基于类Strecker法合成异吲哚并结合碲化镉量子点的荧光纳米传感器及其应用

基于类strecker法合成异吲哚并结合碲化镉量子点的荧光纳米传感器及其应用
技术领域
1.本发明属于农残检测及食品安全领域，具体涉及一种基于类strecker法合成异吲哚并结合碲化镉量子点的荧光纳米传感器及其在氨基甲酸酯农药残留检测中的应用。


背景技术：

2.氨基甲酸酯类农药(carbamate pesticides)是目前我国使用最多的农药，且一部分被明确禁止使用在蔬菜、瓜果上。由于该类农药在进入生物体后会与乙酰胆碱酶结合，造成生物体神经传导中的乙酰胆碱无法水解而过度积累，致使神经亢奋，继而出现中毒症状，严重者直接死亡。因此，如何快速定量检测氨基甲酸酯农残具有重要的意义。
3.荧光检测法具有反应快、简单、灵敏度高，是检测氨基甲酸酯农残的有力工具。然而，目前大多数用于氨基甲酸酯农药检测的荧光传感器是基于酶抑制作用，其在检测条件、时间、成本等方面具有一定的短板；一些特殊的实际检测环境对检测结果有干扰作用，造成检测结果呈假阳性或假阴性。而且，大多数定量荧光检测方法需要专业的技术人员和昂贵、复杂且沉重的仪器，难于实行现场检测。因此，迫切需要便携、快速、现场、经济有效的检测技术。


技术实现要素：

4.本发明为了克服上述现有技术的不足，提供了一种基于类strecker法合成异吲哚并结合碲化镉量子点的荧光纳米传感器及其在氨基甲酸酯农药残留检测中的应用。本发明荧光纳米传感器用于定量检测氨基甲酸酯农药残留时，具有选择性高、灵敏度高、可视化定量检测等优点。
5.本发明基于类strecker法合成异吲哚并结合碲化镉量子点的荧光纳米传感器，是由2，3-萘二甲醛、亚硫酸钾作为探针溶液，并结合碲化镉量子点构成的复合体系。
6.所述复合体系中，2，3-萘二甲醛、亚硫酸钾与碲化镉量子点的摩尔浓度比为3750:21875:1。
7.所述荧光纳米传感器是通过包括如下步骤的方法制备获得：
8.步骤1：碲化镉量子点溶液制备
9.1a、首先，将碲粉(31.9mg，0.25mm)和0.1g nabh4(快速称量)加入10ml双颈烧瓶中，在氮气气氛下冰浴，然后注入2ml厌氧水；在氮气气氛下搅拌6h后，溶液颜色变为浅红色，形成nahte前驱体；
10.1b、将cdcl2·
2.5h2o(228.4mg，1mmol)溶解在125ml超纯水中，然后注入210μl mpa(2.5mol)中，并用1.0m naoh将ph值调节至9，在搅拌并鼓泡氮气30分钟以除去溶解氧的情况下形成镉前驱体；
11.1c、向nahte前驱体溶液中注入10ml稀硫酸(6.2m)，立即产生气态h2te，通过流动的氮气将气态h2te带入镉前驱体溶液中，溶液混合物(最终摩尔比：cd
2+
/te
2-/mpa＝1:0.25:
2.5)从无色变为浅橙色，表明形成了cdte量子点的成核；然后将混合物在h2te气体完全起泡的情况下保持搅拌15分钟，cdte qds前驱体在100℃下回流反应48小时，得到红色cdte qds粗品；cdte qds粗品溶液通过超滤纯化以去除过量的硫醇前体、游离镉离子和副产物，由此制得碲化镉量子点。
12.步骤2：比率荧光探针溶液的制备
13.将100μl的2，3-萘二甲醛溶液(0.12mm)和100μl的亚硫酸钾溶液(0.70mm，亚硫酸钾水溶液应现配现用)混合并搅拌均匀，随后加入20μl碲化镉量子点溶液(0.16μm)，再加入2mlpbs水溶液(ph为9)，在室温下用磁力搅拌器匀速作用2分钟，即为荧光纳米传感器。
14.本发明荧光纳米传感器的应用，是用于制备检测氨基甲酸酯农药残留的检测试剂。
15.包括如下步骤：
16.将比率荧光探针溶液取出，记录原始亮红色荧光强度值(640nm)。向比率荧光探针体系中分别加入不同浓度的氨基甲酸酯农药溶液，搅拌均匀，计算氨基甲酸酯农药最终浓度为0.1、0.25、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5μm(在该体系下，2，3-萘二甲醛、亚硫酸钾与碲化镉量子点的摩尔浓度比为3750:21875:1)，在室温下反应8min，用365nm激发光记录探针溶液在400-800nm范围内的荧光光谱，通过建立荧光强度与氨基甲酸酯农药浓度之间的关系，实现氨基甲酸酯农药的定量检测，同时借助紫外灯下可呈现一系列不同荧光强度的变化，实现可视化检测。
17.所述365nm激发光对传感器荧光的激发应为探针溶液的最佳激发状态。
18.进一步地，可以将本发明比率荧光探针结合智能手机构建检测平台，用于氨基甲酸酯农药的检测，使检测过程更加便携和经济。
19.该智能手机检测平台包括多孔板、暗腔、365nm紫外灯和智能手机(如iphone 13)。
20.对于智能手机检测平台的操作，首先，将复合荧光纳米探针溶液加入到多孔板中，然后加入不同浓度的氨基甲酸酯农药溶液，在黑暗环境下通过智能手机获取荧光图像，并进一步分解为rgb值，通过安装颜色识别应用软件(app)实现定量检测。
21.所述智能手机检测平台的定量检测，是通过颜色分析软件中的g和r的强度的比值得到。
22.所述智能手机检测平台的定量检测，颜色读取位点数量为3个，读取结果取平均值。
23.本发明中比率荧光探针检测氨基甲酸酯农药的原理是基于荧光打开策略，具体地说是由于2，3-萘二甲醛、亚硫酸钾与氨基甲酸酯之间的相互作用产生了一种异吲哚衍生物，这种异吲哚衍生物具有良好的绿色荧光性质，当用于检测氨基甲酸酯农药时，2，3-萘二甲醛、亚硫酸钾与氨基甲酸酯之间快速的相互作用导致绿色荧光逐渐打开，通过建立荧光强度与氨基甲酸酯农药浓度的关系可实现对氨基甲酸酯农药的定量检测。
24.本发明中，不断增加氨基甲酸酯农药浓度，基于类strecker吲哚合成法导致绿色荧光的打开，在紫外灯下呈现一系列荧光强度的变化，从而可实现对氨基甲酸酯农药的可视化检测。
25.相对于现有的检测技术，本发明的有益效果体现在：
26.1、本发明利用2，3-萘二甲醛、亚硫酸钾与氨基甲酸酯之间发生的类strecker吲哚
合成法产生的异吲哚物质作为氨基甲酸酯农残的荧光检测信号，基于荧光打开策略，显示出了明显的荧光强度变化，实现了可视化检测。
27.2、本发明荧光探针溶液在荧光光谱仪上对氨基甲酸酯农残的检测限为18.6nm，低于氨基甲酸酯农药残留允许限。
28.3、本发明采用商业购买的2，3-萘二甲醛和亚硫酸钾，省略了复杂的制备过程。
29.4、通过引入智能手机检测平台，在一定程度上可避免使用大型仪器，仅需要一个便携式紫外灯即可实现荧光纳米传感器实时/现场目视定量检测氨基甲酸酯农残，使检测过程便携、快速且成本低廉。
30.5、本发明制备的2，3-萘二甲醛、亚硫酸钾的荧光打开型体系对氨基甲酸酯农药具有良好的选择性和灵敏性，能够有效地避免其他杂质的干扰，响应快速。
附图说明
31.图1是碲化镉量子点的透射电镜图。
32.图2是加入2，3-萘二甲醛、亚硫酸钾和氨基甲酸酯农残后碲化镉量子点的透射电镜图。
33.图3(a)是不同浓度氨基甲酸酯农药对2，3-萘二甲醛、亚硫酸钾和碲化镉量子点混合体系的荧光图谱及颜色变化图。随着氨基甲酸酯农药浓度的增加(从左到右依次为0.1、0.25、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5μm)，溶液荧光逐渐由亮红色转变为绿色荧光；(b)是2，3-萘二甲醛、亚硫酸钾和碲化镉量子点混合体系的荧光强度比值与氨基甲酸酯农药浓度之间关系图，插图是相关色度。
34.图4是智能手机检测平台操作示意图(a)以及rgb值与氨基甲酸酯农药浓度之间的线性相关性关系图(b)。
35.图5为荧光探针选择性和干扰性图(a)以及相对应的探针溶液荧光颜色变化呈现(b)。
具体实施方式
36.以下结合附图和具体实施例来对本发明的技术方案作进一步说明：
37.实施例1：
38.1、碲化镉量子点溶液制备
39.首先，将碲粉(31.9mg，0.25mm)和0.1gnabh4(快速称量)加入10ml双颈烧瓶中，在氮气气氛下冰浴，然后注入2ml厌氧水。在氮气气氛下搅拌6h后，溶液颜色变为浅红色，形成nahte前驱体；
40.此外，将cdcl2·
2.5h2o(228.4mg，1mmol)溶解在125ml超纯水中，然后注入210μl mpa(2.5mol)，并用1.0m naoh将ph值调节至9。在搅拌和鼓泡氮气30分钟以除去溶解氧的情况下形成镉前体；
41.当向nahte前驱体溶液中注入10ml稀硫酸时(6.2m)，立即产生气态(h2te)，通过流动的氮气将其带入镉前驱体溶液中，溶液混合物(最终摩尔比：cd
2+
/te
2-/mpa＝1:0.25:2.5)从无色变为浅橙色，表明形成了cdte量子点的成核。然后将混合物在h2te气体完全起泡的情况下保持搅拌15分钟。cdte qds前驱体在100℃下回流约48小时，得到粗红色
cdteqds；粗cdte qds溶液通过超滤纯化以去除过量的硫醇前体、游离镉离子和副产物，由此制得待用的碲化镉量子点。
42.2、比率荧光探针溶液的制备
43.首先，将100μl的2，3-萘二甲醛溶液(0.12mm)和100μl的亚硫酸钾溶液(0.70mm)于烧杯中搅拌均匀混合。随后加入20μl制备好的碲化镉量子点(0.16μm)，再加入2ml pbs水溶液(ph为9)。随后，在室温下用磁力搅拌器匀速作用2分钟待用。
44.3、荧光纳米传感器的制备
45.将上述2中制备好的比率探针溶液取出，记录原始亮红色荧光强度值(640nm)。随后加入60μl不同浓度的氨基甲酸酯溶液并将上述溶液置于室温下混合均匀并且反应8分钟后准备检测，490nm处荧光发射峰逐渐上升，绿色荧光的强度逐渐变变强，形成比率荧光传感体系。
46.4、氨基甲酸酯农药的检测
47.向所述复合荧光纳米探针体系中分别加入不同浓度氨基甲酸酯农药溶液，搅拌均匀，计算氨基甲酸酯农药最终浓度为0.1、0.25、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5μm(在该体系下，2，3-萘二甲醛、亚硫酸钾与碲化镉量子点的摩尔浓度比为3750:21875:1)。在室温条反应8min后，用365nm激发光记录探针溶液在400-800nm范围内的荧光光谱，通过建立荧光强度与氨基甲酸酯农药浓度之间的关系，实现氨基甲酸酯农药的定量检测，同时借助紫外灯下可呈现一系列不同荧光强度的变化，实现可视化检测。
48.5、智能手机检测平台的构建
49.该智能手机检测平台包括多孔板、暗腔、365nm紫外灯和智能手机(iphone 13)。
50.对于智能手机检测平台的操作，首先，将复合荧光纳米探针溶液加入到多孔板中，然后加入不同浓度的氨基甲酸酯农药溶液，在黑暗环境下通过智能手机获取荧光图像，并进一步分解为rgb值，通过安装颜色识别应用(app)完成定量检测。
51.实施例2：
52.1、碲化镉量子点的制备
53.本步骤的制备过程同实施例1。
54.2、比率荧光探针溶液的制备
55.本步骤的制备过程同实施例1。
56.3、荧光纳米传感器的制备
57.本步骤的制备过程同实施例1。
58.4、氨基甲酸酯农药的检测
59.本步骤的制备过程同实施例1。
60.5、智能手机检测平台的构建
61.本步骤的制备过程同实施例1。
62.6、标准曲线的绘制
63.当激发光为365nm时，记录混合体系在400～800nm波长范围内的荧光光谱，如图3a所示。图3b显示了荧光强度与氨基甲酸酯农药浓度之间的关系，表明当氨基甲酸酯农药浓度在0.1～4.5μm时，荧光强度比值与其成线性关系，其中横坐标为氨基甲酸酯农药浓度，纵坐标为i
490
/i
640
的荧光强度比值。其中，插图为相对应的色度图。
64.实施例3：
65.1、碲化镉量子点的制备
66.本步骤的制备过程同实施例1。
67.2、比率荧光探针溶液的制备
68.本步骤的制备过程同实施例1。
69.3、荧光纳米传感器的制备
70.本步骤的制备过程同实施例1。
71.4、氨基甲酸酯农药的检测
72.本步骤的制备过程同实施例1。
73.5、智能手机检测平台的构建
74.本步骤的制备过程同实施例1。
75.6、复合荧光纳米探针选择性和干扰性测试
76.向复合荧光纳米探针体系中加入浓度为10μm离子和农药(mg
2+
、ca
2+
、zn
2+
、fe
3+
、氰戊菊酯、氯菊酯、马拉硫磷、对硫磷)，结果显示荧光强度无明显变化，再继续加入1μm的氨基甲酸酯农药，绿色荧光开始显现，结果表明该体系对氨基甲酸酯农药具有良好的选择性和抗干扰性。