一种荧光传感器的制备方法及其应用

本发明属于荧光传感材料，尤其涉及一种荧光传感器的制备方法及其应用。

背景技术：

1、ros是一个总称，其包括过氧化氢(h2o2)、羟基自由基(oh·)、过氧自由基(roo·)、单线态氧(1o2)、超氧阴离子自由基(o2·-)和次氯酸/次氯酸离子(hocl/clo-)，它们都来源于生物生命过程中的分子氧。具体而言，主要通过体内线粒体呼吸过程由氧气内源性产生，也可以通过暴露于紫外线、异种生物和感染因子在内的有害条件外源性产生。因此ros作为功能性信号实体对于生理学至关重要。其中的h2o2作为第二信使参与正常细胞的信号转导，并与许多生理过程有关。同时，h2o2是三类致癌物质，它的失衡将会导致各种疾病，如心血管疾病，神经退行性疾病，糖尿病和癌症。因此，开发一种能够准确检测人体内h2o2水平的方法对预防这些疾病至关重要。

2、与其他方法相比，荧光传感技术因其灵敏度高、特异性强而被用于h2o2的传感领域。近年来，大多数检测h2o2的荧光探针是基于单发射荧光响应，该方法通过改变原始发射峰上的荧光强度，来实现对h2o2的检测，但该方法易受到样品浓度和激发强度等因素的影响。比率荧光技术最近得到广泛关注，它可以克服这些缺点，同时具有线性响应、灵敏度高和低检测限等优点。比率探针信号变化可以被肉眼识别，并且比率探针可以通过两个峰强度的比值消除环境对探针检测的影响，同时可以测量不同波长的发射强度变化。目前各类型的纳米材料已被用于制造比率荧光传感器，其中介孔二氧化硅具有较大的孔体积和有序的多孔结构，因而能够装载更多的分子；其次介孔二氧化硅表面存在丰富的硅羟基，使其易于功能化，保证了它的多样化应用；同时介孔二氧化硅具有优异的生物相容性和低细胞毒性。因此介孔二氧化硅为比率传感提供了一个优异的支撑载体。但是，介孔二氧化硅在h2o2的荧光传感领域中的水溶性问题研究较少，这就大大限制了荧光探针在生物系统中进一步的应用。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中存在的比率荧光探针材料荧光效率低、水溶性差等技术缺陷，本发明利用具有优异水分散性的碳点对msn进行表面修饰从而实现一种高性能荧光传感器的制备方法及其应用。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、技术方案一：一种h2o2比率荧光传感器，所述h2o2比率荧光传感器是以介孔二氧化硅为载体，载体内部孔道中装载有机荧光分子，载体外表面嫁接硅烷化的发光量子点。

4、作为进一步优选，所述介孔二氧化硅与有机荧光分子的质量比为5∶1。

5、作为进一步优选，所述介孔二氧化硅的制备方法包括以下步骤：在水中加入表面活性剂和碱性溶液，加热搅拌，然后加入正硅酸四乙酯与正己烷的混合溶液，反应完全后冷却至室温，过滤，得到的白色粉末洗涤干燥后去除模板剂。

6、加入碱性溶液的目的是使反应条件为碱性，使得硅氧烷发生水解缩聚，形成白色粉末，最终得到目标产物。所述碱性溶液可以是氢氧化钠溶液，也可以是氨水。

7、更进一步优选，所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵。所述水、碱性溶液、正己烷和正硅酸四乙酯的体积比为160∶7∶2∶5。所述加热搅拌是指在35℃下搅拌30min。去除模板剂(即为表面活性剂)的方法为：在550℃下煅烧5h。

8、作为进一步优选，所述硅烷化的发光量子点的制备方法包括以下步骤：将碳量子点、n-羟基琥珀酰亚胺和1-乙基-(3-二甲氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐加入有机溶剂中反应，然后加入3-氨丙基三乙氧基硅烷，搅拌。所述碳量子点、n-羟基琥珀酰亚胺和1-乙基-(3-二甲氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐的质量比为1∶1∶1。所述有机溶剂为乙醇。

9、技术方案二：一种所述的h2o2比率荧光传感器的制备方法，采用物理包埋的方式将有机荧光分子装载至介孔二氧化硅孔道中，再将硅烷化的发光量子点通过共价键的方式嫁接到介孔二氧化硅表面。

10、作为进一步优选，所述制备方法具体包括以下步骤：

11、在将有机荧光分子溶解于氯仿或二氯甲烷，然后将介孔二氧化硅加入其中，在超声条件下加热处理，得到msn-ba；将msn-ba与硅烷化的发光量子点混合，室温下反应15h，即得到h2o2比率荧光传感器。所述步骤还可以包括后处理，具体包括：洗涤和干燥。

12、作为进一步优选，所述加热处理是指在38℃下加热1-2h。所述超声功率为100w。

13、作为进一步优选，所述msn-ba与硅烷化的发光量子点的用量比为1mg∶15μl。

14、本发明使用了物理装载方法，通过超声加热将有机荧光分子装载至介孔二氧化硅的孔道中，同时使用了后嫁接法将硅烷化的发光量子点固定于介孔二氧化硅的表面。碳量子点通过n-羟基琥珀酰亚胺和1-乙基-(3-二甲氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐将其羧基进行活化，活化后的-cooh与3-氨丙基三乙氧基硅烷的-nh2发生酰胺化反应，形成酰胺基团，同时使碳量子点含有si-o-si键，si-o-si键进一步与介孔二氧化硅上的si-oh缩聚，进而固定在介孔二氧化硅表面。

15、技术方案三：一种所述的h2o2比率荧光传感器在h2o2检测中的应用。

16、技术方案四：一种所述的h2o2比率荧光传感器在细胞内传感及成像中的应用。

17、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

18、本发明利用化学键将发光量子点连接到介孔二氧化硅表面，同时介孔二氧化硅孔道负载有机荧光分子，既保持了发光量子点的荧光性质及优良的水溶性，同时防止孔道中有机荧光分子泄漏，又结合了介孔二氧化硅低细胞毒性和保护作用，同时又发挥了有机荧光分子对h2o2特异性的荧光性质等特点，获得了具有良好实际应用价值的比率荧光纳米传感器。

技术特征：

1.一种h2o2比率荧光传感器，其特征在于，所述h2o2比率荧光传感器是以介孔二氧化硅为载体，载体内部孔道中装载有机荧光分子，载体外表面嫁接硅烷化的发光量子点。

2.根据权利要求1所述的h2o2比率荧光传感器，其特征在于，所述介孔二氧化硅与有机荧光分子的质量比为5∶1。

3.根据权利要求2所述的h2o2比率荧光传感器，其特征在于，所述介孔二氧化硅的制备方法包括以下步骤：在水中加入表面活性剂和碱性溶液，加热搅拌，然后加入正硅酸四乙酯和正己烷的混合溶液，反应完全后冷却过滤，得到的白色粉末洗涤干燥，去除模板剂。

4.根据权利要求1所述的h2o2比率荧光传感器，其特征在于，所述硅烷化的发光量子点的制备方法包括以下步骤：将碳量子点、n-羟基琥珀酰亚胺和1-乙基-(3-二甲氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐加入有机溶剂中反应，然后加入3-氨丙基三乙氧基硅烷，搅拌。

5.一种如权利要求1-4任一项所述的h2o2比率荧光传感器的制备方法，其特征在于，采用物理包埋的方式将有机荧光分子装载至介孔二氧化硅孔道中，再将硅烷化的发光量子点通过后嫁接方法固定于介孔二氧化硅表面。

6.根据权利要求5所述的h2o2比率荧光传感器的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的h2o2比率荧光传感器的制备方法，其特征在于，所述加热是指在38℃下加热1-2h。

8.根据权利要求6所述的h2o2比率荧光传感器的制备方法，其特征在于，所述msn-ba与硅烷化的发光量子点的用量比1mg∶15μl。

9.一种如权利要求1-4任一项所述的h2o2比率荧光传感器在h2o2检测中的应用。

10.一种如权利要求1-4任一项所述的h2o2比率荧光传感器在细胞内传感及成像中的应用。

技术总结
本发明公开了一种荧光传感器的制备方法及其应用，属于荧光传感材料技术领域。本发明采用物理包埋的方式将有机荧光分子装载至介孔二氧化硅孔道中，再将硅烷化的发光量子点通过共价键的方式嫁接到介孔二氧化硅表面。既保持了发光量子点的荧光性质及优良的水溶性同时有效地防止有机荧光分子的泄漏，又结合了介孔二氧化硅低细胞毒性和保护作用，同时又发挥了有机荧光分子对H<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;的特异性的荧光性质等特点，获得了具有良好实际应用价值的比率荧光纳米传感器。

技术研发人员：高萌,刘雨虹,陶圆圆,徐利洁,安晓帆,李东玮,姜晓萍
受保护的技术使用者：齐鲁工业大学（山东省科学院）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16