一种双荧光信号检测铜离子含量的荧光传感器的制备方法及其使用方法

本发明涉及一种检测铜离子含量的荧光传感器的制备方法及其使用方法。

背景技术：

1、铜作为一种广泛存在于自然界的元素，是人体健康所必需的微量元素，也是环境中常见的重金属污染物之一。人体内铜离子在调节血红蛋白水平、神经元功能、线粒体呼吸和细胞代谢等方面起着重要作用。然而，体内高浓度的铜离子与分子氧反应产生活性氧，导致蛋白质、脂肪和核酸的退化。饮用水被认为是人体中铜离子的主要来源，根据美国环境保护署(epa)规定，饮用水中铜离子的最大允许量为15.6μm。此外，铜离子作为一种重金属离子，会对水中的一些微生物如真菌、藻类等造成严重的危害，从而对整个水生生态系统造成不可逆的破坏。由于高浓度铜离子特有的毒性，在食品安全和水质监测中特别需要高灵敏度、高选择性、低成本的铜离子现场检测方法。

2、迄今为止，各种技术，如原子吸收光谱法、电感耦合等离子体质谱法和原子发射光谱法已被普遍用于检测铜离子。然而，这些方法往往需要经过复杂的操作程序，并使用大型的仪器设备。在众多分析技术中，荧光分析因其操作简便、选择性好、灵敏度高、检出限低等优点在微量分析中备受关注。金属-有机框架是一种新型的有机-无机杂化材料，通常由有机配体与金属离子或金属团簇通过配位键自组装而成。它们具有比表面积大、骨架结构多样、孔表面官能团可修饰性等优点。作为一类类似沸石的咪唑骨架结构材料的典型代表，沸石型咪唑骨架-8(zif-8)已应用于储气、催化和传感等领域。而且zif-8的孔径内可以嵌入各种纳米材料，既能表现出zif-8的独特性能，又能兼顾嵌入纳米材料的特性。四环素作为一种抗生素分子，不仅能进入zif-8孔径内产生聚集诱导发光效应，而且可通过天线效应增强镧系配位聚合物的荧光强度。因此，将纳米材料封装到zif-8中，在传感检测领域开发新型传感器具有广阔的应用前景。目前还没有相关报道将zif-8、镧系配位聚合物与四环素相结合，制备zif-8/gmp-eu/tc复合材料，与荧光传感想法相结合，开发新型双荧光信号铜离子检测荧光传感器，用于测定水溶液中的铜离子。

技术实现思路

1、本发明是要解决现有的铜离子检测方法中存在的荧光探针合成复杂耗时、操作繁琐、样品前处理复杂、特异性差、灵敏度低、耗时长且检测成本高的技术问题，而提供一种双荧光信号检测铜离子含量的荧光传感器的制备方法及其使用方法。

2、本发明的双荧光信号检测铜离子含量的荧光传感器的制备方法是按以下步骤进行的；

3、将六水合硝酸锌溶解到去离子水中，超声分散形成硝酸锌溶液；将2-甲基咪唑溶解于去离子水中形成2-甲基咪唑溶液；然后将2-甲基咪唑溶液边搅拌边滴加至硝酸锌溶液中，在室温下搅拌反应30min～35min，然后通过离心法收集白色沉淀物，即为zif-8；

4、然后将zif-8经超声处理均匀分散到水中，得到zif-8分散液；在zif-8分散液中加入eucl3溶液，在搅拌条件下继续加入gmp(鸟苷-5′-单磷酸二钠盐)溶液，在室温下搅拌40min～45min，离心得到zif-8/gmp-eu沉淀，用超纯水洗涤3次～5次，然后将zif-8/gmp/eu分散于超纯水中，得到zif-8/gmp/eu分散液；将zif-8/gmp-eu分散液与tc溶液搅拌混合30min～35min，离心洗涤3次～5次，得到zif-8/gmp-eu/tc复合物荧光传感器；

5、所述的硝酸锌溶液的浓度为0.05g/ml～0.06g/ml；

6、所述的2-甲基咪唑溶液的浓度为0.25g/ml～0.3g/ml；

7、所述的六水合硝酸锌和2-甲基咪唑溶的质量比为1:(10～11)；

8、所述的zif-8分散液的浓度为25mg/ml～27mg/ml；

9、所述的eucl3溶液的浓度为30mmol/l～35mmol/l，zif-8分散液与eucl3溶液的体积比为1:(2～3)；

10、所述的gmp溶液的浓度为10mmol/l～12mmol/l，zif-8分散液与gmp溶液的体积比为1:(6～7)；

11、所述的zif-8分散液与zif-8/gmp/eu分散液的体积比为1:(25～30)；

12、所述的tc溶液的浓度为1mg/ml，tc溶液与zif-8/gmp/eu分散液的体积比为1:(33～35)。

13、本发明的zif-8/gmp-eu/tc复合物荧光传感器的使用方法如下：

14、将上述制备的zif-8/gmp-eu/tc复合物荧光传感器分散在水溶液中，超声处理5min～10min，得到zif-8/gmp-eu/tc悬浮液；所述的zif-8分散液与zif-8/gmp-eu/tc悬浮液的体积比为1:(6～7)；

15、向zif-8/gmp-eu/tc悬浮液中加入tris-hcl溶液，tris-hcl溶液的浓度为10mm且ph为7.4；室温条件下反应5min后测定荧光光谱，得到zif-8/gmp-eu/tc荧光传感器在没有铜离子存在时的荧光值；所述的tris-hcl溶液与zif-8/gmp-eu/tc悬浮液的体积比为1:(9～10)；

16、向zif-8/gmp-eu/tc悬浮液中加入待测铜离子溶液，所述的待测铜离子溶液的溶剂为tris-hcl溶液，tris-hcl溶液的浓度为10mm且ph为7.4；室温条件下反应5min后测定荧光光谱；所述的待测铜离子溶液与zif-8/gmp-eu/tc悬浮液的体积比为1:(9～10)；

17、荧光光谱仪的参数设置：激发波长为340nm，扫描速度240nm/min，激发发射狭缝5nm，电压950v；

18、检测铜离子信号一：使用荧光光谱仪测量样品荧光光谱曲线，用zif-8/gmp-eu/tc荧光传感器在没有铜离子存在时515nm的荧光峰值减去荧光传感器在有铜离子存在时515nm处的荧光峰值，获得515nm处的荧光强度变化△f515；

19、当△f515小于等于613.7时，将△f515带入公式y＝62.097+57.660x，其中y为△f515，x为待测铜离子溶液中铜离子的浓度，x的单位是μmol/l；

20、当△f515大于613.7时，将△f515带入公式y＝576.303+7.460x，其中y为△f515，x为待测铜离子溶液中铜离子的浓度，x的单位是μmol/l；

21、检测铜离子信号二：使用荧光光谱仪测量样品荧光光谱曲线，用zif-8/gmp-eu/tc荧光传感器在618nm的荧光峰值减去zif-8/gmp-eu/tc荧光传感器在有铜离子存在时618nm处的荧光峰值，获得618nm处的荧光强度变化△f618；

22、当△f618小于等于907时，将△f618带入公式y＝49.222+93.152x，其中y为△f618，x为待测的铜离子溶液中铜离子的浓度，x的单位是μmol/l；

23、当△f618大于907时，将△f618带入公式y＝871.147+12.769x，其中y为△f618，x为待测的铜离子溶液中铜离子的浓度，x的单位是μmol/l。

24、本发明中选择检测铜离子信号一和二均可以，只用一种就可以。

25、本发明的原理：本发明通过在zif-8中嵌入gmp-eu和tc，借助zif-8诱导的tc的聚集诱导发光效应以及tc与gmp-eu之间的天线效应，形成了在515nm和618nm处具有明显双发射荧光信号的zif-8/gmp-eu/tc纳米复合材料。当铜离子存在时，一方面，铜离子与zif-8和tc相互作用，破坏了tc的聚集诱导发光效应，导致515nm处荧光信号减弱；另一方面，由于tc与铜离子形成络合物，tc与gmp-eu之间的天线效应消失，导致618nm处的荧光信号减弱。因此，本发明建立了一种用于检测铜离子的zif-8/gmp-eu/tc双信号荧光探针，这种双信号响应策略巧妙地利用了聚集诱导发光效应和天线效应的“开”/“关”，不仅消除了背景干扰，还提高了铜离子检测的选择性，是一种潜在的复杂真实样品中快速检测铜离子的高性能传感器。

26、图1为本发明中荧光探针zif-8/gmp-eu/tc的制备示意图和双信号荧光传感策略用于铜离子检测的原理图，如图中所示，本发明在室温条件下通过将gmp-eu和tc嵌入具有多面体结构的zif-8，基于zif-8引起tc的聚集诱导发射效应和tc与gmp-eu之间的天线效应，该方法制备的zif-8/gmp-eu/tc在紫外光照下呈现明显的橘黄荧光，在515nm和618nm处具有明显双发射荧光信号。进一步考察发现加入铜离子后，由于铜离子破坏了聚集诱导发光效应和天线效应，导致515nm和618nm处的荧光强度均随着铜离子浓度的增加而降低。因此，zif-8/gmp-eu/tc可作为双信号荧光探针，不仅可以用515nm处的荧光信号强度变化对铜离子含量进行定量分析，也可以用618nm处荧光信号强度变化对铜离子含量进行定量分析，实现铜离子含量在同一传感器中的双信号响应检测。

27、本发明中荧光探针zif-8/gmp-eu/tc在515nm处的荧光发射信号是由zif-8诱导tc的聚集诱导发光效应的“on”状态引起的；而618nm处的荧光发射信号是由tc与gmp-eu之间天线效应的“on”状态引起的。

28、相比较于现有技术，本发明的优势和有益效果如下：

29、(1)检测设备易操作，可实现双信号快速检测，选择性好，特异性强，检测信号一对铜离子溶液的检出限为0.281μm，检测信号二对铜离子溶液的检出限为0.329μm；

30、(2)所用原料简单易得，价格低廉，易于微型化规模生产；

31、(3)所述的纳米复合材料zif-8/gmp-eu/tc的合成过程简单快速，该复合材料既具有zif-8的优点，又兼具gmp-eu和tc的特性，具有可对铜离子响应对的双发射荧光信号；

32、(4)基于聚集诱导发光效应和天线效应的双效应铜离子含量的荧光传感方法，选择性好，抗干扰能力强；

33、(5)材料制备和整个检测反应过程中不产生任何有毒有害物质，属于清洁生产。