一种基于纳米卟啉荧光纸传感可视化检测咖啡因的方法与流程

本发明属于纳米材料制备及纸传感分析检测技术领域，具体涉及一种纳米卟啉可控制备及一种基于cdte量子点纸传感检测咖啡因的方法。

背景技术：

咖啡因是一种生物碱，主要存在于茶，咖啡，可可，可乐果和其他植物中，并广泛用作食品，饮料和医药领域的添加剂。适量摄入咖啡因可以提高人们的注意力和工作效率，但摄入过量会导致许多不良影响。茶叶的主要活性成分之一被发现是咖啡因，它在支气管肌松弛，中枢神经系统刺激，胃酸分泌和饮食等各种生理作用中起重要作用.但是，它可能引起呕吐。被认为是心血管疾病的危险因素.这就是为什么有许多研究开发可靠的咖啡因测定方法的原因。近年来，许多现代技术已被应用于咖啡因的分析，如紫外-可见分光光度法，超声波提取技术，高效液相色谱，近红外光谱仪等。然而，这些技术通常昂贵，复杂且耗时。在此，用于分析咖啡因的简单，快速，灵敏且低成本的分析技术是非常必要的。比色分析显示了解决有关问题的巨大前景，具有理论和技术上的简单性。因此，我们需要一种高效、简便、可靠的手段检测咖啡因。

技术实现要素：

本发明的目的之一是提供一种制备简单、反应条件温和的纳米卟啉制备方法；目的之二是提供一种基于cdte量子点荧光颜色可视化纸传感基底检测咖啡因的方法，不仅能快速、高灵敏度地检测咖啡因，而且能够实现免仪器现场即时检测。

为实现上述目的，本发明一种可视化纸传感检测咖啡因的方法，其特征在于，具体步骤如下：

(1)cdte量子点的合成

将二氯化镉和n-乙酰-l-半胱氨酸溶于纯水中混合均匀，然后依次加入亚碲酸钠溶液、硼氢化钠溶液，最后在的烘箱中反应后得到发荧光的cdte量子点；

(2)四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装体的合成

将四-(4-吡啶基)锌卟啉即卟啉溶于n,n-二甲基甲酰胺溶液中，得到四-(4-吡啶基)锌卟啉n,n-二甲基甲酰胺溶液，向十二烷基三甲基溴化铵水溶液中加入四-(4-吡啶基)锌卟啉n,n-二甲基甲酰胺溶液，超声、水浴陈化，得到四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装体即纳米卟啉；

(3)cdte量子点纸传感装置基底的制备

将cdte量子点滴加在滤纸圆片纸装置上，纸装置上的滤纸圆片吸收固定cdte量子点后即得cdte量子点纸传感装置基底；

(4)制作咖啡因标准比色卡

分别配制不同浓度的咖啡因和四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装体的混合溶液，将混合溶液依次滴加在cdte量子点纸传感装置基底上，在紫外暗箱中观察，混合溶液中不同浓度咖啡因与cdte量子点纸传感基底反应产生不同的颜色，对每个cdte量子点纸传感基底进行拍照，整理得到咖啡因标准比色卡；

(5)检测待测试样中的咖啡因浓度

将待测咖啡因试样和四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装体制成混合溶液滴加在cdte量子点纸传感基底上，cdte量子点纸传感基底对试样有颜色响应，对照步骤(4)得到的咖啡因标准比色卡得出试样中咖啡因的浓度。

作为优选方案，所述步骤(1)中将二氯化镉和n-乙酰-l-半胱氨酸的混合溶液ph调为8.0～8.5，烘箱温度控制为200～220℃，得到发射波长为640～660nm、发红色荧光的cdte量子点。

作为优选方案，所述步骤(1)中，n-乙酰-l-半胱氨酸、二氯化镉、亚碲酸钠的物质的量的比为：1.2～1.5:1:0.2作为优选方案，所述步骤(2)中，四-(4-吡啶基)锌卟啉与十二烷基三甲基溴化铵物质的量比为1:290～305。

作为优选方案，所述步骤(3)中，cdte量子点浓度为3～4μmol/l。

作为优选方案，所述步骤(3)中，所述步骤(2)中，cdte量子点滴加量为8～10ul，滤纸圆片纸装置为直径为4～6mm的圆形滤纸，将滴加了cdte量子点的纸传感基底置于36～39℃的烘箱中，烘5～7分钟。

作为优选方案，所述四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装体中纳米卟啉粒径为70～100nm的纳米球。

作为优选方案，所述步骤(4)和步骤(5)中四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装体的浓度相同，且为30～33μm。

作为优选方案，所述步骤(4)中混合溶液中咖啡因的浓度分别为1nm-1000nm中的梯度浓度。混合溶液中四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装体即纳米卟啉的浓度为31.2μm，进一步优选咖啡因的浓度分别依次为1000nm自组装体、500nm自组装体、100nm自组装体、50nm自组装体、10nm自组装体、1nm自组装体。

作为优选方案，所述步骤(4)中，将不同浓度咖啡因与cdte量子点纸传感基底反应产生不同颜色的照片导入图形处理软件提取图片中的彩色数值，利用彩色数值模拟出咖啡因标准比色结果。

本发明的方法或cdte量子点纸芯片基底可以检测咖啡因在纯样品及在西湖龙井茶叶水、细胞培养液、人血浆、新生牛血清复杂基质中的浓度。

本发明的优点在于：与现有咖啡因检测方法相比，本发明基于cdte量子点纸传感基底检测咖啡因的方法具有制备简单、可快速现场检测、成本低、响应速度快、灵敏度和选择性高的特点，而且cdte量子点纸传感基底对咖啡因具有特异性反应，可用于复杂基质水样品中咖啡因的检测。

附图说明

图1为本发明基于cdte量子点纸传感基底检测咖啡因的机理示意图；

图2为本发明可视化纸传感纳米卟啉荧光传感器中的四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装体的紫外可见光光谱，横坐标为波长，纵坐标为吸光度；

图3为本发明可视化纸传感纳米卟啉荧光传感器中的四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装体的透射式电子显微镜图片，其为纳米球；

图4为本发明cdte量子点纸传感基底检测咖啡因的可行性试验图；图4a为固定有cdte量子点纸传感基底的颜色为紫红色；图4b为向cdte量子点纸传感基底加入四-(4-吡啶基)锌纳米卟啉后颜色反应图为深蓝色；图4c为向cdte量子点纸传感基底加入咖啡因和四-(4-吡啶基)锌纳米卟啉混合溶液后颜色反应图为浅紫红色，4a～4c为图4a～4c的提取彩色数值得到的比色结果；

图5为本发明制备咖啡因的标准比色结果图，图5a～5f依次对应1nm、10nm、50nm、100nm、500nm、1000nm咖啡因产生的颜色，图5g为空白对照(纸传感基底的颜色)；图5a～5g为图5a～5g的提取彩色数值得到咖啡因的标准比色结果；图5a的颜色为深蓝色、图5b的颜色为蓝色、图5c的颜色为蓝紫色、图5d的颜色为浅紫色、图5e的颜色为深紫色、图5f的颜色为浅紫红色、图5g的颜色为紫红色。

图6为基于cdte量子点纸传感基底在西湖龙井茶叶复杂基质水溶液中检测咖啡因的比色结果图；图6a的颜色为蓝紫色、图6b的颜色为浅蓝紫色、图6c的颜色为紫色、图6d的颜色为浅紫红色、图6e的颜色为紫红色。

图7为基于cdte量子点纸传感基底在细胞培养液复杂基质水溶液中检测咖啡因的比色结果图；图7a的颜色为蓝色、图7b的颜色为蓝紫色、图7c的颜色为紫色、图7d的颜色为浅紫红色、图7e的颜色为紫红色。

图8为基于cdte量子点纸传感基底在人血浆复杂基质水溶液中检测咖啡因的比色结果图。图8a的颜色为深蓝色、图8b的颜色为蓝色、图8c的颜色为紫色、图8d的颜色为浅紫红色、图8e的颜色为紫红色。

图9为基于cdte量子点纸传感基底在新生牛血清复杂基质水溶液中检测咖啡因的比色结果图。图9a的颜色为深蓝色、图9b的颜色为蓝色、图9c的颜色为紫色、图9d的颜色为浅紫红色、图9e的颜色为紫红色。

图10为本发明基于cdte量子点纸传感基底检测咖啡因的特异性图；图10a-10g依次为茶碱、可可碱、腺嘌呤、次黄嘌呤、嘌呤、咖啡因、空白与四-(4-吡啶基)锌纳米卟啉混合后滴加在纸传感基底上的颜色反应图。图10a的颜色为蓝紫色、图10b的颜色为蓝色、图10c的颜色为蓝色、图10d的颜色为深蓝色、图10e的颜色为深蓝色、图10f的颜色为浅紫红色、图10g的颜色为深蓝色。

具体实施方式

为更好地理解本发明，以下将结合附图和具体实例对发明进行详细的说明。

为解决现有检测咖啡因技术中存在仪器操作复杂，分析时间长的问题，本发明提供一种基于cdte量子点纸传感基底检测咖啡因的方法，具体地说，本发明利用咖啡因和四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装体的混合溶液能使cdte量子点荧光颜色发生变化的原理，制备不同浓度咖啡因的标准比色结果，通过与标准比色结果进行对照颜色判断待测咖啡因的浓度。以下将通过具体的实施例来对本发明的利用自组装卟啉检测咖啡因的方法的优选方式进行详细地说明。

实施例1

基于cdte量子点纸传感基底检测纯咖啡因溶液的方法，包括步骤：

(1)cdte量子点的合成；

(1)cdte量子点的合成

将二氯化镉(0.1142g)和n-乙酰-l-半胱氨酸(0.098g)溶于40ml超纯水中，在常温、常压下搅拌15分钟后用氢氧化钠溶液将溶液ph调为8.2，然后充氮气冰浴搅拌20分钟，加入亚碲酸钠(0.0216g)，搅拌15分钟；再加入硼氢化钠(0.0113g)，搅拌15分钟，最后将此溶液放入反应釜中，在200℃的烘箱中反应55分钟，冷却至室温后得到发射波长为645nm、发红色光、浓度为7.138×10^-6mol·l^-1的cdte量子点。

(2)四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装体的合成

称量0.0032g四-(4-吡啶基)锌卟啉固体粉末溶于5mln,n-二甲基甲酰胺溶液中，得到浓度为9.356×10^-4mol·l^-1四-(4-吡啶基)锌卟啉n,n-二甲基甲酰胺溶液。将十二烷基三甲基溴化(0.0003g,0.02mol·l^-1)溶于14ml水溶液中，加入1ml四-(4-吡啶基)锌卟啉n,n-二甲基甲酰胺溶液，超声5-10min，70℃水浴加热陈化10-15min后得到一种非常稳定的绿色透明胶体溶液。得到6.237×10^-5mol·l^-1四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装体，如图2所示，其透射电子显微镜表征显示为粒径70～100nm的纳米球。

(3)cdte量子点纸传感基底的制备

用移液枪吸取10μlcdte量子点(3.569μm)分别滴加在3个直径为6mm的圆形滤纸上制成3个cdte量子点纸传感基底，将3个纸传感基底放置37℃烘箱烘5分钟左右至微微干，在365nm紫外暗箱中观察纸传感基底呈玫红色，拍照。

(4)制作纯咖啡因溶液标准比色卡

配制溶液1：1nm咖啡因和31.2μm四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装体的混合溶液；

溶液2：10nm咖啡因和31.2μm四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装体的混合溶液；

溶液3：50nm咖啡因和31.2μm四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装体的混合溶液；

溶液4：100nm咖啡因和31.2μm四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装体的混合溶液；

溶液5：500nm咖啡因和31.2μm四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装体的混合溶液；

溶液6：1000nm咖啡因和31.2μm四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装体的混合溶液；

用移液枪吸取10μl上述溶液1至6分别滴加在cdte量子点纸传感基底上，紫外暗箱中观察有不同的颜色变化，在365nm紫外暗箱中拍照并保存图片，将图片导入photoshop软件提取图片上的彩色数值rgb值，并用该数值模拟出彩色圆点得到咖啡因标准比色卡。

结合图5所示咖啡因标准比色卡，图5a～5f依次对应1nm、10nm、50nm、100nm、500nm、1000nm咖啡因产生的颜色，图5g为空白对照(纸传感基底的颜色)。

结合图1和图4所示，从图1可以看出四-(4-吡啶基)锌卟啉可猝灭cdte量子点荧光，咖啡因和四-(4-吡啶基)锌纳米卟啉的混合溶液能使cdte量子点荧光颜色发生变化的原理。如图4a为固定有cdte量子点的纸传感基底颜色；如图4b，向纸传感基底加入四-(4-吡啶基)锌纳米卟啉后cdte量子点的荧光猝灭由玫红色变为蓝色，如图4c，向纸传感基底加入咖啡因和四-(4-吡啶基)锌纳米卟啉混合溶液，由蓝色变为浅红色，而且随着混合溶液中咖啡因的浓度不同，纸传感基底的颜色也发生变化，如图5所示，混合溶液中咖啡因的浓度由1nm增加到1000nm，纸传感基底的颜色由蓝色变为紫红色，再变为浅玫红色，最后变为玫红色，达到纸上可视化检测咖啡因的效果。

实施例2

基于cdte量子点纸传感基底检测西湖龙井茶叶水试样中咖啡因的方法，包括步骤：

(1)cdte量子点的合成；

采用实施例1中步骤(1)的方法合成cdte量子点

(2)四-(4-吡啶基)锌自组装卟啉的合成

采用实施例1中步骤(2)的方法合成四-(4-吡啶基)锌纳米卟啉溶液。

(3)cdte量子点纸传感基底的制备

采用实施例1中步骤(3)的方法制备cdte纸传感器基底。

(4)咖啡因西湖龙井茶叶水试样溶液的配制

将都匀毛尖在80℃泡10min，将滤液稀释100倍作为溶剂配制不同浓度咖啡因

(5)制作茶叶水中咖啡因标准比色卡

配制溶液1：1nm咖啡因西湖龙井茶叶水试样和31.2μm四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装体的混合溶液；

溶液2：10nm咖啡因西湖龙井茶叶水试样和31.2μm四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装体的混合溶液；

溶液3：50nm咖啡因西湖龙井茶叶水试样和31.2μm四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装体的混合溶液；

溶液4：100nm咖啡因西湖龙井茶叶水试样和31.2μm四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装体的混合溶液；

溶液5：500nm咖啡因西湖龙井茶叶水试样和31.2μm四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装体的混合溶液；

溶液6：1000nm咖啡因西湖龙井茶叶水试样和31.2μm四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装体的混合溶液；

用移液枪吸取10μl上述溶液1至6分别滴加在cdte量子点纸传感基底上，紫外暗箱中观察有不同的颜色变化，在365nm紫外暗箱中拍照并保存图片，将图片导入photoshop软件提取图片上的彩色数值rgb值，并用该数值模拟出彩色圆点得到咖啡因标准比色卡。

实施例3

基于cdte量子点纸传感基底检测细胞培养液试样中咖啡因的方法，包括步骤：

(1)cdte量子点的合成；

采用实施例1中步骤(1)的方法合成cdte量子点

(2)四-(4-吡啶基)锌自组装卟啉的合成

采用实施例1中步骤(2)的方法合成四-(4-吡啶基)锌纳米卟啉溶液。

(3)cdte量子点纸传感基底的制备

采用实施例1中步骤(3)的方法制备cdte纸传感器基底。

(4)细胞培养液试样溶液的配制

将细胞培养液离心取上清液稀释100倍作为溶剂配制不同浓度咖啡因

(5)制作细胞培养液试样中咖啡因标准比色卡

配制溶液1：1nm咖啡因细胞培养液试样和31.2μm四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装体的混合溶液；

溶液2：10nm咖啡因细胞培养液试样和31.2μm四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装体的混合溶液；

溶液3：50nm咖啡因细胞培养液试样和31.2μm四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装体的混合溶液；

溶液4：100nm咖啡因细胞培养液试样和31.2μm四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装体的混合溶液；

溶液5：500nm咖啡因细胞培养液试样和31.2μm四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装体的混合溶液；

溶液6：1000nm咖啡因细胞培养液试样和31.2μm四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装体的混合溶液；

用移液枪吸取10μl上述溶液1至6分别滴加在cdte量子点纸传感基底上，紫外暗箱中观察有不同的颜色变化，在365nm紫外暗箱中拍照并保存图片，将图片导入photoshop软件提取图片上的彩色数值rgb值，并用该数值模拟出彩色圆点得到咖啡因标准比色卡。

实施例4

基于cdte量子点纸传感基底检测人血浆试样中咖啡因的方法，包括步骤：

(1)cdte量子点的合成；

采用实施例1中步骤(1)的方法合成cdte量子点

(2)四-(4-吡啶基)锌自组装卟啉的合成

采用实施例1中步骤(2)的方法合成四-(4-吡啶基)锌纳米卟啉溶液。

(3)cdte量子点纸传感基底的制备

采用实施例1中步骤(3)的方法制备cdte纸传感器基底。

(4)人血浆试样溶液的配制

将人血浆离心取上清液稀释100倍作为溶剂配制不同浓度咖啡因

(5)制作人血浆试样中咖啡因标准比色卡

配制溶液1：1nm咖啡因人血浆试样和31.2μm四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装体的混合溶液；

溶液2：10nm咖啡因人血浆试样和31.2μm四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装体的混合溶液；

溶液3：50nm咖啡因人血浆试样和31.2μm四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装体的混合溶液；

溶液4：100nm咖啡因人血浆试样和31.2μm四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装体的混合溶液；

溶液5：500nm咖啡因人血浆试样和31.2μm四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装体的混合溶液；

溶液6：1000nm咖啡因人血浆试样和31.2μm四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装体的混合溶液；

用移液枪吸取10μl上述溶液1至6分别滴加在cdte量子点纸传感基底上，紫外暗箱中观察有不同的颜色变化，在365nm紫外暗箱中拍照并保存图片，将图片导入photoshop软件提取图片上的彩色数值rgb值，并用该数值模拟出彩色圆点得到咖啡因标准比色卡。

实施例5

基于cdte量子点纸传感基底检测新生牛血清试样中咖啡因的方法，包括步骤：

(1)cdte量子点的合成；

采用实施例1中步骤(1)的方法合成cdte量子点

(2)四-(4-吡啶基)锌自组装卟啉的合成

采用实施例1中步骤(2)的方法合成四-(4-吡啶基)锌纳米卟啉溶液。

(3)cdte量子点纸传感基底的制备

采用实施例1中步骤(3)的方法制备cdte纸传感器基底。

(4)新生牛血清试样溶液的配制

将新生牛血清离心取上清液稀释100倍作为溶剂配制不同浓度咖啡因

(5)制作新生牛血清基质中咖啡因标准比色卡

配制溶液1：1nm咖啡因新生牛血清试样和31.2μm四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装体的混合溶液；

溶液2：10nm咖啡因新生牛血清试样和31.2μm四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装体的混合溶液；

溶液3：50nm咖啡因新生牛血清试样和31.2μm四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装体的混合溶液；

溶液4：100nm咖啡因新生牛血清试样和31.2μm四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装体的混合溶液；

溶液5：500nm咖啡因新生牛血清试样和31.2μm四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装体的混合溶液；

溶液6：1000nm咖啡因新生牛血清试样和31.2μm四-(4-吡啶基)锌卟啉自组装体的混合溶液；

用移液枪吸取10μl上述溶液1至6分别滴加在cdte量子点纸传感基底上，紫外暗箱中观察有不同的颜色变化，在365nm紫外暗箱中拍照并保存图片，将图片导入photoshop软件提取图片上的彩色数值rgb值，并用该数值模拟出彩色圆点得到咖啡因标准比色结果。

本发明所述的方法，相比传统以色谱发法测定咖啡因的方法有诸多优势，包括制备简单、反应条件温和，对咖啡因检测的灵敏度高、抗干扰能力强、响应良好，该可视化纸传感纳米卟啉荧光传感器在生物化学、食品、医药等领域具有实际的应用价值。

实施例1～5列举了基于cdte量子点纸传感基底检测咖啡因纯样品及在西湖龙井茶叶水、细胞培养液、人血浆、新生牛血清复杂基质中咖啡因的方法。

以上所述实施例仅表达了本发明的5种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。