基于ZnO量子点的比率荧光探针的构建及四环素检测研究

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四环素(TC)是常用的广谱抗生素,由于具有广谱抗菌性、良好的稳定性以及价格低廉等优势,被广泛用于临床医疗、保健、疾病的预防和畜牧业等领域。但是,大规模、过度地使用造成四环素残留,对生态环境和人类的健康产生了直接和间接的伤害。因此,迫切需要建立四环素类抗生素残留的检测方法,避免其对人体和环境造成更深远的危害。开发一种简单便捷的痕量检测方法以及实现实时和裸眼检测也是近年来检测TC的发展趋势。荧光探针具有灵敏、快速、方法多样和操作方便等优势,因而在环境检测、疾病诊断和食品安全分析等领域得到广泛应用。基于铕离子(Eu3+)的荧光探针用于TC检测已经引起了广泛的关注。大多数检测四环素的荧光探针依据单发射的荧光猝灭或增强、荧光共振能量转移等原理,这造成检测存在灵敏度和特异性的问题。本工作中制备的荧光探针依据稀土有机配合物的天线效应有效增强稀土Eu3+的发光。一方面,TC的β-二酮构型可与Eu3+形成稳定的络合物,这是使用Eu3+检测TC的前提。稀土离子与有机配体形成的配合物具有发光强度高、斯托克斯位移大和发射带窄的优点。另一方面,TC具有很强的吸收紫外线的能力,并且可以通过非辐射方式传输到Eu3+上,从而敏化Eu3+的发光。这些因素决定了Eu3+可用于检测TC。此外,为了减少仪器和周围环境的影响,引入参比荧光信号以确保测试结果的准确性。氧化锌量子点(ZnO QDs)具有光学性能优异、毒性低、制备方法简单、成本低、水溶性良好以及生物相容性高等优势,在生物成像、药物运输和食品安全检测等方面有很大的应用前景。因此,本文选取了ZnO QDs作为内部参比荧光信号。所取得的研究成果如下:1)制备出了3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)修饰的ZnO QDs。结构和形貌表征显示,材料具有六方纤锌矿结构,其形貌为单分散的纳米球(粒径7 nm)。红外光谱显示,ZnO QDs表面成功修饰了氨基基团(-NH2),可以满足后续连接配体的需求。光谱性能测试表明,ZnO QDs吸收谱带位于紫外区,最佳激发波长为365 nm,荧光发射中心位于530 nm处;荧光量子产率为35.8%,发光性能稳定。2)制备出了接枝铕(Eu)的ZnO QDs纳米结构ZnO/Eu。利用ZnO/Eu纳米结构设计了双发射比率荧光探针检测TC。在该结构中,ZnO QDs的荧光为参比信号(I530),Eu3+的荧光为传感信号(I616)。ZnO/Eu探针具有较高的灵敏性,I616/I530与水溶液中TC的浓度在0-3μM范围内呈线性关系,检测极限(LOD)为4 n M。探针响应速度快,可以在100 s内完成TC的检测。河水中的TC加标回收率研究中,TC的回收率在92.3%至107.0%之间,相对标准偏差(RSD,n=3)均小于6.98%,这表明探针在复杂的实际环境中对TC显示出显著的高选择性。3)将纳米荧光探针固定在滤纸上制备出了ZnO/Eu荧光试纸,所制备的荧光试纸可以在紫外灯下用肉眼观察到从黄色到红色的荧光变化,检测限达0.5μM,比人体有害阈值(6 ppm)低四个数量级。河流检测的相对标准偏差也均小于6.9%。ZnO/Eu荧光试纸不仅可以实现裸眼检测,还可以通过手机应用进行现场和实时的半定量分析,实现了快速、灵敏、便捷、可视化的TC检测。
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