一种用于硫化氢双信号传感的高选择性、高灵敏度手性复合纳米探针及其制备方法

本发明属于传感，具体涉及一种用于硫化氢双信号传感的高选择性、高灵敏度手性复合纳米探针及其制备方法，该传感器可以实现硫化氢高选择性、高灵敏度双信号传感。

背景技术：

1、大多数生物大分子是手性的，如dna、氨基酸、肽和蛋白质。由于这些天然手性化合物具有优异的安全性和生物相容性，许多人工手性纳米材料被越来越多地构建，包括手性纳米粒子、手性纳米复合物和二维手性纳米膜。作为这些手性纳米材料最具代表性的光学特性之一，圆二色性是一种理想而强大的传感技术，具有无损细胞分析的潜力。近年来，利用圆二色光谱信号进行生物传感的研究取得了许多优秀的成果，与其他分析方法相比，圆二色光谱信号具有更高的灵敏度。尽管如此，但样品预处理、信号采集和分析的耗时过程使得难以对细胞和活组织进行实时的现场传感和分析，这对于快速变化的生理环境中的生物监测至关重要。

2、为了在生物领域有更广阔的应用前景，科学家们将一些其他材料与手性材料结合，使这种手性纳米复合材料具有更多样化的生物功能特性。然而，一些通过静电吸附或其他方法组装的手性纳米复合材料结构稳定性差，在复杂的生理环境中容易解离和破坏，导致性能偏差。此外，一些手性复合传感材料难以区分与被分析物性质相似的干扰物，导致检测选择性较差。因此，开发结构稳定、性能优异的手性复合纳米材料以满足生物医学诊断和检测的需要仍然是一项具有挑战性的工作。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种用于硫化氢双信号传感的高选择性、高灵敏度手性复合纳米探针及其制备方法。本发明旨在利用沸石咪唑盐骨架-8(zif-8)的筛选特性提高检测的选择性，zif-8中的上转换纳米粒子以及cuxos纳米粒子分别提供荧光信号和圆二色信号，该传感器可以实现硫化氢高选择性、高灵敏度双信号传感。

2、在本技术中，我们构建了手性ucnps/cuxos@zif纳米探针，用于体外硫化氢高选择性双信号传感及活体瘤内成像。所设计的naybf4@nayf4:20％yb3+，2％er3+的上转换纳米粒子通过在核中加入100％的激活剂yb3+离子来最大化收集近红外激发能，并通过将发光中心er3+离子限制在表层来缩短能量传递距离，从而最大限度地提高了能量传递效率。采用手性cuxos纳米粒子作为能量受体和圆二色信号源；然后以沸石咪唑酸框架-8(zif-8)为壳层包封上转换纳米粒子和手性cuxos构建纳米探针。zif-8的小孔径可以有效排除一些大分子干扰物(如谷胱甘肽、半胱氨酸和赖氨酸)，从而直接提高检测的特异性。硫化氢对cuxos的还原导致cuxos吸收和圆二色信号的变化，使得设计的纳米探针能够产生针对硫化氢的上转换发光/圆二色双信号的高选择性、高灵敏响应。

3、本发明所述的一种用于硫化氢双信号传感的高选择性、高灵敏度手性复合纳米探针的制备方法，其步骤如下：

4、(1)核壳结构的naybf4@nayf4:yb,er上转换纳米粒子(ucnp-oa)的合成：将1.00mmol ybcl3·6h2o、14ml 1-十八烯和6ml油酸在烧瓶中混合并搅拌20～40分钟，将所得溶液升温到150～160℃，持续搅拌20～40分钟至溶液中固体溶解；自然降温到45～55℃后加入10ml含2.50mmol氢氧化钠和4.00mmol氟化铵的甲醇溶液，并加热至65～75℃搅拌20～40分钟直至甲醇除尽；然后将混合物升温到300～320℃反应60～90分钟；反应结束后，让溶液自然降温至45～55℃，用丙酮和乙醇离心后得到naybf4裸核上转换纳米粒子；最后，将得到的裸核上转换纳米粒子溶解在4ml环己烷中待用，裸核上转换纳米粒子的浓度为125mm；在整个实验过程中，保证氮气流通以去除反应体系中的氧气；

5、将0.50mmol ycl3·6h2o、10ml 1-十八烯和5ml油酸的混合物在烧瓶中混合并搅拌搅拌20～40分钟，将所得溶液升温至150～160℃，持续搅拌20～40分钟至溶液中固体溶解；自然降温至45～55℃后加入4ml预先合成的naybf4裸核的环己烷溶液，并升温到80～90℃搅拌20～40分钟直至环己烷除尽；自然降温到45～55℃后加入5ml含有1.25mmol氢氧化钠和2.00mmol氟化铵的甲醇溶液，并加热到65～75℃搅拌20～40分钟直至甲醇除尽；然后将溶液升温至300～320℃反应60～90分钟；反应结束后让溶液自然降温至45～55℃，用丙酮和乙醇洗涤离心后得到naybf4@nayf4:yb,er核壳结构上转换纳米粒子；最后，将得到的核壳结构上转换纳米粒子溶解在4ml的环己烷中待用，核壳结构上转换纳米粒子的浓度为125mm；在整个实验过程中，保证氮气流通以去除反应体系中的氧气；

6、(2)聚乙烯吡咯烷酮修饰的naybf4@nayf4:yb,er上转换纳米粒子(ucnp-pvp)的制备：首先将2ml naybf4@nayf4:yb,er的环己烷溶液加入到2ml、0.1m稀盐酸溶液中，搅拌8～12小时以去除油酸配体；再加入丙酮沉淀无配体上转换纳米粒子，离心收集后分散在2ml乙醇中，无配体上转换纳米粒子浓度为125mm；然后将1ml分散有无配体上转换纳米粒子的乙醇溶液与5ml含0.3g聚乙烯吡咯烷酮(mw＝40000)的乙醇溶液混合，在室温下搅拌18～24小时，得到聚乙烯吡咯烷酮修饰的上转换纳米粒子，用正己烷沉淀纳米粒子，离心收集后分散在1ml甲醇中，得到聚乙烯吡咯烷酮修饰的上转换纳米粒子的甲醇溶液，聚乙烯吡咯烷酮修饰的上转换纳米粒子的浓度为125mm；

7、(3)手性cuxos纳米粒子的合成：将100μl、0.2mol/l氯化铜水溶液、100μl、0.4mol/l氢氧化钠水溶液、150μl、0.4mol/ld-青霉胺水溶液、300μl、1mmol盐酸羟胺水溶液加入到3ml去离子水中搅拌4～6分钟，形成cuxos纳米粒子；反应结束后，用乙醇沉淀cuxos纳米粒子，离心收集后分散在3ml去离子水中；

8、(4)ucnps/cuxos@zif-8的制备：先将4ml含0.015191g zn(no3)2·6h2o的甲醇溶液与4ml含0.007125g 2-甲基咪唑的甲醇溶液混合搅拌1～3分钟，然后注入50μl步骤(2)得到的聚乙烯吡咯烷酮修饰的上转换纳米粒子，搅拌4～8分钟至溶液变白；然后加入200μlcuxos纳米粒子，静置30～40分钟；反应结束后，得到本发明所述的手性复合纳米探针ucnps/cuxos@zif-8，离心收集后溶于1ml甲醇；

9、(5)向步骤(4)制备的手性复合纳米探针ucnps/cuxos@zif-8中加入1ml已知不同浓度的硫化氢水溶液(硫化氢水溶液由硫化钠在水中水解产生)，制成2ml的待测溶液；将待测溶液在室温下反应10～20分钟，然后分别测定待测溶液的上转换发射光谱以及圆二色光谱；建立“硫化氢浓度与上转换发光强度的关系曲线”和“硫化氢浓度与圆二色信号强度的关系曲线”，上转换发光强度的积分波长范围为500～700nm，圆二色信号强度由481nm和411nm两处圆二色信号相减得到；

10、(6)向步骤(4)制备的本发明所述的手性复合纳米探针ucnps/cuxos@zif中加入1ml未知浓度的硫化氢水溶液，得到2ml的待测溶液；将待测溶液在室温下反应10～20分钟，然后分别测定待测溶液的上转换发射光谱以及圆二色光谱；将上转换荧光强度以及圆二色信号强度分别代入“硫化氢浓度与上转换发光荧光强度的关系曲线”和“硫化氢浓度与圆二色信号强度的关系曲线”，从而计算得到硫化氢的浓度。

11、本发明所述的一种用于硫化氢双信号传感的高选择性、高灵敏度手性复合纳米探针，其是由上述方法制备得到。

12、工作原理：

13、本发明利用cuxos纳米粒子提供圆二色信号同时猝灭naybf4@nayf4:yb,er在980nm激发光激发下产生的上转换发光，硫化氢会还原cuxos使圆二色信号减弱同时荧光恢复，根据圆二色信号强度以及上转换发光强度变化与硫化氢浓度的线性关系来定量检测硫化氢。

14、本发明制备的用于硫化氢高选择性、高灵敏度双信号传感的手性复合纳米探针ucnps/cuxos@zif-8具有以下优点：

15、1.所设计的naybf4@nayf4:20％yb3+，2％er3+的上转换纳米粒子通过在核中采用激活剂yb3+离子全掺杂(物质的量占比为100％)的方式来最大化收集近红外激发能，并通过将发光中心er3+离子限制在表层来缩短与外部cuxos受体之间的能量传递距离，从而最大限度地提高了能量传递效率。

16、2.作为能量受体的cuxos纳米粒子在猝灭上转换发光的同时，它本身具有的圆二色信号是一种强大的传感信号，具有无损细胞分析的潜力，同时具有高灵敏特性，提高了手性复合纳米探针的检测灵敏度。

17、3.引入了沸石型咪唑框架-8(zif-8)作为纳米探针的外壳包封上转换纳米粒子以及cuxos纳米粒子，提高了复合材料的稳固性，同时zif-8本身独特的筛选特性可以有效排除一些大分子干扰物(如谷胱甘肽、半胱氨酸和赖氨酸)，从而直接提高检测的特异性。