一种基于CuInS2@ZnS纳米材料的闪光型化学发光体系

一种基于cuins2@zns纳米材料的闪光型化学发光体系
技术领域
1.本发明属于化学发光领域，涉及一种基于cuins2@zns纳米材料的闪光型化学发光体系。


背景技术：

2.近年来，无机纳米材料由于量子效率高、带隙可调等优势被广泛应用于电化学发光领域，例如cdse量子点(sens.actuator b
‑
chem.2016,226,444
‑
449)、cdte量子点(biosens.bioelectron.2019,131,178
‑
184)、cuins2纳米材料(anal.chem.2018,90,3563
‑
3569)以及au簇(biosens.bioelectron.2021,190,113449)等。然而，在直接化学发光领域，关于无机纳米材料的报道却十分有限。
3.本发明的发明人前期专利文件公开了一种兼有光致发光和化学发光特性的cuins2@zns纳米材料的制备方法(cn111944521a)和一种制备具有化学发光特性的羧基化cuins2@zns纳米材料的通用型方法(cn112940719a)。皆是以cuins2@zns纳米材料作发光物，以水合肼作共反应剂，可在近红外区产生化学发光辐射。然而，如果要将上述体系应用到化学发光免疫分析领域，该体系的发光强度还远远不够，且发光时间较长，不利于快速分析。
4.作为闪光型化学发光的典型代表，吖啶酯发光体系是基于吖啶酯与双氧水的化学反应产生的化学发光，其化学发光强度高，发光时间短。然而，吖啶酯合成步骤较为复杂，且合成周期较长，产物见光易分解。
5.因此，开发具有光稳定性的闪光型化学发光体系具有重要意义。


技术实现要素：

6.针对现有技术的不足，尤其是吖啶酯合成步骤繁琐，产物见光易分解的问题；以及目前cuins2@zns纳米材料作发光物，以水合肼作共反应剂的发光体系发光强度低，发光时间长的不足。本发明提供一种新型的闪光型化学发光体系，该化学发光体系以cuins2@zns纳米材料作发光体，在经过tris
‑
n2h4·
h2o
‑
h2o2激发后可以快速产生化学发光，且在1
‑
10秒内结束发光过程，为闪光型化学发光，同时该化学发光体系发光强度相比之前cuins2@zns纳米材料作发光物，以水合肼作共反应剂的化学发光体系的发光强度大大提高。与传统的闪光型化学发光物质吖啶酯相比，该cuins2@zns纳米材料合成操作简单，为一锅法合成，所需时间较短，合成的cuins2@zns纳米材料具有良好的光稳定性和水溶性，能够在近红外区产生化学发光辐射。
7.本发明的技术方案如下：
8.一种基于cuins2@zns纳米材料的闪光型化学发光体系，该化学发光体系以cuins2@zns纳米材料为发光物质，以含n2h4·
h2o和h2o2的tris缓冲液为激发液，组成闪光型化学发光体系。该体系能够产生高强度的闪光型化学发光信号。
9.根据本发明，优选的，所述的激发液中的tris浓度为0.05
‑
0.2mol/l，最优选0.1mol/l。
10.根据本发明，优选的，所述的激发液中的n2h4·
h2o浓度为5
‑
30mmol/l，进一步优选10
‑
20mmol/l，最优选15mmol/l。
11.根据本发明，优选的，所述的激发液中的h2o2的浓度为0.01mol/l以上，进一步优选0.5mol/l以上，更优选1
‑
2mol/l。
12.根据本发明，优选的，所述的激发液的ph为7
‑
8；
13.优选的，采用hcl调节激发液的ph。
14.根据本发明，优选的，发光物质cuins2@zns需经过异丙醇离心纯化，并快速完全干燥去除异丙醇，以原体积的1/10的水溶解后才可加入激发液激发，激发液和原溶液的体积比为1：1
‑
5。
15.根据本发明，所述的发光物质cuins2@zns纳米材料可根据现有技术一锅法合成，优选以硫代水杨酸和柠檬酸钠作双配体，以氯化铜、氯化铟、硫化钠、醋酸锌和硫脲为原料，通过一锅法制备而成，得到的cuins2@zns有优异的光致发光现象，发光波长位于660
‑
700nm，且具有良好的水溶性和光稳定性；
16.最优选的，所述的cuins2@zns纳米材料，按如下步骤制备得到：
17.(1)称取0.024g硫代水杨酸加入100ml三口烧瓶中，加10ml去离子水搅拌溶解，再加入30ml去离子水；
18.(2)向步骤(1)中依次加入800μl浓度为0.04mol/l柠檬酸钠溶液、2ml浓度为0.01mol/l的氯化铜溶液、80μl浓度为1mol/l的三氯化铟溶液，搅拌反应5min；
19.(3)向步骤(2)中加入124μl浓度为1mol/l的硫化钠溶液，95℃加热回流45min；
20.(4)向步骤(3)中加入4ml硫化锌溶液，95℃继续回流40min，即得，在4℃环境下保存；所述的硫化锌溶液为浓度为0.04mol/l醋酸锌和浓度为0.04mol/l硫脲反应得到，调节ph至5.7
‑
6.3；
21.(5)测试前将步骤(4)得到的产物用异丙醇纯化三次并快速彻底干燥，将所得样品溶于原体积的1/10的去离子水中。
22.根据本发明，所述的cuins2@zns纳米材料的紫外吸收特征峰在500
‑
540nm，光致发光特征峰在650
‑
680nm。
23.根据本发明，cuins2@zns纳米材料溶液中在激发液注入瞬间即可产生化学发光，且发光时间一般为1
‑
10秒，化学发光辐射波段位于近红外区，750
‑
790nm；
24.优选的，总量为1μmol的cuins2@zns纳米材料，发光强度可达500k以上。
25.根据本发明，上述激发液的配制方法，包括步骤如下：
26.称取最终浓度为0.1mol/l的tris溶于10ml去离子水中，加入0.05
‑
0.2mmol的n2h4·
h2o，用hcl调节ph为7
‑
8，最后加入5mmol以上的h2o2，即得激发液。
27.本发明的原理：
28.本发明的激发液以tris溶液作为缓冲，加入n2h4·
h2o，用hcl调节ph，加入h2o2，瞬间即可产生化学发光，且发光时间一般为1
‑
10秒，属于闪光型化学发光体系，化学发光辐射波段位于近红外区，750
‑
790nm；化学发光强度强，总量为1μmol的cuins2@zns纳米材料，发光强度可达500k以上。
29.本发明的化学发光体系cuins2@zns纳米材料作发光物，以水合肼作共反应剂，h2o2作为反应增强剂。在没有h2o2的条件下，cuins2@zns纳米材料与水合肼可以进行化学反应产
生化学发光，但是其发光强度很低，发光时间很长，50s仍有化学发光产生，不利于化学免疫领域应用。发明人发现h2o2的加入，将会大大增强cuins2@zns纳米材料与水合肼的反应剧烈程度，不但使其快速反应完成，而且反应的化学发光在短时间内容释放，使得化学发光强度大大提高，将体系由普通发光型转化为闪光型，十分有利于化学发光免疫分析领域的应用。
30.本发明的有益效果如下：
31.1.与传统闪光型化学发光物质吖啶酯类相比，本发明的发光物质cuins2@zns纳米材料合成方法极为简单，成功率高，反应条件温和，所需时间短，可以在短时间内快速大量合成。
32.2.传统闪光型化学物质吖啶酯类化合物见光易分解，需避光储存，本发明提出的发光物质cuins2@zns纳米材料在水中具有良好的稳定性，对光耐受性强，见光不分解。
33.3.本发明的化学发光体系可在近红外区产生化学发光辐射，波长为750
‑
790nm。且cuins2@zns纳米材料本身具有荧光，荧光波长位于660
‑
700nm。
34.4.本发明提出的化学发光体系中，h2o2的加入会大大提高该体系的发光强度和缩短发光时间，发光时间缩短为1
‑
10秒，使该体系成为典型的闪光型化学发光体系；总量为1μmol的cuins2@zns纳米材料，发光强度可达500k以上，相比不加入h2o2的cuins2@zns纳米材料/水合肼化学发光体系，相同浓度条件下，发光强度提高了800多倍。
35.5.本发明的化学发光体系可在生理条件下产生高强度的闪光型化学发光，在生物快速检测方面具有良好的应用前景。
附图说明
36.图1为对比例1中所制的cuins2@zns纳米材料的荧光光谱和紫外
‑
可见光吸收光谱。
37.图2为对比例1中所制的cuins2@zns纳米材料与激发液
‑
1的化学发光光谱。
38.图3为对比例1中所制的cuins2@zns纳米材料与激发液
‑
1化学发光光强曲线。
39.图4为对比例1中所制的cuins2@zns纳米材料的xrd图。
40.图5为对比例1中所制的cuins2@zns纳米材料的xps图。
41.图6为对比例1中所制的cuins2@zns纳米材料的透射电镜图。
42.图7为实施例1中所制的cuins2@zns纳米材料与激发液
‑
2的化学发光光谱。
43.图8为实施例1中所制的cuins2@zns纳米材料与激发液
‑
2的化学发光光强曲线。
44.图9为实施例1、2、3、4、5中所制的cuins2@zns纳米材料与相应激发液产生的化学发光光强对比。
45.图10为实施例1、6、7、8、9中所制的cuins2@zns纳米材料与相应激发液产生的化学发光光强对比。
46.图11为实施例1、10、11、12中所制的cuins2@zns纳米材料与相应激发液产生的化学发光光强对比。
具体实施方式
47.下面通过实施例对本发明作进一步说明，但不限于此。
48.本发明实施例所用n2h4·
h2o质量分数为50％，h2o2质量分数为30％。
49.实施例中制备的cuins2@zns纳米材料的光致发光(荧光)谱图由天津港东科技发展有限公司生产的f
‑
320荧光分光光度计采集获得，激发波长为540纳米。紫外
‑
可见光吸收光谱由北京普析通用仪器有限责任公司生产tu
‑
1901紫外可见分光光度计采集获得。化学发光光谱由普林斯顿仪器有限公司的ccd光栅光谱仪采集获得，该仪器由acton sp2300i单色仪与pylon400brexcelon ccd检测器构成，化学发光的光谱采集时间为10秒。
50.对比例1
51.合成硫代水杨酸、柠檬酸钠双稳定剂包被的cuins2@zns纳米材料，具体步骤如下：
52.(1)称取0.024g硫代水杨酸加入100ml三口烧瓶中，加10ml去离子水搅拌溶解，再加入30ml去离子水；
53.(2)向步骤(1)中依次加入800μl浓度为0.04mol/l柠檬酸钠溶液、2ml浓度为0.01mol/l的氯化铜溶液、80μl浓度为1mol/l的三氯化铟溶液，搅拌反应5min；
54.(3)向步骤(2)中加入124μl浓度为1mol/l的硫化钠溶液，95℃加热回流45min；
55.(4)向步骤(3)中加入4ml硫化锌溶液，95℃继续回流40min，即得，在4℃环境下保存。
56.所述的硫化锌溶液为浓度为0.04mol/l醋酸锌和浓度为0.04mol/l硫脲，调节ph至5.7
‑
6.3。即得到cuins2@zns纳米材料。
57.得到cuins2@zns纳米材料的荧光光谱和紫外
‑
可见光吸收光谱如图1所示，其中，实线为荧光光谱曲线，虚线为紫外
‑
可见光光谱曲线。由图1可知，cuins2@zns纳米材料紫外吸收特征峰在500
‑
540nm，荧光波长位于650
‑
680nm，斯托克斯位移大，符合
ⅰ‑ⅲ‑ⅵ
族量子点的特征。
58.cuins2@zns纳米材料的xrd图如图4所示，xps图如图5所示，透射电镜图如图6所示。
59.配制激发液
‑
1，具体步骤如下：称取0.1211g tris溶于10ml去离子水中，加入10μln2h4·
h2o，用hcl调节ph为7。
60.取300μl的cuins2@zns纳米材料于离心管中，用异丙醇离心纯化三次，吹风机快速干燥以除去异丙醇，将沉淀溶于30μl去离子水，取出后置于样品池内，快速注入300μl激发液
‑
1，采集化学发光信号。
61.cuins2@zns纳米材料与激发液
‑
1的化学发光光谱如图2所示，由图2可知，化学发光特征峰在780
‑
820nm。
62.cuins2@zns纳米材料与激发液
‑
1化学发光光强曲线如图3所示，由图3可知，总量为1μmol的cuins2@zns纳米材料的化学发光体系发光强度在600
‑
700之间，发光时间可达50s以上。
63.实施例1
64.cuins2@zns纳米材料的制备同对比例1。
65.配制激发液
‑
2，具体步骤如下：称取0.1211g tris溶于8.5ml去离子水中，加入11.8μln2h4·
h2o，用hcl调节ph为7，再加入1.5mlh2o2。
66.取总量为1μmol的cuins2@zns纳米材料于离心管中，用异丙醇离心纯化三次，吹风机快速干燥以除去异丙醇，将沉淀溶于30μl去离子水，取出后置于样品池内，快速注入300μl激发液
‑
2，采集化学发光信号。
67.实施例2
68.步骤同实施例1，所不同的是激发液不同：
69.激发液
‑
3配制具体步骤如下：称取0.1211g tris溶于8.5ml去离子水中，加入5.9μln2h4·
h2o，用hcl调节ph为7，再加入1.5mlh2o2。
70.本实施例cuins2@zns纳米材料与激发液
‑
2的化学发光光谱如图7所示，由图7可知，化学发光体系的化学发光辐射波段位于近红外区，750
‑
790nm。
71.本实施例cuins2@zns纳米材料与激发液
‑
2的化学发光光强曲线如图8所示，由图8可知，总量为1μmol cuins2@zns纳米材料的化学发光体系发光强度在可达500k以上，是不加入h2o2体系发光强度的800多倍，发光时间在2
‑
5s，属于闪光型发光体系。
72.实施例3
73.步骤同实施例1，所不同的是激发液不同：
74.激发液
‑
4配制具体步骤如下：称取0.1211g tris溶于8.5ml去离子水中，加入17.7μln2h4·
h2o，用hcl调节ph为7，再加入1.5mlh2o2。
75.实施例4
76.步骤同实施例1，所不同的是激发液不同：
77.激发液
‑
5配制具体步骤如下：称取0.1211g tris溶于8.5ml去离子水中，加入23.6μln2h4·
h2o，用hcl调节ph为7，再加入1.5mlh2o2。
78.实施例5
79.步骤同实施例1，所不同的是激发液不同：
80.激发液
‑
6配制具体步骤如下：称取0.1211g tris溶于8.5ml去离子水中，加入35.4μln2h4·
h2o，用hcl调节ph为7，再加入1.5ml h2o2。
81.实施例6
82.步骤同实施例1，所不同的是激发液不同：
83.激发液
‑
7配制具体步骤如下：称取0.1211g tris溶于9.985ml去离子水中，加入11.8μln2h4·
h2o，用hcl调节ph为7，再加入0.015ml h2o2。
84.实施例7
85.步骤同实施例1，所不同的是激发液不同：
86.激发液
‑
8配制具体步骤如下：称取0.1211g tris溶于9.85ml去离子水中，加入10.2μln2h4·
h2o，用hcl调节ph为7，再加入0.15ml h2o2。
87.实施例8
88.步骤同实施例1，所不同的是激发液不同：
89.激发液
‑
9配制具体步骤如下：称取0.1211g tris溶于9.25ml去离子水中，加入10.9μln2h4·
h2o，用hcl调节ph为7，再加入0.75ml h2o2。
90.实施例9
91.步骤同实施例1，所不同的是激发液不同：
92.激发液
‑
10配制具体步骤如下：称取0.1211g tris溶于7ml去离子水中，加入13.6μln2h4·
h2o，用hcl调节ph为7，再加入3ml h2o2。
93.实施例10
94.步骤同实施例1，所不同的是激发液不同：
95.激发液
‑
11配制具体步骤如下：称取0.1211g tris溶于8.5ml去离子水中，加入11.8μln2h4·
h2o，用hcl调节ph为6，再加入1.5ml h2o2。
96.实施例11
97.步骤同实施例1，所不同的是激发液不同：
98.激发液
‑
12配制具体步骤如下：称取0.1211g tris溶于8.5ml去离子水中，加入11.8μln2h4·
h2o，用hcl调节ph为8，再加入1.5ml h2o2。
99.实施例12
100.步骤同实施例1，所不同的是激发液不同：
101.激发液
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13配制具体步骤如下：称取0.1211g tris溶于8.5ml去离子水中，加入11.8μln2h4·
h2o，用hcl调节ph为9，再加入1.5ml h2o2。
102.试验例1
103.测试实施例1、2、3、4、5中所制的cuins2@zns纳米材料与相应激发液产生的化学发光光强对比图，如图9所示。由图9可知，相同条件下，激发液中的n2h4·
h2o浓度在10
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20mmol/l时，发光强度较高，可达530k以上。
104.试验例2
105.测试实施例1、6、7、8、9中所制的cuins2@zns纳米材料与相应激发液产生的化学发光光强对比图，如图10所示。由图10可知，相同条件下，激发液中的h2o2浓度在1
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2mol/l时，发光强度较高，可达530k以上。
106.试验例3
107.测试实施例1、10、11、12中所制的cuins2@zns纳米材料与相应激发液产生的化学发光光强对比图，如图11所示，由图11可知，相同条件下，激发液的ph在7
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8时发光强度较高，可达450k以上。