一种基于CuInZnS/ZnS量子点的增强型电化学发光剂的制备及其应用

摘要

本发明属于分析化学领域，是构建由高电化学发光效率的CuInZnS/ZnS量子点和包裹的金纳米粒子的聚多巴胺微球所组成增强型电化学发光剂，并用于检测基因的分析方法。本增强型电化学发光剂的制备方法是首先用水热法合成了新型低毒性、高电化学发光效率的CuInZnS/ZnS量子点。利用表面功能化技术和静电力作用，通过调控多巴胺的浓度，得到了包裹金纳米粒子的聚多巴胺微球。通过静电力作用，得到了基于CuInZnS/ZnS量子点的增强型电化学发光剂。当捕获到待测基因时，电化学发光信号会显著下降。本方法制备的增强型电化学发光剂具有化学稳定性好、电化学发光信号强、生物毒性低的特点。

说明书

技术领域

本发明属于分析化学领域，具体涉及具有荧光和电化学发光信号的CuInZnS/ZnS量子点的合成，增强型电化学发光剂的制备，以及对基因检测新方法。

技术背景

随着科技的发展，新型量子点引起了人们的广泛关注。它具有较大的斯托克斯位移，较长的荧光寿命，良好的耐光性，不易被光漂白，无毒，生物相容性好。因此在生物和化学实验中，量子点已被广泛应用于生物成像中作为荧光探针，荧光标签试剂等。由于量子点的发光主要由表面缺陷态发射引起，而量子点的电致化学发光发射取决于量子点表面态。但是，由于传统量子点的毒性高、电致化学发光效率低，因此其在实际应用过程中具有许多难以克服的缺点。设计并合成基于新型量子点的电化学传感器因此，新型高效的量子点作为电化学发光传感应用的理想的发光体的研究引起了科学工作者的广泛关注。

发明内容

本发明目的是提供一种用于检测基因的CuInZnS/ZnS量子点的增强型电化学发光剂。解决在电化学发光分析方法中存在的量子点的毒性高、稳定性差、电化学信号弱的问题。

本发明的技术方案：

一种基于CuInZnS/ZnS量子点的增强型电化学发光剂的制备，其步骤如下：

步骤一：CuInZnS/ZnS量子点的制备

1)将氯化铜、氯化铟、氯化锌和蒸馏水按1：1：1：100～3：14：14：300的摩尔比例混合；向体系内加入巯基丙酸，氯化铜和巯基丙酸摩尔比为1：1～1：5，溶液变浑浊，产生黄色颗粒；

2)再向溶液中加入氢氧化钠调节PH为7～12，沉淀消失，溶液变为澄清；

3)继续搅拌5～60分钟后，向上述体系中加入硫脲，硫脲和氯化铜的摩尔比为3：1～15：1，待其溶解后，溶液变为淡粉色；

4)将全部溶液转移到聚四氟乙烯的反应釜中，反应釜放置于烘箱中2～36个小时，温度在60～250℃，继续向体系中加入氯化锌、柠檬酸钠、巯基丙酸和硫化钠，氯化锌、柠檬酸钠、巯基丙酸、硫化钠和上述加入的氯化铜的摩尔比为1：2：5：1：1～50：50：100：20：1，在50～150℃条件下加热1～24小时，取出后冷却至室温。将产物离心分离后，用无水乙醇反复清洗3～5次，得到CuInZnS/ZnS量子点；

步骤二：基于CuInZnS/ZnS量子点的增强型电化学发光剂的制备方法，其步骤如下：

1)氯金酸和蒸馏水和质量比为1：20000～1：100000混合，回流加热至沸腾，加入柠檬酸钠，柠檬酸钠和氯金酸质量比为1：1～1：5，溶液颜色由浅黄色变为深红色，离心后得到金纳米粒子；

2)将金纳米粒子、多巴胺和蒸馏水混合，纳米粒子、多巴胺和蒸馏水质量比为1：1：50000～1：5：100000，溶液pH调控范围为6-10，在4℃-80℃间下搅拌0.5～24小时，溶液变为棕色，采取透析分离方式，透析2-24小时，用水和无水乙醇反复清洗3-5次，制备得到包裹金纳米粒子的聚多巴胺微球；

3)将CuInZnS/ZnS量子点、包裹金纳米粒子的聚多巴胺微球和蒸馏水按质量比1:5:100000～5:10：1000000混合，在25～60℃条件下震荡20～1200分钟，将产物离心分离后，用无水乙醇反复清洗3～5次，得到基于CuInZnS/ZnS量子点的增强型电化学发光剂。

一种基于CuInZnS/ZnS量子点的增强型电化学发光剂在基因检测方面上的应用。

一种基于CuInZnS/ZnS量子点的增强型电化学发光剂对基因的检测方法，其步骤如下：

1)将玻碳电极浸泡于0.001～0.01g/L的聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液中5～60分钟；

2)氮气吹干后浸泡于0.001～0.01g/L的聚丙乙烯磺酸钠溶液中5～60分钟；

3)氮气吹干后，在电极表面滴涂可以和目标基因发生特异性结合的捕获DNA，滴涂量为电极有效面积每平方毫米1～5nmol捕获DNA，再将电极与已知不同浓度的目标基因，在室温至100℃条件下反应5～60分钟，电极有效面积每平方毫米加入0～3nmol；

4)再将上述电极与氨基修饰的和目标基因同序列合的探针DNA及增强型电化学发光剂在室温至100℃条件下反应5-60分钟，氨基修饰的探针DNA和增强型电化学发光剂的比例为电极有效面积每平方毫米加入1～3nmol探针DNA和10～50μg增强型电化学发光剂，按电极有效面积每平方毫米加入0.02～1mmol过硫酸钾作为共反应物，在-2.5～2.5V的电压条件下，读取电致化学发光强度，以电致化学发光强度为纵坐标，以目标DNA浓度为横坐标，绘制分析工作曲线，将电极置于未知浓度的目标DNA中，读取电致化学发光强度，从而计算其浓度。

取得的有益效果

本发明的技术方案包括用水热法合成新型无毒、稳定的具有表面缺陷态发光性质的CuInZnS/ZnS量子点，提高量子点的电化学发光效率；基于这种新型量子点，使用包裹金纳米粒子的聚多巴胺微球作为表面等离子体共振增强剂增强量子点的电化学发光信号。金纳米粒子位于聚多巴胺微球内部，CuInZnS/ZnS量子点位于聚多巴胺微球外部。有效的减少了电子转移，加强了表面等离子体共振效果；并在此基础上，构建了检测基因的电化学发光分析方法。

本方法的基于CuInZnS/ZnS量子点的增强型电化学发光剂具有制备方便、毒性低、电致化学发光强、检测快速的特点，电化学发光信号增强幅度达到80％以上，且信号稳定。以此基础及案例的分析方法具有可靠的重现性和灵敏性(检出限可达0.03nmol/L)，对基因检测等生物应用方面具有广阔的应用前景。

附图说明：

图1：(A)CuInZnS/ZnS量子点，(B)金纳米粒子，(C)包裹金纳米粒子的聚多巴胺微球，(D)基于CuInZnS/ZnS量子点的增强型电化学发光剂的透射电镜图。

从图中我们可以看到CuInZnS/ZnS量子点的直径在6纳米左右。金纳米粒子在13纳米左右，包裹金纳米粒子的聚多巴胺微球在50纳米左右。

图2：基于CuInZnS/ZnS量子点的增强型电化学发光剂的荧光图。

从图中我们可以看到在有金纳米粒子存在的时候，荧光强度比没有金纳米粒子的时候要高。这是由于金纳米粒子产生的表面等离子体共振导致荧光强度升高。

图3：基于CuInZnS/ZnS量子点的增强型电化学发光剂的信号增强效果图，a为电极背景信号，b-e为量子点本身的电化学发光信号，f为增强型电化学发光剂的电化学发光信号。电化学发光信号增强幅度达到80％以上。

从图中我们可以看到基于CuInZnS/ZnS量子点的增强型电化学发光剂的电化学信号强度远高于量子点本身和其他修饰方法的信号强度

图4：CuInZnS/ZnS量子点和基于CuInZnS/ZnS量子点的增强型电化学发光剂的电化学发光信号随电压变化对比效果图。

从图中可见CuInZnS/ZnS量子点和基于CuInZnS/ZnS量子点的增强型电化学发光剂的最大发光信号均位于电压-2.5v处。

图5：检测基因的信号变化和线性工作曲线。

我们可以从图中看到，在目标基因在0.1-15nmol/L的范围内，电化学发光强度随着浓度的增加线性下降。由此说明本方法对基因具有较高的检测灵敏度

具体实施方式：

为了更清楚地说明本发明，列举如下的实施例，但这些实施例并无意于以任何方式限制或限定本发明的范围，也不应认为是在提供唯一可以实践本发明的条件、参数或数据。

实施例1：

步骤一：将0.055mol氯化铜、0.055mol氯化铟、0.055mol氯化锌溶解到100mL蒸馏水中；向体系内加入0.055mol巯基丙酸，溶液变浑浊，产生黄色颗粒；再向溶液中加入氢氧化钠调节PH为7，沉淀消失，溶液变为澄清；继续搅拌5分钟后，向上述体系中加入0.165mol硫脲；待其溶解后，溶液变为淡粉色；将全部溶液转移到聚四氟乙烯的反应釜中，反应釜放置于烘箱中温度在60℃加热24个小时，继续向体系中加入0.055mol氯化锌、0.11mol柠檬酸钠、0.165mol巯基丙酸和0.055mol硫化钠，在50℃条件下加热24小时，取出后冷却至室温。将产物离心分离后，用无水乙醇反复清洗3次，得到CuInZnS/ZnS量子点；

步骤二：1mg的氯金酸加入到20mL蒸馏水中回流加热至沸腾，加入1mg柠檬酸钠，溶液颜色由浅黄色变为深红色，离心后得到金纳米粒子；将1mg金纳米粒子和1mg多巴胺加入50mL蒸馏水中，溶液pH为6，在4℃下搅拌24小时，溶液变为棕色，采取透析分离方式，透析2小时，用水和无水乙醇反复清洗3次，制备得到的包裹金纳米粒子的聚多巴胺微球；将1mgCuInZnS/ZnS量子点和5mg包裹金纳米粒子的聚多巴胺微球加入到100mL蒸馏水中，在60℃条件下震荡20分钟，将产物离心分离后，用无水乙醇反复清洗3次，得到基于CuInZnS/ZnS量子点的增强型电化学发光剂。

步骤三：将直径3mm玻碳电极浸泡于5mL0.001g/L的聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液中60分钟；氮气吹干后浸泡于5mL0.001g/L的聚丙乙烯磺酸钠溶液中60分钟；氮气吹干后，在电极表面滴涂可以和基因p53发生特异性结合的7nmol捕获DNA，再将电极与不同浓度的(0、1、2、3、4、5nmol)基因p53在100℃条件下反应5分钟；再将电极与7nmol氨基修饰的和基因p53同序列的探针DNA和70μg增强型电化学发光剂在100℃条件下反应5分钟。加入0.14mmol过硫酸钾作为共反应物，在-2.5V的电压条件下，读取电致化学发光强度，以电致化学发光强度为纵坐标，以目标DNA浓度为横坐标，绘制分析工作曲线，将修饰电极置于未知浓度的目标DNA中，读取电致化学发光强度，从而计算其浓度。

实施例2:

步骤一：将0.165mol氯化铜、0.77mol氯化铟、0.77mol氯化锌溶解到300mL蒸馏水中；向体系内加入0.275mol巯基丙酸，溶液变浑浊，产生黄色颗粒；再向溶液中加入氢氧化钠调节PH为12，沉淀消失，溶液变为澄清；继续搅拌60分钟后，向上述体系中加入2.475mol硫脲；待其溶解后，溶液变为淡粉色；将全部溶液转移到聚四氟乙烯的反应釜中，反应釜放置于烘箱中温度在250℃加热2个小时，继续向体系中加入0.165mol氯化锌、0.33mol柠檬酸钠、0.825mol巯基丙酸和0.165mol硫化钠，在150℃条件下加热1小时，取出后冷却至室温。将产物离心分离后，用无水乙醇反复清洗3次，得到CuInZnS/ZnS量子点；

步骤二：5mg的氯金酸加入到500mL蒸馏水中回流加热至沸腾，加入25mg柠檬酸钠，溶液颜色由浅黄色变为深红色，离心后得到金纳米粒子；将1mg金纳米粒子和5mg多巴胺加入100mL蒸馏水中，溶液pH为10，在80℃下搅拌0.5小时，溶液变为棕色，采取透析分离方式，透析24小时，用水和无水乙醇反复清洗3次，制备得到的包裹金纳米粒子的聚多巴胺微球；将0.5mgCuInZnS/ZnS量子点和1mg包裹金纳米粒子的聚多巴胺微球加入到100mL蒸馏水中，在25℃条件下震荡1200分钟，将产物离心分离后，用无水乙醇反复清洗3次，得到基于CuInZnS/ZnS量子点的增强型电化学发光剂。

步骤三：将直径3mm玻碳电极浸泡于5mL0.01g/L的聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液中5分钟；氮气吹干后浸泡于5mL0.01g/L的聚丙乙烯磺酸钠溶液中5分钟；氮气吹干后，在电极表面滴涂可以和基因APC发生特异性结合的35nmol捕获DNA，再将电极与不同浓度的(0、2、5、8、10、15nmol)基因APC在室温条件下反应60分钟；再将电极与21nmol氨基修饰的和基因APC同序列的探针DNA和350μg增强型电化学发光剂在室温条件下反应60分钟。加入0.7mmol过硫酸钾作为共反应物，在-2.5V的电压条件下，读取电致化学发光强度，以电致化学发光强度为纵坐标，以目标DNA浓度为横坐标，绘制分析工作曲线，将修饰电极置于未知浓度的目标DNA中，读取电致化学发光强度，从而计算其浓度。

实施例3:

步骤一：将0.055mol氯化铜、0.165mol氯化铟、0.77mol氯化锌溶解到100mL蒸馏水中；向体系内加入0.275mol巯基丙酸，溶液变浑浊，产生黄色颗粒；再向溶液中加入氢氧化钠调节PH为10，沉淀消失，溶液变为澄清；继续搅拌30分钟后，向上述体系中加入0.165mol硫脲；待其溶解后，溶液变为淡粉色；将全部溶液转移到聚四氟乙烯的反应釜中，反应釜放置于烘箱中温度在180℃加热3个小时，继续向体系中加入0.55mol氯化锌、0.55mol柠檬酸钠、0.55mol巯基丙酸和0.11mol硫化钠，在120℃条件下加热2小时，取出后冷却至室温。将产物离心分离后，用无水乙醇反复清洗3次，得到CuInZnS/ZnS量子点；

步骤二：5mg的氯金酸加入到100mL蒸馏水中回流加热至沸腾，加入10mg柠檬酸钠，溶液颜色由浅黄色变为深红色，离心后得到金纳米粒子；将1mg金纳米粒子和2mg多巴胺加入100mL蒸馏水中，溶液pH为8，在25℃下搅拌2小时，溶液变为棕色，采取透析分离方式，透析4小时，用水和无水乙醇反复清洗3次，制备得到的包裹金纳米粒子的聚多巴胺微球；将0.5mgCuInZnS/ZnS量子点和1mg包裹金纳米粒子的聚多巴胺微球加入到100mL蒸馏水中，在25℃条件下震荡60分钟，将产物离心分离后，用无水乙醇反复清洗3次，得到基于CuInZnS/ZnS量子点的增强型电化学发光剂。

步骤三：将直径3mm玻碳电极浸泡于10mL0.01g/L的聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液中30分钟；氮气吹干后浸泡于10mL0.01g/L的聚丙乙烯磺酸钠溶液中30分钟；氮气吹干后，在电极表面滴涂可以和基因ST7发生特异性结合的20nmol捕获DNA，再将电极与不同浓度的(0、2、5、10、12、15nmol)基因ST7在80℃条件下反应30分钟；再将电极与15nmol氨基修饰的和基因ST7同序列的探针DNA和100μg增强型电化学发光剂在80℃条件下反应30分钟。加入0.5mmol过硫酸钾作为共反应物，在-2.5V的电压条件下，读取电致化学发光强度，以电致化学发光强度为纵坐标，以目标DNA浓度为横坐标，绘制分析工作曲线，将修饰电极置于未知浓度的目标DNA中，读取电致化学发光强度，从而计算其浓度。