基于炔烃介导的比率SERS纳米探针及其制备与应用

本发明申请涉及重金属定量检测，具体涉及一种基于炔烃介导的比率sers纳米探针及其制备与应用。

背景技术：

1、汞是环境中毒性最强的重金属元素之一，主要存在于自然界中。它通常由工业操作释放，如化石燃料燃烧和黄金生产。汞通过环境中微生物形成的汞离子（hg2+）和甲基汞（ch3hg+）进入食物链，并随着时间的推移在生物体中积累。汞的浓度一旦超过机体的自我调节能力，就会与体内活性物质相互作用，引起脑组织、肾脏、中枢神经系统的损伤，导致各种严重的中毒性疾病。因此，快速准确地检测生物体内微量的hg2+对于汞相关毒性的检测、临床诊断和人体健康治疗至关重要。

2、目前，已经发展许多分析方法用于检测hg2+，包括原子荧光光谱法，高效液相色谱法，冷原子吸收光谱法，电感耦合等离子体质谱法等。然而，由于这些检测方法操作繁琐，仪器昂贵，合成步骤复杂，检测时间长，生物样品的自荧光背景以及光漂白等原因，大多数检测方法不适合在体内进行现场检测。与上述方法相比，表面增强拉曼散射（sers）技术是一种高效的分析技术，它可以通过使用单个分子振动指纹来识别和量化分析物。此外，sers技术由于其高灵敏度、低自发荧光、耐光漂白、无损检测和出色的单激光复用性能而引起了研究者的兴趣。这些特殊的性质促进了sers技术在环境监测、生物化学和生物医学研究中的广泛应用。

3、近年来，已经报道了许多基于hg2+诱导拉曼报告分子变化、hg2+诱导纳米探针聚集等检测hg2+的sers纳米探针。许等人设计了一种使用苯乙炔（pa）作为无标签探针的sers传感器。利用pa的sers强度降低实现对hg2+的定量检测，检测限为87.6 pm。郭等人开发了一种新型的检测hg2+的4-mpy/aunps/ito芯片，当hg2+与4-mpy中的氮原子相互作用时，改变了吡啶环的电子分布，增加了吡啶呼吸的sers强度。尽管使用sers探针检测hg2+取得了很大进步，但仍存在一些不足之处：由于外部环境可能会使信号强度产生波动，通过单次sers信号强度变化定量检测hg2+的准确性和灵敏度很低；此外，本技术发明人研究发现，目前报道的大多数sers探针的信号输出位于拉曼指纹区，与活细胞的信号输出重叠，限制了其在生物分析中的进一步应用；聚集型sers探针容易受到外界环境因素的干扰，导致光谱强度剧烈波动；t-hg2+-t配位化学方法孵育过程复杂，表面功能化耗时长，需要附加标记，测试环境严格，在一定程度上限制了其应用。因此，亟需开发一种抗干扰能力优异、灵敏度高的新型hg2+监测sers传感器。

4、公开于该背景技术部分的信息仅用于加深对本公开的背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本技术之首要目的在于提供一种基于炔烃介导的比率sers纳米探针（is-aunfs@4-mpa），以解决当前sers纳米探针抗干扰能力、灵敏度及离子选择性较差的技术问题。

2、本技术之第二目的在于提供一种sers纳米探针，旨在解决当前sers纳米探针制备方法复杂、效率低、成本高的技术问题。

3、本技术之第三目的在于提供了炔烃介导的比率sers纳米探针的主要应用途径，即将其应用于汞离子的定量检测，旨在解决当前微量或痕量hg2+检测准确不足、可靠性差、灵敏度低、抗干扰性差且检测效率低的技术问题。

4、为实现上述发明目的，本技术具体采用如下技术方案：

5、本公开的第一个方面，提供了一种基于炔烃介导的比率sers纳米探针（is-aunfs@4-mpa），其包含作为sers基底的金纳米花（is-aunfs），及修饰于is-aunfs表面的结构式如下所示的拉曼信号分子对巯基苯乙炔（4-mpa）：

6、。

7、上述拉曼信号分子4-mpa通过巯基键合在is-aunfs上，使得探针具备很高的sers活性；sers基底的内部标签不受外界环境的影响，能够矫正探针检测时信号的波动；且纳米探针的输出和参比信号位于拉曼沉默区(1800-2800 cm-1)，增加了环境样品定量分析的可靠性；炔烃部分可作为hg2+识别基团，基于hg2+-炔配位提高了探针的检测灵敏度、选择性和检测速度，仅需要短时孵育即可进行拉曼检测，进而实现汞离子的快速定量检测。

8、在本公开的一些实施例中，所述is-aunfs的直径优选为60～80 nm，能够有效提高sers基底内部和外部的sers活性。更优选的，is-aunfs的直径为约70 nm，有利于分析物的激发和检测。

9、本公开的第二个方面，提出一种基于炔烃介导的比率sers纳米探针（is-aunfs@4-mpa）的制备方法，主要包括如下步骤：

10、（1）将4-碘苯胺与硫代乙酸钾反应生成4-itb，4-itb与三甲基硅基乙炔反应生成4-ttb；4-ttb与四丁基氟化铵反应，得到拉曼信号分子4-mpa；

11、（2）基于种子介导生长法制备得到具有表面等离激元共振效应的金纳米球内核aunps，并在金纳米球内核aunps上修饰一层内标修饰分子4-mbn，再于4-mbn分子层外生长一层花瓣状金纳米外壳，获得含有内标修饰分子掺杂的金纳米花is-aunfs；

12、（3）以is-aunfs为sers基底，在其表面修饰所述拉曼信号分子4-mpa，并将其分散于对应的缓冲液中，得sers纳米探针is-aunfs@4-mpa。

13、在本公开的一些实施例中，在所述步骤（3）中缓冲液为hepes缓冲液，浓度为20mm，ph = 7.3。

14、在本公开的一些实施例中，所述步骤（1）中具体包括：

15、s1，取4-碘苯胺溶于盐酸溶液中，再向其中滴加亚硝酸钠水溶液，反应10～20 min后快速加入氟硼酸沉淀得四氟硼酸重氮，过滤干燥后备用；再将硫代乙酸钾溶于dmso中，四氟硼酸重氮溶于dmso，滴加四氟硼酸重氮溶液，室温下反应2～6 h后，经层析纯化得4-itb；

16、s2，取4-itb溶于四氢呋喃中，于惰性氛围中依次加入三甲基硅基乙炔、碘化亚铜、二（三苯基膦）二氯钯、n，n-二异丙基乙胺，室温搅拌22～26 h后萃取多次；经干燥、过滤、浓缩后得到粗产品，经层析纯化得4-ttb；

17、s3，在0℃条件下，将甲醇加入到4-ttb的thf溶液中，再加入四丁基氟化铵，反应10～20 min后萃取多次，经干燥、过滤、浓缩后得到粗产品，经层析纯化分离得4-mpa。

18、在本公开的一些实施例中，所述步骤s1中四氟硼酸重氮的干燥条件：真空、60℃下干燥24 h。

19、本技术第三个方面，基于sers纳米探针is-aunfs@4-mpa对hg2+具有较好的选择性、很好的稳定性和灵敏度，且反应条件宽松，将其应用在汞离子定量检测当中，能够快速实现水样和食品中汞的定量检测，对环境中汞离子的微量及痕量检测具有重要的现实意义。

20、在本公开的一些实施例中，在定量检测液样中汞离子时，具体包括以下步骤：

21、（1）以≥5000 rpm的转速高速离心待测液样，离心后以0.22 m膜过滤；

22、（2）取过滤后的液样，向其中加入所述比率sers纳米探针，在室温下孵育10～20min后进行拉曼检测。拉曼测试参数可选择为：激发波长633 nm、倍镜50×、功率0.73 mw、曝光时间10 s、采集范围500～2500 cm-1。

23、本技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下任一技术效果或优点：

24、1. 本技术通过新的方法合成功能化拉曼信号分子4-mpa，并将4-mpa通过au-s键键合在尺寸约为60～80 nm的is-aunfs上，合成了具有高等离子体共振活性的sers纳米探针，此拉曼信号分子的制备方法简单，具有高的拉曼信号强度。

25、2. 本技术利用sers峰比值定量检测hg2+，不受外界环境干扰，反应条件宽松，提高了检测精确度。

26、3. 本技术sers纳米探针上具有大量的炔烃基团，通过炔烃与汞的特殊配位，对hg2+表现出特异性的激活作用，通过c≡c-hg-cl形成，实现了hg2+的定量检测，具有更快的检测速；同时纳米探针对其他干扰物质al3+、k+、mg2+、cu2+、zn2+、bi3+、co2+、na+、fe3+、pb2+、ni2+、cr3+、cd2+、fe2+、ba2+、ag+、nahpo4、h2o2、l-半胱氨酸（cys）、谷胱甘肽（gsh）、na2co3、nano2等有优异的抗干扰作用，具有较好的选择性。

27、4. 本技术sers纳米探针的输出和参比信号位于拉曼沉默区(1800～2800 cm-1)，增加了环境样品定量分析hg2+的可靠性。

28、5. 试验研究表明，sers纳米探针应用于检测hg2+时，不仅具有较低的检出限（最低检出限可达5.6 nm）和定量限，而且具有较高的灵敏度和稳定性。