CN111337462B - 一种银纳米颗粒荧光开关体系及其制备方法和在毒品检测中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种银纳米颗粒荧光开关体系及其制备方法和在毒品检测中的应用，包括银纳米颗粒和荧光供体分子，所述银纳米颗粒为表面修饰有与待测毒品特异性结合的抗体，所述荧光供体分子的荧光发射光谱与银纳米颗粒的紫外可见吸收光谱重叠。与现有技术相比，本发明通过选择合适的供体分子和受体分子成功构建一种用于检测毒品的荧光共振能量转移体系，利用该体系检测毒品时，背景干扰更小、可信度更高、灵敏度和选择性更高。
Description
技术领域
本发明属于毒品检测领域，尤其涉及一种银纳米颗粒荧光开关体系及其制备方法和在毒品检测中的应用。
背景技术
目前毒品检测领域还是以仪器类的检测为主，但是存在一些缺点，比如：仪器昂贵、操作复杂、预处理时间长、不方便现场检测等。荧光检测有一定优势，比如：简单、方便、快速、经济、便携等。一般的荧光检测大多数是以荧光猝灭的形式检测分析物，这种方式受干扰的外界因素太多，因此检测结果准确性不够高。而基于荧光共振能量转移，构建荧光开关型检测探针，通过荧光增强的模式检测分析物，背景干扰更小、可信度更高、灵敏度和选择性更高。目前，基于荧光共振能量转移***构建荧光开关型检测探针，用于毒品检测领域的报道还较少。
当一个荧光分子(又称为供体分子)的荧光光谱与另一个分子(又称为受体分子)的吸收光谱相重叠时，供体荧光分子的激发能诱发受体分子发出荧光，同时供体荧光分子自身的荧光强度衰减，形成荧光共振能量转移体系。在构建荧光共振能量转移体系时，能量供给体－接受体(D–A)对之间发生有效能量转移的条件是苛刻的，主要包括：(1)能量供体的发射光谱与能量受体的吸收光谱必须重叠；(2)能量供体与能量受体的荧光生色团必须以适当的方式排列；(3)能量供体、能量受体之间必须足够接近，能量转移发生的几率才会高。此外，对于合适的供体、受体分子在量子产率、消光系数、水溶性、抗干扰能力等方面还有众多的要求。可见，要找到一个合适的D–A对是很困难的。
发明内容
本发明的目的就在于，为了解决传统毒品检测领域利用荧光淬灭形式检测毒品时，受外界干扰因素较多，检测的灵敏度和结果准确性不够高的技术问题，提供一种银纳米颗粒荧光开关体系及其制备方法和在毒品检测中的应用。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
本发明提供了一种银纳米颗粒荧光开关体系，用于毒品的含量检测，包括银纳米颗粒和荧光供体分子，所述银纳米颗粒为表面修饰有能与待测毒品特异性结合的抗体，所述荧光供体分子的荧光发射光谱与银纳米颗粒的紫外可见吸收光谱重叠。
作为本发明进一步的优化方案，所述荧光供体分子为荧光二硫化钼，组成二硫化钼-银纳米颗粒荧光开关体系；二硫化钼的荧光发射光谱与银纳米颗粒的紫外可见吸收光谱之间存在重叠，当两者混合，由于二硫化钼的二维材料的特性，有大的比表面积，容易吸附的特性，与银纳米颗粒之间通过表面的范德华力相互作用，连接在一起，此时体系的荧光被淬灭；当存在待测毒品时，由于银纳米颗粒表面修饰了相应的抗体，会与之结合，该结合力比银纳米颗粒与二硫化钼之间的相互作用要强，因此，银纳米颗粒远离二硫化钼，体系的荧光得以恢复。
作为本发明进一步的优化方案，所述荧光供体分子为荧光碳化钛MXene，组成碳化钛MXene-银纳米颗粒荧光开关体系；碳化钛MXene的荧光发射光谱与银纳米颗粒的紫外可见吸收光谱之间存在重叠，当两者混合，由于碳化钛MXene表面含有丰富的官能团以及大量的亲水基团，能够通过氢键等相互作用与银纳米颗粒的表面功能基团相连接，此时体系的荧光被淬灭；当存在待测毒品时，由于银纳米颗粒表面修饰了相应的抗体，会与之结合，该结合力比银纳米颗粒与碳化钛MXene之间的相互作用要强，因此，银纳米颗粒远离碳化钛MXene，体系的荧光得以恢复。
本发明还提供了一种上述银纳米颗粒荧光开关体系的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备荧光供体分子；
(2)制备银纳米颗粒；
(3)利用与待测毒品特异性结合抗体对银纳米颗粒表面进行抗体修饰；
(4)荧光供体分子-银纳米颗粒复合材料的制备：将荧光供体分子与抗体修饰后的银纳米颗粒混合，获得所述荧光开关体系。
作为本发明进一步的优化方案，所述荧光供体分子为荧光二硫化钼，所述荧光二硫化钼的制备方法，步骤包括：取钼源和硫源，按照硫源：钼源摩尔比为5:1-2：1比例混合在超纯水中，调节pH至1，于聚四氟乙烯高压釜中，180-240℃下反应18-24h，反应结束后，进行冷却离心，收集产物，烘干待用；所述钼源选自钼酸铵或钼酸钠等，所述硫源选自硫脲、硫代乙酰胺、硫化钠等。
作为本发明进一步的优化方案，所述荧光供体分子为荧光碳化钛MXene，所述荧光碳化钛MXene的制备方法，步骤包括：取浓盐酸和氟化锂，在超纯水中混合搅拌，再加入Ti3AlC2粉末，混合均匀，于25-50℃下反应18-24h；反应结束后，离心，水洗至上清液pH为5.0-6.5，收集获得中间产物A；将中间产物A溶于超纯水中，通入惰性气体去除氧气，超声处理，离心，收集上清液，获得中间产物B；将中间产物B稀释后分散于乙醇或二甲基甲酰胺中，通入惰性气体去除氧气，然后置于聚四氟乙烯高压反应釜中，在110-150℃下反应6-18h；反应结束后进行过滤、离心，收集上清液，获得产物，待用。
作为本发明进一步的优化方案，所述制备银纳米颗粒的方法，步骤包括：取硝酸银分散在超纯水中，加热至100℃，加入配体进行反应，反应结束后，获得产物，冷却待用；所述配体为柠檬酸钠、PVP或抗坏血酸等。
作为本发明进一步的优化方案，所述对银纳米颗粒表面进行抗体修饰的方法，步骤包括：取1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺钠盐加入制备获得的银纳米颗粒溶液中，室温混合搅拌，再加入与待测毒品特异性结合的单克隆抗体进行孵化，获得抗体修饰后的银纳米颗粒溶液。
本发明还提供了一种上述银纳米颗粒荧光开关体系在毒品检测中的应用。
作为本发明进一步的优化方案，所述毒品为甲基***。
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种银纳米颗粒荧光开关体系及其制备方法和在毒品检测中的应用，通过选择合适的供体分子和受体分子成功构建一种用于检测毒品的荧光共振能量转移体系，利用该体系检测毒品时，背景干扰更小、可信度更高、灵敏度和选择性更高。
附图说明
图1为实施例1二硫化钼-银纳米颗粒荧光开关体系对甲基***的荧光响应图；
图2为实施例1二硫化钼-银纳米颗粒荧光开关体系对甲基***含量的线性关系图；
图3为实施例2碳化钛MXene-银纳米颗粒荧光开关体系对甲基***的荧光响应图；
图4为实施例2碳化钛MXene-银纳米颗粒荧光开关体系对甲基***含量的线性关系图；
图5为对比例1二硫化钼荧光探针对甲基***的荧光响应图；
图6为对比例1二硫化钼荧光探针对甲基***含量的线性关系图；
图7为对比例2碳化钛MXene荧光探针对甲基***的荧光响应图；
图8为对比例2碳化钛MXene荧光探针对甲基***含量的线性关系图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明进行详细阐述，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做出一些非本质的改进和调整。
本发明的银纳米颗粒荧光开关体系的制备方法，步骤包括：
(1)制备荧光供体分子，包括荧光二硫化钼的制备和荧光碳化钛MXene的制备：
荧光二硫化钼的制备：取钼源和硫源，按照硫源：钼源摩尔比为5:1-2：1比例混合在超纯水中，调节pH至1，于聚四氟乙烯高压釜中，180-240℃下反应18-24h，反应结束后，进行冷却离心，收集产物，获得荧光二硫化钼，烘干待用；所述钼源选自钼酸铵或钼酸钠等，所述硫源选自硫脲、硫代乙酰胺或硫化钠等。
荧光碳化钛MXene的制备：2ml浓盐酸和0.3g氟化锂，于5ml超纯水中，混合搅拌，分散均匀。再加入0.5g Ti3AlC2粉末，混合均匀，于25-50℃下反应18-24小时。反应结束后，离心，水洗至上清液pH为5.0-6.5左右，收集中间产物A。将A溶于3ml超纯水中，通入惰性气体除去氧气，超声3-5小时后，低速离心(约2500-5000转/分钟)一次，收集上清液，并用超纯水定容至10ml待用，记为中间产物B。取2ml产物B，分散于20ml乙醇或二甲基甲酰胺中，通入惰性气体除去氧气，在聚四氟乙烯不锈钢反应釜中，于110-150℃反应6-18小时。反应结束后，用0.22μm的微孔过滤膜，过滤沉淀，将上层溶液，再次高速离心(8000-12000转/分钟)，收集上清液，获得终产物C，即为荧光碳化钛溶液。
(2)制备银纳米颗粒
100-120mg硝酸银，200ml超纯水，分散均匀；加热至100℃，快速加入0.1g配体，反应1小时。反应结束后，获得银纳米颗粒溶液，冷却待用。所述配体为柠檬酸钠、PVP或抗坏血酸等，但不限于此。
(3)利用与待测毒品特异性结合抗体对银纳米颗粒表面进行抗体修饰
取0.5×10-5mmol-2×10-5mmol 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、0.5×10-5mmol-2×10-5mmol N-羟基琥珀酰亚胺钠盐，加入银纳米颗粒溶液中，室温混合搅拌15分钟-4小时。加入0.1×10-5mmol-5×10-5mmol能与待测毒品特异性结合的单克隆抗体，孵化1-6小时，获得已修饰抗体的银纳米颗粒溶液。
(4)荧光供体分子-银纳米颗粒复合材料的制备：
二硫化钼-银纳米颗粒荧光开关体系的制备：取10mg荧光二硫化钼分散在10ml超纯水中，加入上述0.2ml-2ml已修饰抗体的银纳米颗粒溶液，混合均匀即可。
碳化钛MXene-银纳米颗粒荧光开关体系的制备：取10ml荧光碳化钛MXene，加入上述0.2ml-2ml已修饰抗体的银纳米颗粒溶液，混合均匀即可。
下面通过具体实施例对本申请作进一步详细描述。
实施例1
本实施例提供了一种用于检测甲基***的二硫化钼-银纳米颗粒荧光开关体系的制备方法，步骤包括：
(1)荧光二硫化钼的制备：5mmol钼酸钠，10mmol硫脲，50ml超纯水，混合搅拌均匀；pH调节至1，于聚四氟乙烯高压釜中，200℃反应20小时。反应结束后，冷却，离心、洗涤，收集产物，40℃烘干，待用。
(2)银纳米颗粒的制备：100mg硝酸银，200ml超纯水，分散均匀；加热至100℃，快速加入0.1g柠檬酸钠，反应1小时。反应结束后，冷却待用。合成的银纳米颗粒在30nm左右，保证银纳米颗粒的吸收峰在405nm左右，其吸收光谱与荧光二硫化钼的荧光发射光谱重叠。
(3)银纳米颗粒表面抗体修饰：1×10-5mmol 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐，1×10-5mmol N-羟基琥珀酰亚胺钠盐，10ml上述银纳米颗粒溶液，室温下，混合搅拌1小时。再加入1×10-5mmol甲基***单克隆抗体，37℃下，孵化4小时。
(4)二硫化钼-银纳米颗粒复合材料的制备：10mg荧光二硫化钼分散在10ml超纯水中，加入上述1ml已修饰抗体的银纳米颗粒溶液，混合均匀即可。
该体系对甲基***的检测：在255nm激发下，荧光二硫化钼在405nm有最强荧光发射。银纳米颗粒的吸收峰位于403nm，修饰抗体后的紫外可见吸收光谱基本无变化。由于二硫化钼的荧光发射光谱与银纳米颗粒的紫外可见吸收光谱重叠，当两者混合时，由于二硫化钼的二维材料的特性，有大的比表面积，容易吸附的特性，与银纳米颗粒之间通过表面的弱相互作用，连接在一起，此时体系的荧光被猝灭。当存在甲基***时，由于银纳米颗粒表面修饰了相应的抗体，会与之结合，该结合力比银纳米颗粒与二硫化钼之间的相互作用要强，因此，银纳米颗粒远离二硫化钼，体系的荧光得以恢复，通过这种荧光开关的方式对目标物进行检测。以加入待测物与未加入待测物时，405nm处的荧光发射峰强度变化量与未加入待测物时的荧光强度之比为纵坐标，以甲基***的摩尔浓度为横坐标，作图得到线性相关性，以此作为未知含量的甲基***的荧光检测。
实施例2
本实施例提供了一种用于检测甲基***的碳化钛MXene-银纳米颗粒荧光开关体系的制备方法，步骤包括：
(1)荧光碳化钛MXene的制备：2ml浓盐酸和0.3g氟化锂，于5ml超纯水中，混合搅拌，分散均匀。再加入0.5g Ti3AlC2粉末，混合均匀，于40℃下反应20小时。反应结束后，离心，水洗至上清液pH为6左右，收集中间产物A。将A溶于3ml超纯水中，N2鼓泡30分钟，超声4小时后，离心(4000转/分钟)一次，收集上清液，并用超纯水定容至10ml(记为中间产物B)待用。取2ml产物B，分散于20ml乙醇中，N2鼓泡30分钟，在聚四氟乙烯不锈钢反应釜中，于120℃反应12小时。反应结束后，用0.22μm的微孔过滤膜，过滤沉淀，将上层溶液，再次离心(9000转/分钟)，收集上清液，获得终产物C，即为荧光碳化钛MXene溶液。
(2)银纳米颗粒的制备：120mg硝酸银，200ml超纯水，分散均匀；加热至100℃，快速加入0.1g柠檬酸钠，反应1小时。反应结束后，冷却待用。合成的银纳米颗粒在35nm左右，保证银纳米颗粒的吸收峰在410nm左右，与荧光碳化钛MXene的荧光发射光谱重叠。
(3)银纳米颗粒表面抗体修饰：1×10-5mmol 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐，1×10-5mmol N-羟基琥珀酰亚胺钠盐，10ml上述银纳米颗粒溶液，室温下，混合搅拌1小时。再加入1×10-5mmol甲基***单克隆抗体，37℃下，孵化4小时。
(4)碳化钛MXene-银纳米颗粒复合材料的制备：10ml上述制备的荧光碳化钛MXene，加入上述1ml已修饰抗体的银纳米颗粒溶液，混合均匀即可。
该体系对甲基***的检测：在350nm激发下，荧光碳化钛MXene在450nm有最强荧光发射。银纳米颗粒的吸收峰位于410nm，修饰抗体后的紫外可见吸收光谱基本无变化。由于碳化钛MXene的荧光发射光谱与银纳米颗粒的紫外可见吸收光谱重叠，并且，碳化钛MXene表面含有丰富的官能团以及大量的亲水基团，能够通过氢键等相互作用与银纳米颗粒的表面功能基团相连接，因此，当两者混合时，体系的荧光会猝灭。当存在甲基***时，由于银纳米颗粒表面修饰了相应的抗体，会与之结合，该结合力比银纳米颗粒与碳化钛MXene之间的相互作用要强，因此，银纳米颗粒远离碳化钛MXene，体系的荧光得以恢复，通过这种荧光开关的方式对目标物进行检测。以加入待测物和未加入待测物时，450nm处的荧光发射峰强度变化量与未加入待测物时的荧光强度之比为纵坐标，以甲基***的摩尔浓度为横坐标，作图得到线性相关性，以此作为未知含量的甲基***的荧光检测。
对比例1
本对比例构建了一种用于检测甲基***的二硫化钼荧光探针，步骤包括：
(1)荧光二硫化钼的制备：5mmol钼酸钠，10mmol硫脲，50ml超纯水，混合搅拌均匀；pH调节至1，于聚四氟乙烯高压釜中，200℃反应20小时。反应结束后，冷却，离心、洗涤，收集产物，40℃烘干，待用。
(2)荧光二硫化钼表面抗体修饰：1×10-5mmol 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐，1×10-5mmol N-羟基琥珀酰亚胺钠盐，10mg上述二硫化钼，于10ml超纯水中，室温下，混合搅拌1小时。再加入1×10-5mmol甲基***单克隆抗体，37℃下，孵化4小时。
该探针对甲基***的检测：在255nm激发下，荧光二硫化钼在405nm有最强荧光发射。当存在待测物时，二硫化钼的荧光强度有所下降。以加入待测物和未加入待测物时，405nm处的荧光发射峰强度变化量与未加入待测物时的荧光强度之比为纵坐标，以甲基***的摩尔浓度为横坐标，作图得到线性相关性，以此作为未知含量的甲基***的荧光检测。
对比例2
本对比例构建了一种用于检测甲基***的碳化钛MXene荧光荧光探针，步骤包括：
(1)荧光碳化钛MXene的制备：2ml浓盐酸和0.3g氟化锂，于5ml超纯水中，混合搅拌，分散均匀。再加入0.5g Ti3AlC2粉末，混合均匀，于40℃下反应20小时。反应结束后，离心，水洗至上清液pH为6左右，收集中间产物A。将A溶于3ml超纯水中，N2鼓泡30分钟，超声4小时后，离心(4000转/分钟)一次，收集上清液，并用超纯水定容至10ml(记为中间产物B)待用。取2ml产物B，分散于20ml乙醇中，N2鼓泡30分钟，在聚四氟乙烯不锈钢反应釜中，于120℃反应12小时。反应结束后，用0.22μm的微孔过滤膜，过滤沉淀，将上层溶液，再次离心(9000转/分钟)，收集上清液，获得终产物C，即为荧光碳化钛MXene溶液。
(2)碳化钛MXene表面抗体修饰：1×10-5mmol 1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐，1×10-5mmol N-羟基琥珀酰亚胺钠盐，10ml上述碳化钛MXene溶液，室温下，混合搅拌1小时。再加入1×10-5mmol甲基***单克隆抗体，37℃下，孵化4小时。
该探针对甲基***的检测：在350nm激发下，碳化钛MXene在450nm有最强荧光发射。当存在待测物时，碳化钛MXene的荧光强度有所下降。以加入待测物和未加入待测物时，450nm处的荧光发射峰强度变化量与未加入待测物时的荧光强度之比为纵坐标，以甲基***的摩尔浓度为横坐标，作图得到线性相关性，以此作为未知含量的甲基***的荧光检测。
结果如图1-8所示，图中可以看出，本发明的荧光探针强度稳定，对甲基***有较高的检测灵敏度。如图2、4、6、8所示，二硫化钼-银纳米颗粒体系对甲基***的标准浓度换算公式为：y＝3.0812+0.3288x,R2＝0.9913。碳化钛MXene-银纳米颗粒体系检测甲基***的标准浓度换算公式为：y＝5.2916+0.5701x,R2＝0.9920。二硫化钼对甲基***检测的标准浓度换算公式为：y＝0.8271+0.1247x,R2＝0.9901，碳化钛MXene检测甲基***的标准浓度换算公式为：y＝1.2587+0.1799x,R2＝0.9903。碳化钛MXene-银纳米颗粒体系和二硫化钼-银纳米颗粒体系的线性关系中的斜率明显大于碳化钛MXene和二硫化钼体系，其中碳化钛MXene-银纳米颗粒体系的斜率比二硫化钼-银纳米颗粒体系的要大，这表明在同一浓度的待测物下，碳化钛MXene或二硫化钼与银纳米颗粒构建的荧光开关检测探针，相比碳化钛MXene或二硫化钼的信号变化更大、信噪比更高、灵敏度更高。尤其，碳化钛MXene-银纳米颗粒体系的信号改变量更大、灵敏度更高。
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 (7)
1.一种银纳米颗粒荧光开关体系，用于毒品的含量检测，其特征在于，包括银纳米颗粒和荧光供体分子，所述银纳米颗粒为表面修饰有与待测毒品特异性结合的抗体，所述荧光供体分子的荧光发射光谱与银纳米颗粒的紫外可见吸收光谱重叠，所述荧光供体分子为荧光碳化钛MXene，所述银纳米颗粒通过表面功能基团与碳化钛MXene表面的官能团和/或亲水基团连接，形成碳化钛MXene-银纳米颗粒荧光开关体系。
2.一种如权利要求1所述的银纳米颗粒荧光开关体系的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备荧光供体分子，所述荧光供体分子为荧光碳化钛MXene；
(2)制备银纳米颗粒；
(3)利用与待测毒品特异性结合抗体对银纳米颗粒表面进行抗体修饰；
(4)荧光供体分子-银纳米颗粒复合材料的制备：将荧光供体分子与抗体修饰后的银纳米颗粒混合，获得所述荧光开关体系。
3.根据权利要求2所述的一种银纳米颗粒荧光开关体系的制备方法，其特征在于，所述荧光碳化钛MXene的制备方法，步骤包括：取浓盐酸和氟化锂，在超纯水中混合搅拌，再加入Ti3AlC2粉末，混合均匀，于25-50℃下反应18-24h；反应结束后，离心，水洗至上清液pH为5.0-6.5，收集获得中间产物A；将中间产物A溶于超纯水中，通入惰性气体去除氧气，超声处理，离心，收集上清液，获得中间产物B；将中间产物B稀释后分散于乙醇或二甲基甲酰胺中，通入惰性气体去除氧气，然后置于聚四氟乙烯高压反应釜中，在110-150℃下反应6-18h；反应结束后进行过滤、离心，收集上清液，获得产物，待用。
4.根据权利要求2所述的一种银纳米颗粒荧光开关体系的制备方法，其特征在于，所述制备银纳米颗粒的方法，步骤包括：取硝酸银分散在超纯水中，加热至100℃，加入配体进行反应，反应结束后，获得产物，冷却待用。
5.根据权利要求4所述的一种银纳米颗粒荧光开关体系的制备方法，其特征在于，所述对银纳米颗粒表面进行抗体修饰的方法，步骤包括：取1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、N-羟基琥珀酰亚胺钠盐加入制备获得的银纳米颗粒溶液中，室温混合搅拌，再加入与待测毒品特异性结合的单克隆抗体进行孵化，获得抗体修饰后的银纳米颗粒溶液。
6.一种如权利要求1所述的银纳米颗粒荧光开关体系在毒品检测中的应用。
7.根据权利要求6所述的一种银纳米颗粒荧光开关体系在毒品检测中的应用，其特征在于，所述毒品为甲基***。
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