一种水溶性荧光硅纳米粒子检测次氯酸根的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及的技术领域包括生物和环境离子检测，具体地说，即水溶性荧光硅纳 米粒子在次氯酸根检测中的应用。
【背景技术】
[0002] 需氧细胞在新陈代谢过程中会产生许多活性氧物质（reactive oxygen species， R0S)Jn :102、H202、· OH和HClO等。在许多疾病中，ROS扮演着重要角色，它们在活细胞的作 用方式主要是氧化压力，然而它们在活细胞中的作用大不一样。次氯酸根是一种高活性氧 物质，它与其它活性物质最大的区别是与我们的生活有着密切联系。在生物体内，次氯酸相 当于生物体内一道天然的保护屏障，主要功能是防止微生物入侵，然而研究发现，次氯酸根 参与了许多人体疾病的致病过程，如：心血管疾病，神经兀细胞病变、肺部伤害、肝部疾病、 关节炎以及一些肾病等。次氯酸根在环境中的应用也不容小觑，众所周知，常见的漂白水的 主要成分就是次氯酸钠，故此，设计一种灵敏度高和专一的次氯酸根探针意义重大。
[0003] 检测次氯酸根的手段有很多，常见的检测方法有高效液相色谱法、碘量法、分光光 度法、流动注射化学发光法和酶传感器法等。高效液相色谱法检测范围较高，但是操作繁 琐。碘量法检测下限低，难以准确检测ClO的浓度。分光光度法具有检测范围宽、重现性 好、设备简单、容易操作等优点，故而备受青睐。
[0004] 荧光分子传感器检测法属于分光光度法，是利用荧光来表达敏感层分子与分析对 象作用后的化学信息变化，具有很高的选择性和灵敏度，灵敏度可达10 9~1〇 12M的数量级， 近年来收到广泛关注，并被广泛应用于离子痕量和微量分析、生物分子识别等不同领域，且 常用于分析大量生物和生化物种，包括阴离子类、阳离子类、中性分子类和气体类等。
[0005] 次氯酸根以及其质子形式的次氯酸与人类的生活息息相关，所以对其的检测和分 析显得尤为重要，之前报道的检测方法较为繁琐或者灵敏度不高，本发明方法对ClO具有 较高的灵敏性和选择性，且检测范围较宽，可用于实际应用。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种检测次氯酸根的方法，该方法所用的硅纳米粒子尺寸 小，所需原材料丰富、制备流程简单、后处理方便、投入成本低、荧光强度较强、抗光漂白性 强、生物相容性较好，且该方法具有良好的选择性和灵敏度、检测范围较广。进一步研究表 明，该荧光硅纳米粒子能够直接在水中实现对ClO的高灵敏度、高选择性识别功能。
[0007] 本发明的目的是通过下述方式实现的：一种水溶性荧光硅纳米粒子检测次氯酸根 的方法，包括以下步骤： (1) 配置不同浓度的次氯酸根溶液，取适量次氯酸根溶液加到硅纳米粒子水溶液中，搅 拌5分钟；测定硅纳米粒子在360nm激发时445nm的荧光强度，将荧光强度变化值与次氯酸 根浓度值线性拟合，得到标准回归方程； (2) 取待测次氯酸根溶液加到含有硅纳米粒子的自来水样中，搅拌5分钟；测定硅纳米 粒子在360nm激发时445nm的荧光强度，通过与标准回归方程对比，可得到自来水中待测次 氯酸根的浓度。
[0008] 作为优化，步骤（1)中，所述硅纳米粒子水用pH=7的缓冲溶液配成固含量为0. 03 wt%的水溶液。
[0009] 作为优化，步骤（1)中，所述硅纳米粒子由包括以下步骤的方法制得： a、 将梓檬酸三钠溶于水中，配成IOmL浓度为30~50mg/ml的溶液，在氮气保护且无氧条 件下，将相对柠檬酸三钠物质量6~15倍(优选为8~9倍)的氨丙基三甲氧基硅烷（APTES)注 射到上述溶液中，常温搅拌10分钟，于水热反应釜中，160°C下反应4~8小时； b、 选择合适截留分子量的透析袋，将步骤a反应得到的溶液在水中透析3~5次，除去未 反应的氨丙基三甲氧基硅烷（APTES)和柠檬酸三钠，反应粗产物经透析、浓缩、沉淀、干燥从 而制得一种具有ClO识别功能的荧光硅纳米粒子。
[0010] 作为优化，步骤a中，所述梓檬酸三钠溶液的浓度为34mg/ml。
[0011] 作为优化，步骤a中，所述柠檬酸三钠物和氨丙基三甲氧基硅烷（APTES)的物质量 比为1 :8~9。
[0012] 作为优化，步骤b中，透析袋的截留分子量为500。
[0013] 根据上述制备方法制备的具有ClO识别功能的荧光硅纳米粒子，其具体的反应过 程如下：
本发明中的荧光硅纳米粒子，表面裸露大量氨基和部分羧基，这使得该硅纳米粒子具 有较好的水溶性，且表面的氨基为供电子基团，从而使该纳米粒子具有较强的蓝色荧光。众 所周知，ClO是一种强氧化剂，而该硅纳米粒子表面的氨基活性较高，容易被ClO氧化成硝 基或者亚硝基，而硝基和亚硝基是一类较强的吸电子基团，从而会使硅纳米粒子表面的吸 电子基团增多，降低其荧光强度。
【附图说明】
[0014] 图1为荧光硅纳米粒子原子力扫描电镜图及其切片图，可以看出该硅纳米粒子分 布均匀，平均直径为2纳米左右。
[0015] 图2为荧光硅纳米粒子的紫外吸收谱图，吸收峰位于346nm波长处。
[0016] 图3为不同次氯酸根浓度时，荧光硅纳米粒子（固含量：0. 03 wt%)的荧光发射光 谱变化图（Xex = 360 nm，λΜ = 445 nm)，[C10 ]=0 (a)、l. 0X10 6 mol/L (b)、2. 0X10 6 mol/L (c)、3. 0X10 6 mol/L (d)、4. 0X10 6mol/L (e)、5. 0X10 6mol/L (f)、7. 0X10 6mol/ L (g)、l. 0X10 5mol/L (h)、4. 0X10 5mol/L (i)、7. 0X10 5mol/L (j)、l. 0X10 4mol/L (k)、 2.0X104mol/L (l)、4.0X104mol/L (m)、7.0X104mol/L (n)、1.0X103mol/L (〇)〇
[0017] 图4为荧光强度变化值与次氯酸根浓度值的线性拟合曲线。
[0018] 图5为各种阴离子对荧光硅纳米粒子荧光强度的影响对比数据图（固含量：0. 03 wt%，加入后的阴离子的浓度均为1.0 X 10 4 mol/L，1/1。为各阴离子加入前后的荧光硅纳米 粒子在以360nm为激发波长，445nm为发射波长处荧光强度的比值)。
[0019] 图6为各种阴离子分别与次氯酸根离子共存时对荧光硅纳米粒子荧光强度的影 响对比数据图（固含量：0.03 wt%，加入后的阴离子浓度均为LOX IO4 mol/L，1/1。为各阴 离子加入前后的荧光硅纳米粒子在以360nm为激发波长，445nm为发射波长处荧光强度的 比值)。
[0020] 图7为荧光硅纳米粒子（固含量：0. 03 wt%)添加次氯酸根前后的寿命对比图。
[0021 ] 图8为水溶性荧光纳米粒子的抗光漂白性能。
[0022]
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
[0024] 实施例1 : 一种具有ClO识别功能的荧光硅纳米粒子的制备方法，包括以下步骤： (1) 将适量柠檬酸三钠溶于水中，配成IOmL溶液，在氮气保护且无氧条件下，将相对柠 檬酸三钠物质量9倍的氨丙基三甲氧基硅烷（APTES )注射到上述溶液中，常温搅拌10分钟， 于水热反应釜中，160°C下反应5小时； (2) 选择截留分子量为500的透析袋，将步骤（1)反应得到的溶液在水中透析4次，除 去未反应的氨丙基三甲氧基硅烷（APTES)和柠檬酸三钠，反应粗产物经透析、浓缩、沉淀、干 燥从而制得一种具有ClO识别功能的荧光纳米粒子。
[0025] 实施例2 :次氯酸根的检测实验： (1)取15个5ml比色皿，分别加入实施例1中所得的用pH=7的缓冲溶液稀释至固含 量为0. 03 wt%的3ml荧光硅纳米粒子水溶液，然后分别将浓度为0 (a)、1.0 X 10 3 mol/ L (b)、2.0X103 mol/L (c)、3.0X103 mol/L (d)、4.0X103mol/L (e)、5.0X103mol/L (f)、7.0X103mol/L (g)、0.01mol/L (h)、0.04mol/L (i)、0.07mo