CdTe/SiO2杂化纳米球比率荧光传感体系的构建及其可视化检测有毒有害物的应用研究

摘要

本论文首先利用改进的St?ber法将CdTe量子点（QDs）包埋在SiO2纳米球内部，或包覆在SiO2纳米球表面，制得CdTe/SiO2杂化纳米球；并进一步与其它相关QDs耦合，构建了一系列CdTe/SiO2杂化纳米球的比率荧光传感体系，并探究了其在有毒有害物质检测中的相关应用研究。具体研究内容如下：
　　1、以水相回流法分别制备了巯基丙酸（MPA）修饰的绿色荧光的CdTe QDs（gQDs，λem=508 nm）和L-半胱氨酸修饰的红色荧光的CdTe QDs（rQDs，λem=625 nm）；然后采用改进的St?ber法制得gQDs包埋于 SiO2纳米球内部的 gQDs@SiO2；再利用静电吸附制得rQDs包覆在gQDs@SiO2外部的双发射gQDs@SiO2@rQDs杂化纳米球。研究发现，2,4,6-三硝基甲苯（TNT）能与rQDs表面的L-半胱氨酸选择性的结合，形成迈森海默复合物，发生荧光共振能量转移，使得rQDs荧光猝灭；而在此过程中SiO2内部的gQDs的荧光仍保持恒定。基于此，成功构建了基于gQDs@SiO2@rQDs比率荧光探针的化学传感体系，实现了对TNT的比率荧光光谱法检测。TNT浓度在10～8000 nM范围内与探针荧光强度比（I'/I'0）的对数呈现良好的线性关系，检出限为3.3 nmol L-1（S/N=3）。将该比率荧光探针固定在滤纸表面，进一步构建了简便实用的可视化检测TNT的纸基传感器。
　　2、先采用改进的St?ber法制得rQDs（λem=650 nm）包埋于SiO2纳米球内部的 rQDs@SiO2；再利用静电吸附作用，将以柠檬酸裂解法制备的蓝色荧光的石墨烯量子点（GQDs，λem=465 nm）包覆在rQDs@SiO2纳米球外部，最后制得了rQDs@SiO2@GQDs比率荧光探针。由于非辐射电子/空穴的重组湮灭，Hg2+能有效地选择性猝灭探针表面的GQDs的荧光，而掺杂在硅球内部的rQDs的荧光仍保持恒定。基于此，成功构建了rQDs@SiO2@GQDs比率荧光探针的化学传感体系，实现了对Hg2+的比率荧光光谱法检测。优化条件下，Hg2+的浓度在10 nmol L-1～22μmol L-1范围内与（I'/I'0）的对数呈现良好的线性关系，检出限为3.3 nmol L-1（S/N=3）。该传感体系已成功应用于湖水中Hg2+的检测。
　　3、将MPA修饰的gQDs（λem=515 nm）静电组装在SiO2纳米球表面，制得SiO2@gQDs荧光纳米球，并通过偶联反应将伏马毒素B1（FB1）的核酸适配体（aptamer）固定在该纳米球表面，制得aptamer-SiO2@gQDs纳米生物荧光探针；同时以Fe3O4纳米球为种子，制备Fe3O4@SiO2磁性纳米球（mSiO2），再利用静电吸附将rQDs（λem=650 nm）包覆在mSiO2纳米球外部，制得mSiO2@rQDs磁性-荧光纳米球，然后与aptamer的互补DNA（cDNA）偶联，制得mSiO2@rQDs-cDNA多功能纳米生物探针。最后利用aptamer与cDNA之间的杂交反应，制得mSiO2@rQDs-cDNA/aptamer-SiO2@gQDs磁控-荧光-分子靶向纳米生物复合物。基于FB1的适配体和FB1的特异性结合，aptamer-SiO2@gQDs从磁性硅球表面脱落，经磁分离去除已脱附的SiO2@gQDs，再利用mSiO2表面rQDs与未脱附SiO2@gQDs之间的荧光信号对比，构建比率荧光适配体传感体系，实现了对FB1的比率荧光检测。优化条件下，FB1的浓度在50～11000 pg mL-1范围内与（I'/I'0）的对数呈现良好的线性关系，检出限为16.7pgmL-1（S/N=3）。该传感体系已用于玉米中FB1的检测。

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第一章 绪论

1.1 半导体量子点概述

1.2 基于半导体量子点的荧光传感研究

1.3 比率荧光传感体系的优势及其应用研究进展

1.4 本课题的提出与主要研究内容

第二章CdTe@SiO2@CdTe比率荧光探针的制备及其对TNT的可视化检测应用

2.1 实验部分

2.2 结果与讨论

2.3 本章小结

第三章CdTe@SiO2@GQDs比率荧光探针的制备及其对Hg2+的可视化检测应用

3.1 实验部分

3.2 结果与讨论

3.3 本章小结

第四章 基于SiO2@CdTe的磁控比率荧光适配体传感体系的构建及其对伏马毒素B1的可视化检测应用

4.1 实验部分

4.2 结果与讨论

4.3 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间取得的研究成果