[發(fā)明專利]雙發(fā)射比色熒光納米微球制備方法及其細(xì)菌檢測(cè)的應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811491801.7
• 申請(qǐng)日: 2018-12-07
• 公開（公告）號(hào): CN109490269B
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林權(quán);宋善良;王傳洗;趙月;趙玥琪;劉厚;楊柏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/64
• 分類號(hào): G01N21/64
• 代理公司: 長(zhǎng)春市恒譽(yù)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 22212
• 代理人: 李榮武

雙發(fā)射比色熒光納米微球制備方法及其細(xì)菌檢測(cè)的應(yīng)用屬于比色傳感技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明采用組裝方法原位制備SiO₂負(fù)載藍(lán)色熒光碳點(diǎn)(CDs)和紅色熒光Cu NCs的納米微球，其在380nm紫外光激發(fā)下，呈現(xiàn)可見光區(qū)450nm的藍(lán)色和650nm的紅色雙發(fā)射熒光效果。其具有對(duì)pH值特異性響應(yīng)效果，隨著pH值從4.0變化到7.2，納米微球的紅色熒光逐漸減弱，同時(shí)藍(lán)色熒光保持不變，這樣可以通過復(fù)合光的顏色變化，可視化比色檢測(cè)pH值的變化。該雙熒光發(fā)射納米微球探針可以用于檢測(cè)細(xì)菌代謝體系的pH，從而獲得細(xì)菌的繁殖量，還能以較高的信噪比對(duì)細(xì)菌進(jìn)行生物熒光成像。該微球通過簡(jiǎn)單的離心操作從檢測(cè)體系中分離，可以降低探針材料對(duì)環(huán)境的污染。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于比色傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有pH響應(yīng)的的雙發(fā)射比色 熒光納米微球探針的制備及其在細(xì)菌代謝檢測(cè)及成像領(lǐng)域的應(yīng)用。

背景技術(shù)

細(xì)菌在我們的日常生活中無處不在。雖然有一些對(duì)人類有益，如乳酸菌和鏈 霉菌，但大多數(shù)細(xì)菌的危害大于益處，特別是在食物儲(chǔ)存、生命安全和身體健康 方面。世界各地被浪費(fèi)掉的食物有20％是由于細(xì)菌造成的，這不僅會(huì)造成食物浪 費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)造成環(huán)境污染。同時(shí)，各種細(xì)菌的繁殖會(huì)引起多種疾病甚至 危及生命。大腸桿菌(E.coli)是最常見的臨床病原體之一，可引起一系列威脅 生命的疾病(例如敗血癥和溶血性尿毒癥綜合癥)并且造成巨大的醫(yī)療，經(jīng)濟(jì)負(fù) 擔(dān)。為了最大限度地減少細(xì)菌的危害，細(xì)菌繁殖和代謝的早期檢測(cè)至關(guān)重要。由 于細(xì)菌代謝會(huì)產(chǎn)生大量的乳酸和碳酸，這將會(huì)使細(xì)菌生長(zhǎng)環(huán)境的pH值降低。因 此，通過監(jiān)測(cè)細(xì)菌周圍環(huán)境的pH變化，可以檢測(cè)細(xì)菌的生長(zhǎng)和代謝，進(jìn)而盡快采取措施來抑制細(xì)菌生長(zhǎng)。熒光探針由于其高選擇性、高靈敏度、方便和快捷操 作的優(yōu)點(diǎn)而被廣泛用于pH檢測(cè)，常用的熒光探針主要包括有機(jī)染料、半導(dǎo)體量 子點(diǎn)(QDs)和金屬納米簇(NCs)等，考慮到有機(jī)染料和半導(dǎo)體量子點(diǎn)的毒性， 熒光金屬納米簇用作pH熒光探針具有重要實(shí)用價(jià)值。

金屬納米簇是由數(shù)十至數(shù)百個(gè)原子組成，其尺寸接近1-2nm，由金屬核和 外部的有機(jī)穩(wěn)定劑共同組成。由于其超小的尺寸接近電子的費(fèi)米能級(jí)，使得它具 有獨(dú)特的光學(xué)和物理學(xué)特性，所以引起了研究人員的廣泛關(guān)注；由于其熒光強(qiáng)、 毒性低、生物相容性好和制備方法簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，它可以廣泛應(yīng)用于離子檢測(cè)、生 物傳感、醫(yī)學(xué)成像和催化等領(lǐng)域。其中，Cu NCs由于其獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)及其廉 價(jià)于金和鉑等貴金屬的優(yōu)點(diǎn)而受到科研工作人員的關(guān)注；此外，Cu NCs的熒光 具有環(huán)境響應(yīng)的特性，即在一定條件下，例如溶劑、離子、pH和特殊物質(zhì)等的 影響下，材料呈現(xiàn)明顯的熒光強(qiáng)度的變化。因此，它可以用于離子檢測(cè)和生物檢 測(cè)領(lǐng)域。然而，大多數(shù)基于Cu NCs的探針普遍存在于水體系中，因此不易回收， 無法重復(fù)利用，這不但導(dǎo)致試劑浪費(fèi)并且會(huì)導(dǎo)致環(huán)境污染。為此亟需制備易分離 的Cu NCs探針。SiO₂納米微球由于其優(yōu)異的化學(xué)和光穩(wěn)定性、良好的透光性和 突出的生物相容性、易于分離提純等優(yōu)點(diǎn)，因而具有很大的應(yīng)用前景。不但如此， 這些熒光檢測(cè)裝置大部分是基于單發(fā)射檢測(cè)的，這意味著許多因素包括探針濃度、 儀器靈敏度和環(huán)境條件都會(huì)影響檢測(cè)的結(jié)果。相比之下，雙發(fā)射熒光材料在單激 發(fā)狀態(tài)下顯示出兩個(gè)不同的發(fā)射峰，這意味著對(duì)其自身的內(nèi)置校正因子，可以用 作比色熒光探針來校準(zhǔn)誤差，避免數(shù)據(jù)失真。因此，制備具有校準(zhǔn)因子的基于 Cu NCs的雙發(fā)射硅球探針具有重要的實(shí)際意義。

基于以上的背景研究，我們通過自組裝方法原位合成了具有藍(lán)色熒光和紅色 熒光的雙發(fā)射且易于分離的Cu NCs-SiO₂@CDs熒光探針。我們首先合成了包覆 藍(lán)色熒光CDs的硅球，然后通過修飾紅色熒光Cu NCs，獲得雙熒光發(fā)射納米材 料，其對(duì)于pH具有特殊敏感性，當(dāng)pH值從4.0-7.2逐漸升高每變化0.2個(gè)單位 時(shí)，納米材料的熒光會(huì)呈現(xiàn)由紅色到藍(lán)色的顏色變化，可以實(shí)現(xiàn)通過比色法可視 化檢測(cè)pH值，并且檢測(cè)過程非常簡(jiǎn)單便捷。進(jìn)一步地，我們將雙發(fā)射比色探針 用于細(xì)菌代謝體系的檢測(cè)，可以快速的檢測(cè)細(xì)菌代謝體系的pH值，并間接反應(yīng) 細(xì)菌的繁殖量，而且還能以較高的信噪比對(duì)細(xì)菌進(jìn)行熒光成像。因此，我們所構(gòu) 筑的雙發(fā)射比色熒光納米微球探針可以為細(xì)菌檢測(cè)、抗菌滅菌和生物成像等領(lǐng)域提供新的檢測(cè)方法。