一种硅核双层量子点复合纳米材料及荧光标签的制备方法与应用

本发明属于检测，具体是涉及一种硅核双层量子点复合纳米材料及荧光标签的制备方法与应用。

背景技术：

1、农药和抗生素化学污染物广泛存在于全球农业领域。这些化学污染物使用不当或者过量会破坏生态环境，对人体健康产生潜在风险。多菌灵(carbendazim，cbz)是一种广谱杀菌剂，常用于农作物的病害防治。然而，长期摄入超量农药残留的食品能够直接对人体健康产生危害，如神经毒性、内分泌干扰和致癌风险。特别注意的是，cbz及其代谢产物在农作物上的残留可能被释放到环境中，如土壤和水体，破坏生态平衡。此外，卡那霉素(kanamycin，kan)广泛用于养殖业中预防和控制传染性细菌疾病。如果养殖场的废水或粪便未经适当处理，其中的抗生素可能会进入土壤或水源，从而导致农作物中存在抗生素残留。然而，kan在人体内积累会造成肾脏，听觉损害和过敏反应。因此，开发一种农作物和环境中的化学污染物进行快速，高灵敏，便宜的检测方法，对农业可持续发展和人类健康问题至关重要。

2、免疫层析试纸(ica)具有分析实时、操作简单、成本低等突出优点，已广泛应用于个人健康监测、临床疾病筛查、食品安全监管等。ica方法是一种典型的基于抗原-抗体特异性反应的免疫测定技术。ica可以在试纸条上设置两个测试区域，双模式可以实现多种物质的联合检测。然而，这种模式会降低目标物检测性能，可能存在灵敏度和精度不足的缺陷。传统的胶体金免疫层析法灵敏度底，缺乏定量能力，一般只能进行单一目标检测，不能满足现有的检测需求。值得注意的是，免疫层析的检测性能主要依赖于抗体特异性和信号标签两个因素。而现阶段构建一种高性能的信号标签从而提升灵敏度是一种常见的策略。

3、近些年，利用新的信号标签，如荧光、磁信号、化学发光和拉曼光谱，可以提高信号的强度和稳定性，从而增强检测的灵敏度。其中，量子点(qd)具有优异的荧光性能，同时具有较高的荧光亮度和稳定性，其对光的发射和吸收特性优于传统的有机染料。qd可以通过调整粒子大小和组成改变发射峰和颜色，使用多种颜色的量子点作为信号标签可以通过观察测试线上色调变化来定量灵敏度，而单色竞争型荧光ica检测区域只有亮度变化难以实现多目标小分子的高敏分析。不同颜色的量子点可以提供更多的信号通道，可以同时放大多个信号，从而增加检测信号的强度和可靠性。并且不同颜色的量子点具有独特的光谱特性，可以有效地避免信号重叠和互相干扰，提高免疫层析的特异性和准确性。此外，复合型纳米材料是制备高性能的信号标签的一种常用手段，从而具有多功能性、强化特性和高灵敏度等优势。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于如何提高视觉灵敏度和精确识别的硅核双层量子点复合纳米材料。

2、本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

3、本发明第一方面提供了一种硅核双层量子点复合纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)采用化学沉淀法制备sio2核心颗粒；将sio2核心颗粒加入到聚乙烯亚胺(pei)水溶液中，进行超声反应得到sio2-pei溶液；将羧基化量子点加入到sio2-pei溶液中，进行超声反应，获得硅核单层量子点复合纳米颗粒(sqds)；

5、(2)将sqds颗粒加入到pei溶液中，进行超声反应得到sqds-pei溶液；将羧基化量子点加入到sqds-pei溶液中，进行超声反应，得到硅核双层量子点复合纳米材料(sdqds)。

6、有益效果：sio2纳米微球具有良好分散性和稳定性，是一种成本低、制备简单、用于构建复合型纳米材料的优秀载体。不同颜色量子点可以吸附在sio2表面，从而提供比单个量子点粒子更强的荧光。

7、本发明在sio2纳米微球表面分别包裹不同颜色的双层量子点可以有效克服量子点荧光寿命短和在溶液中不稳定的缺点，本发明的sdqds纳米结构包含一个约200nm的sio2核和大量羧基化量子点形成的壳，与传统荧光微球相比具有更好的稳定性、更优越的分散性和更高的发光性能，并且不同荧光颜色的sdqds具有独特的光谱特性，有效避免信号重叠和互相干扰，大大提高了ica方法对卡那霉素和多菌灵的灵敏度。

8、优选的，所述步骤(1)和(2)的羧基化量子点的颜色相同，所述颜色为红色、绿色和蓝色。

9、优选的，所述羧基化量子点的颜色是红色，则得到的是红色硅核双层量子点复合纳米材料(red-sdqds)；所述羧基化量子点的颜色是绿色，则得到的是绿色硅核双层量子点复合纳米材料(green-sdqds)；所述羧基化量子点的颜色是蓝色，则得到的是蓝色硅核双层量子点复合纳米材料(blue-sdqds)。

10、优选的，所述步骤(1)中sio2核心颗粒的制备方法为将还原剂、去离子水依次加入到无水乙醇中搅拌均匀后，一次性加入正硅酸乙酯(teos)进行合成反应，待反应完成后离心收集产物，得到粒径为180-220nm的sio2核心颗粒。

11、优选的，所述还原剂为28％氨水。

12、优选的，所述正硅酸乙酯(teos)、28％氨水、去离子水、无水乙醇的体积比为4∶4∶6：100。

13、优选的，所述反应在室温下进行，时间为2-4h。

14、优选的，所述步骤(1)和(2)中pei的分子量为5000-80000，pei溶液的浓度为20-50mg/ml；所述羧基化量子点颗粒荧光发射波长范围为400-800nm；所述量子点溶液浓度为0.1-1nmol；所述超声时间为20-60min。

15、本发明第二方面提供上述制备方法制得红色、绿色、蓝色硅核双层量子点复合纳米材料。

16、本发明第三方面提供了使用上述sdqds制备荧光标签的方法，包括以下步骤：

17、(1)制备red-sdqds-bsa荧光标签

18、将red-sdqds溶液进行离心，沉淀物用2-吗啉乙磺酸缓冲液复溶，超声分散；加入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐水溶液和n-羟基硫代琥珀酰亚胺水溶液，进行超声反应，得到羧基活化的red-sdqds，再次进行离心，将沉淀物置于含有吐温-20的pbs缓冲液中，加入牛血清白蛋白，涡旋混合均匀，放置在恒温振荡仪上室温孵育后，进行离心，用含有吐温-20的pbs缓冲液洗涤，将沉淀物复溶在含有吐温-20的pbs缓冲液中，即得red-sdqds-bsa。

19、(2)制备卡那霉素和多菌灵的荧光标签

20、将green-sdqds和blue-sdqds溶液分别进行离心，其沉淀物用2-吗啉乙磺酸(mes)缓冲液复溶，超声分散；加入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐水溶液和n-羟基硫代琥珀酰亚胺水溶液，进行超声反应，得到羧基活化的green-sdqds和blue-sdqds，再次进行离心，将沉淀物置于含有吐温-20的pbs缓冲液中，向green-sdqds混合溶液中加入卡那霉素，向blue-sdqds混合溶液中加入多菌灵单克隆抗体，最后分别向其加入牛血清白蛋白进行离心，用含有吐温-20的pbs缓冲液洗涤，将沉淀物复溶在含有吐温-20的pbs缓冲液中，即得卡那霉素(green-sdqds-kan-mabs)和多菌灵的荧光标签(blue-sdqds-cbz-mabs)。

21、本发明第四方面提供了上述方法制备的荧光标签在荧光免疫层析试纸中的应用。

22、本发明第五方面提供上述应用的一种基于rgb色调变化检测卡那霉素和多菌灵的荧光免疫层析试纸条，所述荧光免疫层析试纸条由样品垫、硝酸纤维素(nc)膜、吸水垫依次粘贴在pvc底板上组成；所述nc膜在吸水垫向样品垫方向依次设有质控线c、检测线t1和检测线t2；所述质控线喷洒有羊抗鼠igg抗体；所述检测线t1喷洒有卡那霉素半抗原(kan-bsa)和red-sdqds-bsa混合溶液；所述检测线t2喷洒有多菌灵半抗原(cbz-bsa)和red-sdqds-bsa混合溶液。

23、优选的，所述羊抗鼠igg抗体的浓度为0.2-1mg/ml；所述red-sdqds-bsa浓度为1-3mg/ml；所述卡那霉素半抗原(kan-bsa)的浓度为0.8-1.2mg/ml；所述多菌灵半抗原(cbz-bsa)的浓度为0.1-0.5mg/ml。

24、优选的，所述羊抗鼠igg抗体的浓度为0.5mg/ml；所述red-sdqds-bsa浓度为2mg/ml；所述卡那霉素半抗原(kan-bsa)的浓度为1mg/ml；所述多菌灵半抗原(cbz-bsa)的浓度为0.2mg/ml。

25、有益效果：本发明提供了基于rgb色调变化检测卡那霉素和多菌灵的荧光免疫层析试纸条，以绿色、蓝色硅核双层量子点复合纳米材料(green、blue-sdqds)为荧光标签，红色硅核双层量子点复合纳米材料(red-sdqds)与目标小分子抗原混合喷洒在试纸条检测线上，建立了用户友好、超灵敏、定量检测农产品和环境样本中常见的农兽药卡那霉素和多菌灵的竞争型荧光免疫层析试纸条。

26、本发明提供一种基于rgb色调变化检测卡那霉素和多菌灵的ica模式，相比于单色荧光ica由深红色到浅红色的荧光强度变化更易于人眼观察，实现精确视觉识别和高灵敏度定量检测。

27、本发明的优点在于：

28、本发明的sdqds纳米结构包含一个约200nm的sio2核和大量羧基化量子点形成的壳，与传统荧光微球相比具有更好的稳定性、更优越的分散性和更高的发光性能，并且不同荧光颜色的sdqds具有独特的光谱特性，有效避免信号重叠和互相干扰，大大提高了ica方法对卡那霉素和多菌灵的灵敏度。

29、本发明提供了基于rgb色调变化检测卡那霉素和多菌灵的荧光免疫层析试纸条，以绿色、蓝色硅核双层量子点纳米球(green、blue-sdqds)为荧光探针，红色硅核双层量子点球(red-sdqds)与目标小分子半抗原混合喷洒在试纸条检测线上，建立了用户友好、超灵敏、定量检测农产品和环境样本中常见的农兽药卡那霉素和多菌灵的竞争型荧光免疫层析试纸条。

30、本发明提供一种基于rgb色调变化检测卡那霉素和多菌灵的ica模式，相比于单色竞争型荧光ica由深红色到浅红色的荧光强度变化更易于人眼观察，实现精确视觉识别和高灵敏度定量检测。