CN111122528B - SiO2溶胶-凝胶包裹CsPbBr3量子点检测胆固醇的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种SiO2溶胶‑凝胶包裹CsPbBr3量子点检测胆固醇的方法。所述方法先采用热注射法制备具有核壳结构的MTMOS包封CsPbBr3QDs，并将其作为荧光信号单元，制备分子印迹荧光传感器MIPs/CsPbBr3@SiO2QDs。该传感器以TMOS作为交联剂，APTEs作为功能单体，在范德华力的作用下与模板分子CHO反应，再经过洗脱和识别过程获得荧光淬灭强度和胆固醇浓度的线性关系，测定待测人体血清的荧光峰值，代入线性关系中即可计算出人体血清中胆固醇的含量。本发明的检测方法具有灵敏度高、精度准确、成本低廉、高效快捷等优点，检测限低至2.05×10‑12mol/L，在人体血清胆固醇含量的检测中具有重要的应用价值。

Description

SiO2溶胶-凝胶包裹CsPbBr3量子点检测胆固醇的方法
技术领域
本发明属于分子印迹荧光传感器技术领域，涉及一种SiO2溶胶-凝胶包裹CsPbBr3量子点检测胆固醇的方法。
背景技术
人体血清中过量的胆固醇(CHO)会在血管动脉中形成斑块从而阻止血液循环，引发心血管疾病。因此，测定血清中胆固醇含量是临床诊断中重要的参考指标，对预防心血管疾病、中风、外周动脉疾病、糖尿病和高血压有着极为重要的作用。
目前常见的检测人体血清中胆固醇含量的方法包括比色法、气液色谱-质谱法、温度测定法、分子发光法、电化学法等，但这些检测方法在一定程度上普遍存在操作过程复杂、特异性差、成本高等问题。与上述检测方法相比，基于荧光的检测方法具有操作简单、成本低廉、灵敏度高、特异性强的优点。高荧光探针在高效荧光传感器的构建中起着非常重要的作用，不同的单金属纳米颗粒、双金属纳米颗粒和量子点(QDs)，如碳点-血红蛋白复合物、多壁碳纳米管-金纳米颗粒复合材料和b-环糊精功能化碳点等均被用作荧光法检测CHO的探针(Li,Y.；Cai,J.；Liu,F.；et al.,Construction of a turn off-on fluorescentnanosensor for cholesterol based on fluorescence resonance energy transferand competitive host-guest recognition.Talanta 2019,201,82-89.)。然而，这些探针往往需使用大量的胆固醇氧化酶固定之后才能实现对胆固醇的高灵敏性检测。但是酶的使用存在成本高、酶变性、贮存温度低等缺点。此外，大多数报道的荧光法检测CHO一般都需要非常复杂的衍生过程(Baticz,O.；Tomoskozi,S.,Determination of total cholesterolcontent in food by flow injection analysis with immobilized cholesteroloxidase enzyme reactor. Nahrung 2002,46(1),46-50；Kalaiyarasan,G.；Joseph,J.,Cholesterol derived carbon quantum dots as fluorescence probe for thespecific detection of hemoglobin in diluted human blood samples.Mater Sci EngC Mater Biol Appl 2019,94,580-586.)。
发明内容
本发明的目的在于提供一种SiO2溶胶-凝胶包裹CsPbBr3量子点检测胆固醇的方法。该方法简单快速、灵敏度高且特异性强，通过分子印迹荧光传感器能够快速灵敏地检测人体血清中胆固醇含量。
实现本发明目的的技术方案如下：
SiO2溶胶-凝胶包裹CsPbBr3量子点检测胆固醇的方法，包括以下步骤：
步骤1，将十八烯、油酸和碳酸铯在N2保护下，150～160℃下反应合成油酸铯前驱体，然后将溴化铅、辛胺、油酸和甲基三甲氧基硅烷(MTMOS)在N2保护下加热至 170～180℃，快速注入油酸铯溶液，冰浴形成量子点，最后暴露在空气中，搅拌反应生成CsPbBr3@SiO2QDs复合材料；
步骤2，按胆固醇与3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTEs)的摩尔比为1:5～1:6，将胆固醇、十八烯、3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTEs)和CsPbBr3@SiO2 QDs搅拌混合均匀后，按四甲氧基硅烷(TMOS)与3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTEs)的摩尔比为1:9～1:10，加入四甲氧基硅烷(TMOS)，室温下密闭搅拌反应，得到MIPs/CsPbBr3@SiO2 QDs复合材料；
步骤3，将MIPs/CsPbBr3@SiO2 QDs复合材料加入体积比为1:3的乙酸乙酯与正己烷的混合溶液中进行超声洗脱，洗脱时间为15～25min，然后将洗脱后的 MIPs/CsPbBr3@SiO2QDs复合材料分散在乙酸乙酯溶液中，加入待测人体血清，识别时间为30～50min，测定其荧光淬灭强度，根据荧光淬灭强度和胆固醇浓度的线性关系，计算得到待测人体血清中的胆固醇浓度。
优选地，步骤1中，所述的油酸与十八烯的体积比为1:12～1:13；溴化铅与碳酸铯的摩尔比为1:5～1:6；辛胺、油酸与甲基三甲氧基硅烷的体积比为1：1:1～1:2:2。
优选地，步骤1中，150～160℃下的反应时间为2～3h。
优选地，步骤1中，搅拌反应时间为30～40min。
优选地，步骤2中，搅拌混合时间为30～40min。
优选地，步骤2中，室温下密闭搅拌反应时间为12～14h。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明将CsPbBr3 QDs封装在SiO2基质中，形成典型的核-壳结构，形成的保护层大大提高了CsPbBr3 QDs的稳定性，而且作为印迹基体赋予CsPbBr3 QDs良好的选择性，对胆固醇的检测具有良好的选择性，检测结果也更加准确；
(2)本发明的荧光探针CsPbBr3@SiO2 QDs的合成过程简单且不需要复杂的衍生过程，更不需要胆固醇氧化酶来进行固定，酶的使用存在易变性、成本高、贮存温度低等多种缺点，因此本发明的荧光探针的选择使检测过程更为简便，大大降低了检测的成本；
(3)引入MIPs这一类分子量较高的聚合物，大大提高了CsPbBr3@SiO2 QDs的稳定性，又为CsPbBr3@SiO2 QDs作为荧光探针检测生物分子提高了双重保障；
(4)本发明的检测方法具有灵敏度高、精度准确、成本低廉、高效快捷等优点，检测限低至2.05×10-12mol/L，在人体血清胆固醇含量的检测中具有重要的应用价值。
附图说明
图1(A)为实施例3中交联剂TMOS加入量对传感器荧光峰值的影响结果图，图1 (B)为实施例4中CHO与APTEs的摩尔比对传感器荧光峰值的影响结果图，图1(C)为实施例5中洗脱时间对传感器荧光峰值的影响结果图，图1(D)为实施例6中识别时间对传感器荧光峰值的影响结果图。
图2为实施例1中的CsPbBr3 QDs(A)和CsPbBr3@SiO2 QDs(B)透射电镜显微图。
图3(A)为实施例1中不同浓度胆固醇的荧光峰值，(B)为胆固醇浓度与荧光淬灭强度的线性关系图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详述。
实施例1
(1)制备CsPbBr3@SiO2 QDs：
将12mL十八烯、1mL油酸和0.32g碳酸铯混合后，通入N2除氧，在150℃下反应2h合成油酸铯前驱体。然后将0.068g溴化铅、5mL十八烯、500μL辛胺、500μL油酸和500μL甲基三甲氧基硅烷(MTMOS)在N2保护下加热至170℃，快速加入700μL油酸铯溶液(预热到100℃)，反应5秒后立即冰浴并将反应液暴露在空气中，搅拌30min 生成CsPbBr3@SiO2 QDs。图2为CsPbBr3 QDs(A)和CsPbBr3@SiO2 QDs(B)的透射电镜显微图。从图2(A)中可以看出，CsPbBr3QDs颗粒表面光滑平整，粒径分布均匀，大小基本一致，平均直径约为7.9nm，且CsPbBr3 QDs具有良好的分散性和弥散性。图2(B)中可以发现，CsPbBr3@SiO2 QDs表面包裹了硅胶层，表明在硅基质MTMOS 水解之后，CsPbBr3 QDs被成功封装和嵌入到更大的粒子中，CsPbBr3 QDs和硅胶层形成一个典型的核壳结构，可以有效地保护荧光量子点(CsPbBr3 QDs)。
(2)制备MIPs/CsPbBr3@SiO2 QDs复合材料：
将0.389g胆固醇、10mL十八烯、0.90mL 3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTEs)和100μLCsPbBr3@SiO2 QDs搅拌30min混合均匀后，加入100μL四甲氧基硅烷(TMOS)，室温下密闭搅拌反应12h，得到MIPs/CsPbBr3@SiO2 QDs复合材料。
(3)将MIPs/CsPbBr3@SiO2 QDs复合材料加入体积比为1:3的乙酸乙酯与正己烷的混合溶液中进行超声洗脱，洗脱时间为15min。
(4)将洗脱后的MIPs/CsPbBr3@SiO2 QDs复合材料分散在乙酸乙酯溶液中，再分别与不同浓度的胆固醇溶液进行识别，胆固醇溶液浓度分别为1.0×10-11，5.0×10-11， 1.0×10-10，5.0×10-10，1.0×10-9，5.0×10-9，1.0×10-8和5.0×10-8mol/L，孵育30min，使用荧光光谱仪分别测得八组荧光峰值F，绘制荧光淬灭强度和胆固醇浓度的线性关系图。图3(A)为不同浓度胆固醇的荧光峰值，(B)为胆固醇浓度与荧光淬灭强度的线性关系图。从图3(B)可以看出，胆固醇浓度与荧光淬灭强度的线性关系式为(F0-F)/F＝ 2.6549+0.2352lg C(mol/L)(R2＝0.9937)。
实施例2
人体血清中胆固醇含量的检测：
将人体血清稀释一定倍数后，再将洗脱后的MIPs/CsPbBr3@SiO2 QDs复合材料分散在乙酸乙酯溶液中，并与稀释后的人体血清混合30min，测得荧光峰值F’。将F’代入胆固醇浓度与荧光淬灭强度的线性关系式中计算出对应浓度，再乘以人体血清稀释的倍数，即获得人体血清中胆固醇的含量，所得结果约为3.38mmol/L，与已知的人体血清样本浓度3.45mmol/L基本一致。结果表明，本发明的MIPs/CsPbBr3@SiO2 QDs荧光传感器对于人体血清中胆固醇含量的检测具有良好的应用效果，其操作简单、灵敏度高、成本低廉、高效快捷，在人体血清中胆固醇浓度的检测过程中具有重要的应用价值。
实施例3
本实施例与实施例1基本相同，唯一不同的是分别调整步骤(2)中交联剂TMOS 的加入量为60μL，80μL，100μL，120μL和140μL，研究TMOS添加量对CHO测定的影响。图1(A)为交联剂TMOS加入量对传感器荧光峰值的影响结果图。在分子印迹聚合反应中，交联剂的用量对MIPs的选择性和结合能力有重要的影响。它的主要作用是固定模板分子周围的功能单体，这样即使在模板去除之后，也会形成高度交联的刚性聚合物。从图1(A)可知，当TMOS的添加量为100μL，交联效果最佳。交联剂浓度过高，可能会导致过度交联而使聚合物发生团聚，而浓度过低则会导致交联不足和印迹位点形成不足，影响实验结果。
实施例4
本实施例与实施例1基本相同，唯一不同的是分别调整步骤(2)中CHO与APTEs 的摩尔比为1:3，1:4，1:5，1:6和1:7，研究CHO与APTEs的摩尔比对印迹效果的影响。图1(B)为CHO与APTEs的摩尔比对传感器荧光峰值的影响结果图。如图1(B)所示，随着APTEs含量的增加，识别后的荧光峰值逐渐增大，并在比例为1:5时达到最大值，随后开始减小。这说明模板与单体的摩尔比为1:3或1:4时，由于目标分析物的识别位点较少会使组合能力降低。而当模板与单体的摩尔比大于1:5后，MIP/CsPbBr3@SiO2 QDs分子印迹膜过厚，阻碍了识别位点的洗脱与再吸附功能，从而导致荧光峰值的降低。因此，CHO与APTEs的最优摩尔比为1:5。
实施例5
本实施例与实施例1基本相同，唯一不同的是分别调整步骤(3)中的洗脱时间为5min，10min，15min，20min和25min，研究洗脱时间对传感器检测效果的影响。图1(C) 为洗脱时间对传感器荧光峰值的影响结果图。如图1(C)所示，当MIPs/CsPbBr3@SiO2 QDs复合材料洗脱15min后荧光峰值达到最大值，然后逐渐趋于平稳，表明模板基本被完全洗脱掉。因此MIPs的最佳洗脱时间应该为15min。
实施例6
本实施例与实施例1基本相同，唯一不同的是分别调整步骤(4)中的识别时间为10min，20min，30min，40min和50min，研究识别时间对传感器识别效果的影响。图1 (D)为识别时间对传感器荧光峰值的影响结果图。如图1(D)所示，在前30min内，荧光峰值急剧增强，表明大多数结合腔被模板分子CHO占据。识别30min后，荧光峰值略微下降甚至趋于平稳，说明识别过程达到饱和状态。因此，选择30min作为最佳识别时间。

Claims (7)

1.SiO2溶胶-凝胶包裹CsPbBr3量子点检测胆固醇的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将十八烯、油酸和碳酸铯在N2保护下，150~160℃下反应合成油酸铯前驱体，然后将溴化铅、辛胺、油酸和甲基三甲氧基硅烷在N2保护下加热至170~180℃，快速注入油酸铯溶液，冰浴形成量子点，最后暴露在空气中，搅拌反应生成CsPbBr3@SiO2 QDs复合材料，所述的油酸与十八烯的体积比为1:12~1:13；
步骤2，按胆固醇与3-氨丙基三乙氧基硅烷的摩尔比为1:5~1:6，将胆固醇、十八烯、3-氨丙基三乙氧基硅烷和CsPbBr3@SiO2 QDs搅拌混合均匀后，按四甲氧基硅烷与3-氨丙基三乙氧基硅烷的摩尔比为1:9~1:10，加入四甲氧基硅烷，室温下密闭搅拌反应，得到MIPs/CsPbBr3@SiO2 QDs复合材料；
步骤3，将MIPs/CsPbBr3@SiO2 QDs复合材料加入体积比为1:3的乙酸乙酯与正己烷的混合溶液中进行超声洗脱，洗脱时间为15~25min，然后将洗脱后的MIPs/CsPbBr3@SiO2 QDs复合材料分散在乙酸乙酯溶液中，加入待测人体血清，识别时间为30~50min，测定其荧光淬灭强度，根据荧光淬灭强度和胆固醇浓度的线性关系，计算得到待测人体血清中的胆固醇浓度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，所述的溴化铅与碳酸铯的摩尔比为1:5~1:6。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，所述的辛胺、油酸与甲基三甲氧基硅烷的体积比为1：1:1~1:2:2。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，150~160℃下的反应时间为2~3h。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，搅拌反应时间为30~40min。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中，搅拌混合时间为30~40min。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中，室温下密闭搅拌反应时间为12~14h。
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