比率荧光型光化学纳米传感体系检测半胱氨酸和溶解氧

光化学传感器是利用光信号反馈物质的化学信息和分子或离子之间相互作用的装置。通过测定该类传感器与待分析物发生特异性结合前后发光行为的变化,可以识别待分析物及定量分析其浓度。相比于电化学、色谱、质谱分析等方法,光化学传感器在确保灵敏度、选择性、响应速度等性能的同时还具有适用范围广泛、操作简单、可裸眼识别、较低的测试成本和可原位、实时在线检测等优点,在环境、生物、医学检测和化学分析等方面具有广阔的应用前景。近年来功能化纳米材料的研究取得了显著进展。其中上转换纳米颗粒可被近红外激光激发,这种光源在生物样品中具有较大的穿透深度且引发的生物自荧光很小。碳点是近年来发展起来的一类性能优异的荧光材料,具有荧光效率高、抗光漂白能力强、水分散性好等优点。通过适当地修饰可将这些纳米材料与荧光探针结合成复合体系,构建新型功能光化学传感器。本课题致力于研究基于纳米复合材料的比率荧光型化学传感体系,以实现对半胱氨酸、溶解氧等生物小分子进行高选择性、便捷简易的检测。涉及对传感体系的设计、制备、传感性能及能量传递机理的系统研究,主要内容包括:1、基于发射-吸收机理的上转换纳米颗粒-荧光探针复合体系对半胱氨酸分子的比率荧光传感以掺杂镱、铥的四氟钇钠上转换纳米颗粒为基质,并将作为荧光探针的荧光素衍生物装载于表面包覆的介孔二氧化硅孔道内,构建出在水相中以比率荧光的形式对半胱氨酸分子产生特异性响应的传感体系。其在检测条件下对同型半胱氨酸和谷胱甘肽等生物巯基小分子几乎不产生响应,对半胱氨酸的检测限为20μmol/L,可以满足人体健康检测的要求。该体系用于人血清样品中半胱氨酸含量的检测,与常用的高效液相色谱的测试数据相比较其结果在允许的误差范围内。2、基于荧光共振能量传递机理的上转换纳米颗粒-荧光探针复合体系对半胱氨酸分子的比率荧光响应以掺杂镱、铥的四氟钇钠上转换纳米颗粒为基质,通过配体替换、共价嫁接等方法将作为荧光探针的荧光素衍生物修饰于表面形成复合纳米体系。该类体系均可对半胱氨酸产生响应。化学键连接荧光探针的体系表现出了与物理吸附体系不同的发光变化趋势,揭示了二者在能量传递过程上的差异。这些现象得到了较为合理的解释。3、钌(Ⅱ)配合物-碳点复合体系对溶解氧的传感通过缩合反应将表面富含氨基的碳点与钌(Ⅱ)配合物偶联成一个同时发射出蓝色荧光和红色磷光的复合体系。利用溶解氧分子可以动态淬灭钌(Ⅱ)配合物的磷光而几乎不影响碳点荧光的特点,以碳点的蓝色荧光强度作为内标,构建了测定水中溶解氧含量的新型光学传感器。比率荧光的输出形式使该传感器对测试条件的变化具有较高的抗干扰能力。该传感器可以在溶解氧浓度为0.72~42.14 mg/L范围内进行定量分析并可多次反复使用。利用其对自来水中的溶解氧进行检测,结果与国标滴定法相差在+5%以内。