一种铜离子荧光检测的纳米杂化材料及其制备方法、应用与流程

本发明涉及新型纳米诊疗剂，具体涉及一种用于铜离子荧光检测的纳米杂化材料及其制备方法、应用。

背景技术：

铜在自然界中通过大气、水、土壤、岩石和生物来进行循环，铜污染是环境污染的重要因素之一，主要来源为铜烟尘、废水、废渣。我国土壤平均含铜量为22mg/kg，洗铜矿废水含铜为250-500mg/l，饮用水的铜含量不超过1mg/l，健康人经尿液排泄的铜为10-50μg/d，成人正常情况下每日摄入2.5-5mg铜。

当铜离子在人体内积累过量时，会给人体带来诸多疾病，比如：肝硬化、menkes、wilson以及alzheimer等。此外，摄入过少会造成脑细胞中色素氧化酶数量及活性下降，人体表现为记忆衰退、思维紊乱、反应迟钝、运动失常等。因此，铜离子荧光检测在铜污染治理及效果跟踪上具有较好的应用前景，对环境保护及人类健康方面具有重要的科研价值。

荧光探针是指对目标物质有特异性识别功能，对目标物质响应后，通过荧光的变化(如荧光增强、减弱或者光谱移动等)直观地实现检测的一类物质。荧光探针具有即视性、灵敏度高、响应快以及毒性小等优点，可广泛应用于生物以及环境上的检测与成像。有机无机杂化荧光材料由于是由不同组分共同构建而成，通常会展现出不错的协同互补效果。因此，合成具有多功能的的复合材料对生命健康和环境检测方面具有重要的理论及实践意义。

技术实现要素：

本发明是针对现有技术中的不足，提供一种用于铜离子检测与分离的纳米材料及其制备方法，使检测具有高灵敏、专一选择性的特点，实现多功能的复合，拓宽荧光探针的应用范围。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种铜离子荧光检测的纳米杂化材料制备方法，其包括以下步骤：

(1)采用热裂解法合成fe3o4(四氧化三铁)；将合成的fe3o4分散于正己烷中，再转移至茄形瓶，旋转蒸发去除溶剂，称取固体产物的质量后，用正己烷超声分散均匀后，将fe3o4配置成30mg/ml的正己烷分散液，密封储存；

(2)采用反相微乳液法合成实心硅结构；称取步骤(1)中的fe3o4，称取量为250-500μl，用环己烷分散液稀释至10-20ml，再加入250-500μl的co-520(表面活性剂)，密封搅拌30min；

(3)称取10-20μl的teos，用90-180μl环己烷分散液稀释，再将步骤(2)所得混合液加入，密封搅拌30min；

(4)向步骤(3)所的混合液中加入40-80μl的浓氨水(33wt％)，密封搅拌20h；

(5)将步骤(4)所得产物，用乙醇进行离心洗涤3-6次，离心洗涤后分散于5-10ml乙醇中，在4℃下进行密封存储；

(6)称取1-2ml步骤(5)所得产物的乙醇分散液，离心1-2次得到固体后，分散于1-2ml甲苯，再离心1-2次得固体，将固体产物分散于20-40ml甲苯中，在氩气氛围下，升温至80-90℃，在冷凝回流过程中保持匀速搅拌；

(7)向步骤(6)所的混合液中加入20-40μl的3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷，在氩气氛围下，升温至100-115℃，反应20-24h；

(8)称取60-80mg的dfpp-rhb，将dfpp-rhb分散于1-2ml甲苯中，再将其加入至步骤(7)所得混合液中，避光处理后，在100-115℃氩气氛围下，回流20-24h，再乙醇离心洗涤1-2次后，用乙醇分散均匀，再磁分离出固体产物，重复乙醇步骤和磁分离的步骤3-6次，得到固体产物，得到固体产物分散于5-10ml乙醇中，在4℃下密封存储。

一种铜离子荧光检测的纳米杂化材料制备方法，其包括以下步骤：

(1)采用热裂解法合成fe3o4(四氧化三铁)；将合成的fe3o4分散于正己烷中，再转移至茄形瓶，旋转蒸发去除溶剂，称取固体产物的质量后，用正己烷超声分散均匀后，将fe3o4配置成30mg/ml的正己烷分散液，密封储存；

(2)采用水热法合成介孔硅结构；将0.1～0.2g的ctab(十六烷基三甲基溴化铵)在磁力搅拌下，溶解于20～30ml的去离子水中，其中去离子水稳定为50℃～60℃；

(3)称取步骤(1)中的fe3o4，fe3o4的称取量为1-2ml，加入至步骤(2)中的混合液，在25℃磁力搅拌8-10h；

(4)称取步骤(3)的产物，称取量为20ml，并在其中依次加至20ml水，30ml乙醇，150ml的naoh；

(5)将步骤(4)混合液升温至70-75℃，再加入200-400μl的teos，回流2h；

(6)将步骤(5)所得产物，离心取固体分散于5-15ml乙醇中，用乙醇离心洗涤固体产物5次后，分散于20-40ml乙醇中于4℃下密封存储；

(7)采用离子交换法去除模板剂ctab，将1.2-2.4gnh4no3溶解于40-80ml乙醇中，加至10-20ml步骤(6)所得产物中，混合均匀后加入45-90ml乙醇，60℃下高速搅拌回流2h；

(8)冷却30min后，用乙醇离心洗涤步骤(7)所得产物，最终得固体分散于5-10ml乙醇中于4℃下密封存储；

(9)取1-2ml步骤(8)所得产物，离心后将固体产物分散于20-40ml甲苯中，使混合液于真空条件下除氧30-60min，然后在氩气氛围下升温至80℃，在冷凝回流过程中保持匀速搅拌；

(10)向步骤(9)的混合液中加入30-50μ-l的l3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷，在氩气氛围下升温至110℃，反应24h；

(11)在氩气氛围中，使步骤(10)中的混合液冷却至40℃，之后使混合液于真空条件下排除气体1h；

(12)取dfpp-rhb80mg，分散于1ml甲苯中，将其加入至步骤(11)的混合液中，避光处理后，匀速搅拌30min，升温至110℃，于氩气氛围下回流24h；

(13)待步骤(12)所得产物于氩气氛围下冷却至50℃以下，用乙醇离心洗涤产物1次，再用乙醇分散均匀，磁分离出固体产物，重复乙醇-磁分离的步骤3-5次，得到的固体产物分散于5ml乙醇中，4℃下密封存储。

一种铜离子荧光检测的纳米杂化材料，该纳米杂化材料以粒径小于10nm的超顺磁性fe3o4为内核，外表包覆二氧化硅薄层，通过共价键嫁接上罗丹明衍生物(dfpp-rhb)，得到粒径均一，结构稳定的杂化纳米探针。

一种铜离子荧光检测的纳米杂化材料的应用，该纳米杂化材料应用于cu²⁺浓度的检测及cu²⁺的磁分离、cu²⁺的识别与标记及捕获并去除cu²⁺。

本发明的优点在于：

(1)磁性：本发明合成的材料具有超顺磁性，在水相中能快速响应，实现铜离子的分离与富集(2)检测：本发明合成的材料与铜离子专一性响应，检测线达到1.68nm，通过配位作用捕获铜离子。

本材料以粒径小于10nm的超顺磁性fe3o4为内核，外表包覆二氧化硅薄层，通过共价键嫁接上罗丹明衍生物后，实现铜离子的检测捕获与分离。

为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对其进行详细说明。

附图说明

图1是fe3o4@sio2的tem图；

图2是fe3o4@sio2@dye的竞争实验图；

图3是fe3o4@sio2@dye的浓度滴定图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例提供铜离子荧光检测的纳米杂化材料制备方法，其包括以下步骤：

(1)采用热裂解法合成fe3o4(四氧化三铁)；将合成的fe3o4分散于正己烷中，再转移至茄形瓶，旋转蒸发去除溶剂，称取固体产物的质量后，用正己烷超声分散均匀后，将fe3o4配置成30mg/ml的正己烷分散液，密封储存；

(2)采用反相微乳液法合成实心硅结构；称取步骤(1)中的fe3o4，称取量为250-500μl，用环己烷分散液稀释至10-20ml，再加入250-500μl的co-520(表面活性剂)，密封搅拌30min；

(3)称取10-20μl的teos，用90-180μl环己烷分散液稀释，再将步骤(2)所得混合液加入，密封搅拌30min；

(4)向步骤(3)所的混合液中加入40-80μl的浓氨水(33wt％)，密封搅拌20h；

(5)将步骤(4)所得产物，用乙醇进行离心洗涤1-2次，离心洗涤后分散于5-10ml乙醇中，在4℃下进行密封存储；

(6)称取1-2ml步骤(5)所得产物的乙醇分散液，离心1-2次得到固体后，分散于1-2ml甲苯，再离心1-2次得固体，将固体产物分散于20-40ml甲苯中，在氩气氛围下，升温至80-90℃，在冷凝回流过程中保持匀速搅拌；

(7)向步骤(6)所的混合液中加入20-40μl的3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷，在氩气氛围下，升温至100-115℃，反应20-24h；

(8)称取60-80mg的dfpp-rhb，将dfpp-rhb分散于1-2ml甲苯中，再将其加入至步骤(7)所得混合液中，避光处理后，在100-115℃氩气氛围下，回流20-24h，再乙醇离心洗涤1-2次后，用乙醇分散均匀，再磁分离出固体产物，重复乙醇步骤和磁分离的步骤3-6次，得到固体产物，得到固体产物分散于5-10ml乙醇中，在4℃下密封存储。

一种铜离子荧光检测的纳米杂化材料制备方法，其包括以下步骤：

(1)采用热裂解法合成fe3o4(四氧化三铁)；将合成的fe3o4分散于正己烷中，再转移至茄形瓶，旋转蒸发去除溶剂，称取固体产物的质量后，用正己烷超声分散均匀后，将fe3o4配置成30mg/ml的正己烷分散液，密封储存；

(2)采用水热法合成介孔硅结构；将0.1～0.2g的ctab(十六烷基三甲基溴化铵)在磁力搅拌下，溶解于20～30ml的去离子水中，其中去离子水稳定为50℃～60℃；

(3)称取步骤(1)中的fe3o4，fe3o4的称取量为1-2ml，加入至步骤(2)中的混合液，在25℃磁力搅拌8-10h；

(4)称取步骤(3)的产物，称取量为20ml，并在其中依次加至20ml水，30ml乙醇，150ml的naoh；

(5)将步骤(4)混合液升温至70-75℃，再加入200-400μl的teos，回流2h；

(6)将步骤(5)所得产物，离心取固体分散于5-15ml乙醇中，用乙醇离心洗涤固体产物5次后，分散于20-40ml乙醇中于4℃下密封存储；

(7)采用离子交换法去除模板剂ctab，将1.2-2.4gnh4no3溶解于40-80ml乙醇中，加至10-20ml步骤(6)所得产物中，混合均匀后加入45-90ml乙醇，60℃下高速搅拌回流2h；

(8)冷却30min后，用乙醇离心洗涤步骤(7)所得产物，最终得固体分散于5-10ml乙醇中于4℃下密封存储；

(9)取1-2ml步骤(8)所得产物，离心后将固体产物分散于20-40ml甲苯中，使混合液于真空条件下除氧30-60min，然后在氩气氛围下升温至80℃，在冷凝回流过程中保持匀速搅拌；

(10)向步骤(9)的混合液中加入30-50μl的l3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷，在氩气氛围下升温至110℃，反应24h；

(11)在氩气氛围中，使步骤(10)中的混合液冷却至40℃，之后使混合液于真空条件下排除气体1h；

(12)取80-100mg的dfpp-rhb，分散于1ml甲苯中，将其加入至步骤(11)的混合液中，避光处理后，匀速搅拌30min，升温至110℃，于氩气氛围下回流24h；

(13)待步骤(12)所得产物于氩气氛围下冷却至50℃以下，用乙醇离心洗涤产物1次，再用乙醇分散均匀，磁分离出固体产物，重复乙醇-磁分离的步骤3-5次，得到的固体产物分散于5ml乙醇中，4℃下密封存储。

一种铜离子荧光检测的纳米杂化材料，该纳米离子探针以粒径小于10nm的超顺磁性fe3o4为内核，外表包覆二氧化硅薄层，通过共价键嫁接上罗丹明衍生物(dfpp-rhb)，得到粒径均一，结构稳定的杂化纳米探针。

一种铜离子荧光检测的纳米杂化材料的应用，该纳米杂化探针应用于cu²⁺浓度的检测及cu²⁺的磁分离、cu²⁺的识别与标记及捕获并去除cu²⁺。

实施例2

本实施例提供铜离子荧光检测的纳米杂化材料制备方法，其包括以下步骤：

(1)采用热裂解法合成fe3o4(四氧化三铁)；将合成的fe3o4分散于正己烷中，再转移至茄形瓶，旋转蒸发去除溶剂，称取固体产物的质量后，用正己烷超声分散均匀后，将fe3o4配置成30mg/ml的正己烷分散液，密封储存；

(2)采用反相微乳液法合成实心硅结构；称取步骤(1)中的fe3o4，称取量为250μl，用环己烷分散液稀释至10ml，再加入250μl的co-520(表面活性剂)，密封搅拌30min；

(3)称取10μl的teos，用90μl环己烷分散液稀释，再将步骤(2)所得混合液加入，密封搅拌30min；

(4)向步骤(3)所的混合液中加入40μl的浓氨水(33wt％)，密封搅拌20h；

(5)将步骤(4)所得产物，用乙醇进行离心洗涤3-6次，离心洗涤后分散于5ml乙醇中，在4℃下进行密封存储；

(6)称取1ml步骤(5)所得产物的乙醇分散液，离心1-2次得到固体后，分散于1-2ml甲苯，再离心1-2次得固体，将固体产物分散于20-40ml甲苯中，在氩气氛围下，升温至80℃，在冷凝回流过程中保持匀速搅拌；

(7)向步骤(6)所的混合液中加入20μl的3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷，在氩气氛围下，升温至110℃，反应24h；

(8)称取60mg的dfpp-rhb，将dfpp-rhb分散于1ml甲苯中，再将其加入至步骤(7)所得混合液中，避光处理后，在110℃氩气氛围下，回流24h，再乙醇离心洗涤1次后，用乙醇分散均匀，再磁分离出固体产物，重复乙醇步骤和磁分离的步骤3次，得到固体产物，得到固体产物分散于5ml乙醇中，在4℃下密封存储。

实施例3

本实施例提供铜离子荧光检测的纳米杂化材料制备方法，其包括以下步骤：

(1)采用热裂解法合成fe3o4(四氧化三铁)；将合成的fe3o4分散于正己烷中，再转移至茄形瓶，旋转蒸发去除溶剂，称取固体产物的质量后，用正己烷超声分散均匀后，将fe3o4配置成30mg/ml的正己烷分散液，密封储存；

(2)采用反相微乳液法合成实心硅结构；称取步骤(1)中的fe3o4，称取量为500μl，用环己烷分散液稀释至20ml，再加入500μl的co-520(表面活性剂)，密封搅拌30min；

(3)称取20μl的teos，用180μl环己烷分散液稀释，再将步骤(2)所得混合液加入，密封搅拌30min；

(4)向步骤(3)所的混合液中加入80μl的浓氨水(33wt％),密封搅拌20h；

(5)将步骤(4)所得产物，用乙醇进行离心洗涤3-6次，离心洗涤后分散于10ml乙醇中，在4℃下进行密封存储；

(6)称取2ml步骤(5)所得产物的乙醇分散液，离心1-2次得到固体后，分散于1-2ml甲苯，再离心1-2次得固体，将固体产物分散于20-40ml甲苯中，在氩气氛围下，升温至90℃，在冷凝回流过程中保持匀速搅拌；

(7)向步骤(6)所的混合液中加入40μl的3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷，在氩气氛围下，升温至115℃，反应24h；

(8)称取80mg的dfpp-rhb，将dfpp-rhb分散于2ml甲苯中，再将其加入至步骤(7)所得混合液中，避光处理后，在115℃氩气氛围下，回流24h，再乙醇离心洗涤2次后，用乙醇分散均匀，再磁分离出固体产物，重复乙醇步骤和磁分离的步骤3-次，得到固体产物，得到固体产物分散于10ml乙醇中，在4℃下密封存储。

实施例4

本实施例提供铜离子荧光检测的纳米杂化材料制备方法，其包括以下步骤：

(1)采用热裂解法合成fe3o4(四氧化三铁)；将合成的fe3o4分散于正己烷中，再转移至茄形瓶，旋转蒸发去除溶剂，称取固体产物的质量后，用正己烷超声分散均匀后，将fe3o4配置成30mg/ml的正己烷分散液，密封储存；

(2)采用水热法合成介孔硅结构；将0.1g的ctab(十六烷基三甲基溴化铵)在磁力搅拌下，溶解于20ml的去离子水中，其中去离子水稳定为50℃℃；

(3)称取步骤(1)中的fe3o4，fe3o4的称取量为1ml，加入至步骤(2)中的混合液，在25℃磁力搅拌8-10h；

(4)称取步骤(3)的产物，称取量为20ml，并在其中依次加至20ml水，30ml乙醇，150ml的naoh；

(5)将步骤(4)混合液升温至70℃，再加入200μl的teos，回流2h；

(6)将步骤(5)所得产物，离心取固体分散于5ml乙醇中，用乙醇离心洗涤固体产物5次后，分散于20ml乙醇中于4℃下密封存储；

(7)采用离子交换法去除模板剂ctab，将1.2gnh4no3溶解于40ml乙醇中，加至10ml步骤(6)所得产物中，混合均匀后加入45ml乙醇，60℃下高速搅拌回流2h；

(8)冷却30min后，用乙醇离心洗涤步骤(7)所得产物，最终得固体分散于5ml乙醇中于4℃下密封存储；

(9)取1ml步骤(8)所得产物，离心后将固体产物分散于20ml甲苯中，使混合液于真空条件下除氧30min，然后在氩气氛围下升温至80℃，在冷凝回流过程中保持匀速搅拌；

(10)向步骤(9)的混合液中加入30μ-l的l3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷，在氩气氛围下升温至110℃，反应24h；

(11)在氩气氛围中，使步骤(10)中的混合液冷却至40℃，之后使混合液于真空条件下排除气体1h；

(12)取80mg的dfpp-rhb，分散于1ml甲苯中，将其加入至步骤(11)的混合液中，避光处理后，匀速搅拌30min，升温至110℃，于氩气氛围下回流24h；

(13)待步骤(12)所得产物于氩气氛围下冷却至50℃以下，用乙醇离心洗涤产物1次，再用乙醇分散均匀，磁分离出固体产物，重复乙醇-磁分离的步骤5次，得到的固体产物分散于5ml乙醇中，4℃下密封存储。

实施例5

本实施例提供铜离子荧光检测的纳米杂化材料制备方法，其包括以下步骤：

(1)采用热裂解法合成fe3o4(四氧化三铁)；将合成的fe3o4分散于正己烷中，再转移至茄形瓶，旋转蒸发去除溶剂，称取固体产物的质量后，用正己烷超声分散均匀后，将fe3o4配置成30mg/ml的正己烷分散液，密封储存；

(2)采用水热法合成介孔硅结构；将0.2g的ctab(十六烷基三甲基溴化铵)在磁力搅拌下，溶解于30ml的去离子水中，其中去离子水稳定为60℃；

(3)称取步骤(1)中的fe3o4，fe3o4的称取量为2ml，加入至步骤(2)中的混合液，在25℃磁力搅拌8-10h；

(4)称取步骤(3)的产物，称取量为20ml，并在其中依次加至20ml水，30ml乙醇，150ml的naoh；

(5)将步骤(4)混合液升温至75℃，再加入400μl的teos，回流2h；

(6)将步骤(5)所得产物，离心取固体分散于15ml乙醇中，用乙醇离心洗涤固体产物5次后，分散于40ml乙醇中于4℃下密封存储；

(7)采用离子交换法去除模板剂ctab，将2.4gnh4no3溶解于80ml乙醇中，加至20ml步骤(6)所得产物中，混合均匀后加入90ml乙醇，60℃下高速搅拌回流2h；

(8)冷却30min后，用乙醇离心洗涤步骤(7)所得产物，最终得固体分散于10ml乙醇中于4℃下密封存储；

(9)取2ml步骤(8)所得产物的乙醇分散液，离心1-2次得到固体后，分散于1-2ml甲苯，再离心1-2次得固体，将固体产物分散于40ml甲苯中使混合液于真空条件下除氧60min，然后在氩气氛围下升温至80℃，在冷凝回流过程中保持匀速搅拌；

(10)向步骤(9)的混合液中加入50μl的l3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷，在氩气氛围下升温至110℃，反应24h；

(11)在氩气氛围中，使步骤(10)中的混合液冷却至40℃，之后使混合液于真空条件下排除气体1h；

(12)取100mg的dfpp-rhb，分散于1ml甲苯中，将其加入至步骤(11)的混合液中，避光处理后，匀速搅拌30min，升温至110℃，于氩气氛围下回流24h；

(13)待步骤(12)所得产物于氩气氛围下冷却至室温50℃以下，用乙醇离心洗涤产物1次，再用乙醇分散均匀，磁分离出固体产物，重复乙醇-磁分离的步骤5次，得到的固体产物分散于5ml乙醇中，4℃下密封存储。

本发明的设计重点：将罗丹明衍生物修饰到sio2包裹的四氧化三铁纳米粒子表面，得到粒径均一，结构稳定的杂化纳米探针，应用于cu²⁺浓度的检测及cu²⁺的磁分离，使杂化纳米探针不仅可以应用于cu²⁺的识别与标记，也可以捕获并去除cu²⁺。罗丹明衍生物具有高的吸光度、很好的量子产率以及光稳定性等优点；超顺磁性的fe3o4，粒径均一、单分散性好、稳定性好、磁响应性好，适合应用于快速磁性富集和磁性分离，而磁分离的方法简单可行，处理效率高。硅材料具有很好的亲水性、化学稳定性、生物相容性好、光学透明等优点，介孔材料普遍有着大的比表面剂，易调控的孔径，易功能化。此杂化探针具有化学稳定性好、合成简单、对cu²⁺选择性好和单一响应，并且可荧光和颜色肉眼可见等优点。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。故凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明之形状、构造及原理所作的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。