧光探针层，所述荧光探针层为荧光氧化石墨烯与铜纳米团簇混合粉末层。

2.根据权利要求1所述的一种比率荧光探针，其特征在于：所述荧光探针层的厚度为0.05-10μm。

3.根据权利要求1所述的一种比率荧光探针，其特征在于：所述探针载体为多孔滤纸或混合纤维素滤纸。

4.一种根据权利要求1-3任一所述的一种比率荧光探针的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：荧光氧化石墨烯粉末的制备

将氧化石墨烯于N，N-二甲基甲酰胺和二氯亚砜的混合溶液中加热回流，获得的固体产物洗涤干燥后，置于正丁胺溶液中反应，其产物分离提纯后即为荧光氧化石墨烯粉末；

步骤S2：铜纳米团簇粉末的制备

取铜盐和含羧基的配位剂于超纯水中，调节pH，加入不良溶剂、还原剂混合均匀后，对产生的沉淀进行离心干燥，获得铜纳米团簇粉末；

步骤S3：比率荧光探针的制备

将步骤S1获得的荧光氧化石墨烯粉末和步骤S2获得铜纳米团簇粉末按荧光强度比混合获得混合粉末，将混合粉末均匀设置于探针载体表面，获得比率荧光探针。

5.根据权利要求1所述的一种比率荧光探针的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中的加热温度为60-100℃，回流24-72h，与正丁胺的反应条件为50-70℃下反应48-96h，获得的荧光氧化石墨烯粉末需在4℃保存。

6.根据权利要求1所述的一种比率荧光探针的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中的铜盐为硫酸铜、硝酸铜、氯化铜、醋酸铜或氰化亚铜，所述含羧基的配位剂为谷胱甘肽、半胱氨酸、巯基乙酸、巯基丙酸、对巯基苯甲酸或甘氨酸，所述不良溶剂为乙醇、异丙醇或丙醇，所述还原剂为水合肼、硼氢化钠、氰基硼氢化钠、柠檬酸钠或抗坏血酸；所述pH调至4。

7.根据权利要求1所述的一种比率荧光探针的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中荧光氧化石墨烯粉末和铜纳米团簇粉末的混合荧光强度比为5-1:1-5。

8.一种根据权利要求1-3任一所述的比率荧光探针在苯胺类毒品检测中的应用。

9.根据权利要求8所述的一种比率荧光探针在苯胺类毒品检测中的应用，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A：标准曲线的获得

将若干已知浓度苯胺类毒品样品分别滴涂于比率荧光探针表面，测定各比率荧光探针表面的RGB数值，并根据样品浓度和RGB数值关系获得标准曲线；

步骤B：检测苯胺类毒品样品的浓度

将待检测的苯胺类毒品样品滴涂于比率荧光探针表面，获得其RGB数值，代入步骤A中获得的标准曲线，获得待检测苯胺类毒品样品的浓度值。

10.根据权利要求9所述的一种比率荧光探针在苯胺类毒品检测中的应用，其特征在于：所述步骤A中的RGB数值为B与R的商值。