一种磁性荧光纳米材料的制备方法及其荧光检测方法与流程

本发明属于纳米复合材料制备领域，涉及一种以四氧化三铁为模板接枝稀土复合离子的磁性荧光纳米粒子的制备方法及其炭疽芽孢杆菌标记物dpa的快速多色荧光检测。

背景技术：

炭疽芽孢杆菌是炭疽疾病的病原体，是革兰氏阳性形成芽孢的需氧菌。炭疽是食草动物的一种主要疾病，接触土壤中、皮毛上的芽孢可以导致感染，具有高度致病性和传染性，给人类健康带来极大威胁。dpa(dipicolinicacid，2，6-吡啶二甲酸)，作为芽孢中必不可少的成分，常用来作为标志物进行分析。因此，实现dpa的快速检测可以实现炭疽芽孢杆菌的预警，对人和食草动物炭疽病的诊断及维持环境的卫生状况具有十分重要的意义。传统检测炭疽主要通过涂片显微镜检查、培养性状、噬菌体实验等方法，然而这些方法需专门人员操作，步骤繁琐，耗时长。近年出现的一些快速简便的检测方法，如聚合酶链反应(pcr)技术、酶联免疫分析法及光纤生物传感器技术等。尽管这些技术可以对炭疽芽孢杆菌进行高灵敏和高选择性的检测，但是这些方法往往具有检测原料制备昂贵、检测时间长、样品准备复杂及操作步骤繁琐等诸多缺陷。免疫荧光技术是近年发展起来的新兴技术，具有传统技术不可比拟的优势。但由于传统的荧光染料（如异硫氰酸荧光素、罗丹明等）的激发光谱和发射光谱互相干扰严重，限制了其应用范围。

稀土荧光纳米材料作为荧光标记物的时间分辨荧光生化分析技术(免疫分析技术、和双杂交分析技术等)已经取得了显著的进步，在医学诊断及生命科学等领域中发挥了很重要的作用。基于荧光稀土生物标记物具有超长荧光寿命、stokes位移大、背景噪声小等优点，可以消除各种样品及仪器的背景信号对荧光测定的干扰，能极大的提高检测的灵敏度。

技术实现要素：

本发明是针对目前检测炭疽芽孢杆菌的现有技术在广泛应用上的缺陷提出的一种磁性荧光纳米材料的制备及其对炭疽芽孢杆菌标记物的多色荧光检测方法。本发明所述的的磁性荧光纳米颗粒以四氧化三铁纳米颗粒为模板，通过溶剂热法和常规表面修饰法将具有绿光荧光的铽(tb)化合物及具有潜在发红色荧光的铕(eu)化合物共价接枝到四氧化三铁表面，得到了发射绿光的磁性荧光纳米材料。该材料可以实现炭疽芽孢杆菌标记物dpa的快速多色荧光检测，在没有dpa时，该荧光材料显示绿色荧光，当dpa出现时，由于dpa与铕离子的结合将使体系的荧光从绿色逐渐转变为红色。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种磁性荧光纳米材料的制备方法其具体步骤如下：

步骤一，磁性fe3o4的制备：取fecl3溶于适量的乙二醇中，分散形成澄清溶液，再加入醋酸钠和聚乙烯亚胺，搅拌分散后，放入100ml不锈钢反应釜中反应，在200~220℃的条件下反应8~12h，用蒸馏水洗涤并在60℃下干燥后，得到表面有机改性的磁性fe3o4纳米颗粒；

步骤二，磁性荧光物质fe3o4@cepo4:tb-peg的制备：将步骤一中得到的产物溶于适量蒸馏水中，超声分散后，取一定量的ce(no3)3×6h2o溶液、tb(no3)3×6h2o溶液分三批次加入；搅拌1h后，再加入聚乙二醇和na2hpo4，用1mol/l的naoh溶液将体系并将ph调为6~8，装入不锈钢反应釜在温度为190-220℃下烧8h-16h，冷却至室温后，去掉上清液，吸附洗涤、干燥；

步骤三，磁性荧光纳米探针的制备：将步骤二的产物分散在乙醇和水的混合体系中，再将aptes溶液和氨水缓慢加入，在50℃搅拌反应24h后，依次使用蒸馏水、乙醇吸附洗涤，得到第一产物；将第一产物真空干燥后全部超声分散于适量的ph=9.6的碳酸盐缓冲液中，再加入edtaa，于50~80℃油浴反应3~5h，用蒸馏水洗涤，得到第二产物；将第二产物全部分散到适量乙醇溶液中，加入eu(no3)3×6h2o溶液超声分散后，搅拌反应，依次使用蒸馏水、乙醇吸附洗涤，真空干燥待用，得到具有磁性的荧光纳米探针，即一种磁性荧光纳米材料。

进一步，按照上述具体步骤进行可得到一种磁性荧光纳米材料，其化学表达式为：fe3o4@cepo4:tb-peg-aptes-edta-eu。

进一步，所述的一种磁性荧光纳米材料可运用于炭疽芽孢杆菌标记物dpa的快速多色荧光检测。

可作为选择的，在步骤一中，所述fecl3的用量为1.5g，所述醋酸钠的用量为2.8g，所述聚乙烯亚胺的用量为0.58g；在步骤二中，所述步骤一中的产物fe3o4纳米颗粒的用量为1g，所述ce(no3)3×6h2o的用量为43.2mg，并且ce(no3)3×6h2o的物质的量为0.1mmol，所述tb(no3)3×6h2o的用量为9.06mg，并且tb(no3)3×6h2o的物质的量为0.02mmol，所述聚乙二醇的用量为4mg，并且聚乙二醇的分子量为6000，所述na2hpo4的用量为38mg，并且na2hpo4的物质的量为0.11mmol；在步骤三中，所述乙醇和水的混合体系为乙醇:水=4:1的混合溶液，所述aptes的用量为0.4ml，所述氨水的用量为3ml，所述edtaa的用量为80mg，所述eu(no3)3×6h2o的用量为0.0089g，并且其物质的量为0.02mmol。

可作为选择的，所述在步骤一中，所述fecl3的用量为2g，所述醋酸钠的用量为3.2g，所述聚乙烯亚胺的用量为0.62g；在步骤二中，所述步骤一中的产物fe3o4纳米颗粒的用量为1.5g，所述ce(no3)3×6h2o的用量为51.84mg，并且ce(no3)3×6h2o的物质的量为0.12mmol，所述tb(no3)3×6h2o的用量为22.65mg，并且tb(no3)3×6h2o的物质的量为0.05mmol，所述聚乙二醇的用量为8mg，并且聚乙二醇的分子量为6000，所述na2hpo4的用量为51.82mg，并且na2hpo4的物质的量为0.15mmol；在步骤三中，所述乙醇和水的混合体系为乙醇:水=8:1的混合溶液，所述aptes的用量为0.6ml，所述氨水的用量为3.6ml，所述edtaa的用量为120mg，所述eu(no3)3×6h2o的用量为0.0178g，并且其物质的量为0.04mmol。

可作为选择的，所述在步骤一中，所述fecl3的用量为2.8g，所述醋酸钠的用量为3.9g，所述聚乙烯亚胺的用量为0.81g；在步骤二中，所述步骤一中的产物fe3o4纳米颗粒的用量为2g，所述ce(no3)3×6h2o的用量为64.8mg，并且ce(no3)3×6h2o的物质的量为0.15mmol，所述tb(no3)3×6h2o的用量为27.18mg，并且tb(no3)3×6h2o的物质的量为0.06mmol，所述聚乙二醇的用量为16mg，并且聚乙二醇的分子量为6000，所述na2hpo4的用量为62.18mg，并且na2hpo4的物质的量为0.18mmol；在步骤三中，所述乙醇和水的混合体系为乙醇:水=8:1的混合溶液，所述aptes的用量为0.8ml，所述氨水的用量为4.5ml，所述edtaa的用量为160mg，所述eu(no3)3×6h2o的用量为0.0267g，并且其物质的量为0.06mmol。

一种磁性荧光纳米材料的荧光检测方法，利用上述的一种磁性荧光纳米材料，按如下具体步骤进行：磁性荧光纳米材料fe3o4@cepo4:tb-peg-aptes-edta-eu溶于ph=7的tris-hcl缓冲液中，超声分散后置于比色皿中，测得初始荧光图；然后在体系中加入0-32微摩尔的dpa溶液，分别测得它们的荧光图，直至最高峰荧光强度不再增强为识别过程结束。

本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：（1）相比现有检测方法具有的检测原料制备昂贵、样品准备复杂、检测时间长及操作步骤繁琐等诸多缺陷，我们的磁性荧光探针具有制备工艺简单、检测操作简单、耗时短且检测结果可通过颜色变化清晰判别满足了大众性快速检测的需要；其对dpa的检测非常方便，只需要接触少量的dpa，就能够使产品产生明显的荧光变化，而且变化之后的荧光的时间很久不变，有很高的稳定性；（2）我们突破性的制备出以四氧化三铁为模板的纳米探针其可以借助外来磁场实现炭疽芽胞杆菌的富集，具有一定的应用前景；（3）我们的产品灵敏度高、荧光可视化范围广，在dpa(2，6-吡啶二羧酸)存在量极低（50nm）的情况下即可有所响应，且dpa浓度大时也可准确测量，测量范围广。

附图说明

图1为磁性荧光纳米材料fe3o4-cepo4:tb-peg-aptes-edta-eu的电镜图，其中a为磁性电镜图，b为100nm条件下fe3o4@tbcepo4@eu的电镜图，c为20nm条件下fe3o4@tbcepo4@eu的电镜图，d为fe3o4@tbcepo4@eu的edx谱图。

图2为本发明的磁性荧光纳米材料对dpa识别的荧光表征图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

一种磁性荧光纳米材料的制备方法其具体步骤如下：

步骤一，磁性fe3o4的制备：取fecl3溶于适量的乙二醇中，分散形成澄清溶液，再加入醋酸钠和聚乙烯亚胺，搅拌分散后，放入100ml不锈钢反应釜中反应，在200~220℃的条件下反应8~12h，用蒸馏水洗涤并在60℃下干燥后，得到表面有机改性的磁性fe3o4纳米颗粒；

步骤二，磁性荧光物质fe3o4@cepo4:tb-peg的制备：将步骤一中得到的产物溶于适量蒸馏水中，超声分散后，取一定量的ce(no3)3×6h2o溶液、tb(no3)3×6h2o溶液分三批次加入；搅拌1h后，再加入聚乙二醇和na2hpo4，用1mol/l的naoh溶液将体系并将ph调为6~8，装入不锈钢反应釜在温度为190-220℃下烧8h-16h，冷却至室温后，去掉上清液，吸附洗涤、干燥；

步骤三，磁性荧光纳米探针的制备：将步骤二的产物分散在乙醇和水的混合体系中，再将aptes溶液和氨水缓慢加入，在50℃搅拌反应24h后，依次使用蒸馏水、乙醇吸附洗涤，得到第一产物；将第一产物真空干燥后全部超声分散于适量的ph=9.6的碳酸盐缓冲液中，再加入edtaa，于50~80℃油浴反应3~5h，用蒸馏水洗涤，得到第二产物；将第二产物全部分散到适量乙醇溶液中，加入eu(no3)3×6h2o溶液超声分散后，搅拌反应，依次使用蒸馏水、乙醇吸附洗涤，真空干燥待用，得到具有磁性的荧光纳米探针fe3o4@tbcepo4@eu，即一种磁性荧光纳米材料，其化学表达式为fe3o4-cepo4:tb-peg-aptes-edta-eu，如图1所示，所得到的磁性荧光纳米材料在电子显微镜下呈现出核壳结构，能谱分析数据显示其主要含有ce、tb、p、fe以及eu元素，与预期的结果相符。

一种磁性荧光纳米材料的荧光检测方法，按如下方法进行：

取1mgfe3o4@tbcepo4@eu分散于2ml的ph=7的tris-hcl缓冲液并置于比色皿中，测得初始荧光图；然后在体系中加入0-32微摩尔的dpa溶液，分别测得它们的荧光图，直至最高峰荧光强度不再增强。从图2中可以得知，随着dpa用量的增加，fe3o4@cepo4:tb@eu中eu的特征峰不断增强，而体系中tb的吸收峰保持不变，表明dpa的存在使fe3o4@cepo4:tb@eu纳米探针的荧光颜色发生了绿色和红色的杂交，实现了对dpa的可视化多色荧光检测。

本发明创新性的引入磁性四氧化三铁纳米颗粒作为模板，通过层层包覆的手段在其表面负载tbcepo4纳米粒子，得到具有荧光的磁性fe3o4@tbcepo4纳米复合物；通过后续的表面功能改性，将氨丙基三乙氧基硅烷、乙二胺四乙酸以及稀土铕离子共价接枝在fe3o4@tbcepo4表面得到fe3o4@tbcepo4@eu纳米复合物。该纳米复合物可以实现对dpa的可视化多色荧光检测，相比传统的单一荧光检测材料，由于fe3o4@tbcepo4@eu本身具有绿色荧光，当待检测体系中出现不同量dpa时，由于dpa与铕的配位导致该纳米复合物的荧光颜色从绿色经黄绿色、黄色、橙黄色、橙色、橙红色到红色的转变，实现对dpa的可视化检测。本发明所得的磁性荧光纳米材料对炭疽芽孢杆菌标记物dpa的检测不仅具有检测限低、荧光可视化范围广、制备工艺简单等优势，还可以借助外来磁场实现炭疽芽胞杆菌的富集，具有一定的应用前景。

下面以具体的实验数据为具体实施例对本发明的制备方法作进一步描述。

实施例1

一种磁性荧光纳米材料的制备方法，其具体步骤如下：

步骤一，磁性fe3o4的制备：称取1.5g的fecl3溶于30ml的乙二醇中，超声分散，再加入2.8g的醋酸钠和0.58g的聚乙烯亚胺（分子量10000），室温搅拌30min，然后放入100ml不锈钢反应釜中，于210℃下反应8h，冷却至室温后去掉上清液，用磁铁吸附产物并用蒸馏水洗涤3次，在60℃下真空干燥1h后得到磁性fe3o4纳米颗粒；

步骤二，磁性荧光物质fe3o4@cepo4:tb-peg的制备：取1gfe3o4纳米颗粒溶于30ml的h2o中，超声分散后分3批次加入43.2mgce(no3)3×6h2o（物质的量0.1mmol）和9.06mgtb(no3)3×6h2o（物质的量0.02mmol），搅拌1h后加入4mg聚乙二醇（peg，分子量6000）和38mgna2hpo4（物质的量0.11mmol），最后用1mol/l的naoh将体系ph调为7.6，将上述反应物装入不锈钢反应釜中于190℃反应8h，冷却至室温后去掉上清液，用乙醇洗涤3次后于60℃真空干燥1h待用；

步骤三，磁性荧光纳米探针的制备：将步骤二的的产物分散于乙醇:水=4:1的50ml混合溶液中，加入0.4mlaptes和3ml氨水，搅拌24h后离心收集产物并将产物超声分散于15mlph=9.6的碳酸盐缓冲液中，加入80mgedtaa，于50℃反应3h，用10mlph=9.6的碳酸盐缓冲液及10ml蒸馏水各洗涤一次后将产物分散于到6ml乙醇溶液中，加入0.0089geu(no3)3×6h2o（物质的量0.02mmol）并搅拌5h，收集产物并用10ml蒸馏水洗涤后于60℃真空干燥1h，从而得到具有磁性的荧光纳米探针，即一种磁性荧光纳米材料，其化学表达式为fe3o4-cepo4:tb-peg-aptes-edta-eu。

实施例2

一种磁性荧光纳米材料的制备方法，其具体步骤如下：

步骤一，磁性fe3o4的制备：称取2g的fecl3溶于30ml的乙二醇中，超声分散，再加入3.2g的醋酸钠和0.62g的聚乙烯亚胺（分子量10000），室温搅拌30min后放入100ml不锈钢反应釜中，于200℃下反应12h，冷却至室温后去掉上清液，用磁铁吸附产物并用蒸馏水洗涤3次，在60℃下真空干燥1h后得到磁性fe3o4纳米颗粒；

步骤二，磁性荧光物质fe3o4@cepo4:tb-peg的制备：取1.5gfe3o4纳米颗粒溶于40ml的h2o中，超声分散后分3批次加入51.84mgce(no3)3×6h2o（物质的量0.12mmol）和22.65mgtb(no3)3×6h2o（物质的量0.05mmol），搅拌1h后加入8mg聚乙二醇（peg，分子量6000）和51.82mgna2hpo4（物质的量0.15mmol），最后用1mol/l的naoh将体系ph调为6.9，将上述反应物装入不锈钢反应釜中于200℃反应12h，冷却至室温后去掉上清液，用乙醇洗涤3次后于60℃真空干燥1h待用；

步骤三，磁性荧光纳米探针的制备：将步骤二的的产物分散于乙醇:水=8:1的60ml混合溶液中，加入0.6mlaptes和3.6ml氨水，于50℃下搅拌24h后离心收集产物并将产物超声分散于18mlph=9.6的碳酸盐缓冲液中，加入120mgedtaa，于80℃反应5h，用12mlph=9.6的碳酸盐缓冲液及12ml蒸馏水各洗涤一次后将产物分散于到10ml乙醇溶液中，加入0.0178geu(no3)3×6h2o（物质的量0.04mmol）并搅拌5h，收集产物并用20ml蒸馏水洗涤后于60℃真空干燥1h待用，从而得到具有磁性的荧光纳米探针，即一种磁性荧光纳米材料，其化学表达式为fe3o4-cepo4:tb-peg-aptes-edta-eu。

实施例3

一种磁性荧光纳米材料的制备方法，其具体步骤如下：

步骤一，磁性fe3o4的制备：称取2.8g的fecl3溶于35ml的乙二醇中，超声分散，再加入3.9g的醋酸钠和0.81g的聚乙烯亚胺（分子量10000），室温搅拌30分钟后放入100ml不锈钢反应釜中，于220℃下反应12h，冷却至室温后去掉上清液，用磁铁吸附产物并用蒸馏水洗涤3次，在60℃下真空干燥1h后得到磁性fe3o4纳米颗粒；

步骤二，磁性荧光物质fe3o4@cepo4:tb-peg的制备：取2gfe3o4纳米颗粒溶于50ml的h2o中，超声分散后分3批次加入64.8mgce(no3)3×6h2o（物质的量0.15mmol）和27.18mgtb(no3)3×6h2o（物质的量0.06mmol），搅拌1h后加入16mg聚乙二醇（peg，分子量6000）和62.18mgna2hpo4（物质的量0.18mmol），最后用1mol/l的naoh将体系ph调为6.1，将上述反应物装入不锈钢反应釜中于220℃反应12h,冷却至室温后去掉上清液，用乙醇洗涤3次后于60℃真空干燥1h待用；

步骤三，磁性荧光纳米探针的制备：将步骤二的的产物分散于乙醇:水=8:1的80ml混合溶液中，加入0.8mlaptes和4.5ml氨水，于50℃下搅拌24h后离心收集产物并将产物超声分散于25mlph=9.6的碳酸盐缓冲液中，加入160mgedtaa，于60℃反应3h，用15mlph=9.6的碳酸盐缓冲液及15ml蒸馏水各洗涤一次后将产物分散于到15ml乙醇溶液中，加入0.0267geu(no3)3×6h2o（物质的量0.06mmol）并搅拌5h，收集产物并用20ml蒸馏水洗涤后于60℃真空干燥1h待用，从而得到具有磁性的荧光纳米探针，即一种磁性荧光纳米材料，其化学表达式为fe3o4-cepo4:tb-peg-aptes-edta-eu。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出更动或修饰等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，均仍属于本发明技术方案的范围内。