[发明专利]重金属离子上转换发光检测用纳米探针及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种重金属离子上转换发光检测用纳米探针及其制备方法。

背景技术

重金属污染已成为最严重的环境生态污染之一，由于重金属排入环境后不易除去，而是在环境中长期累积，这将对生物的生存和人类的健康造成威胁。重金属对人体产生伤害的方式主要是通过改变酶的结构，有些重金属离子会干扰人体必需金属离子的代谢，通过替换酶中的其他必需金属离子，使酶失活。例如，Hg²⁺毒性高，通过食物链进入人体并逐渐累积，能够与各种蛋白质的疏基结合，破坏细胞代谢，肝脏解毒功能，并对大脑和神经造成严重损害。医学研究早已证实，一定程度的汞暴露将严重损伤人的大脑、心脏、肾、肺及免疫系统。铅的毒性与汞相似，具有持久性和高度积累性，主要的靶器官是神经系统和造血系统。当血液中的铅离子达到一定浓度时，会严重影响人的生长和智力发育，损伤认知功能、神经行为，严重者造成痴呆，对人体组织和器官造成不可修复的伤害。鉴于重金属离子在生物体内易积累、不可降解、毒性大等特点，发展重金属离子分析检测技术极为重要。

目前应用较广泛的检测重金属离子的方法有：原子吸收光谱法(AAS)、原子荧光光度法(AFS)、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)等，虽然这些方法早已投入使用，并且技术也很成熟，但是每种技术都有局限性。原子吸收光谱法具有选择性好、灵敏度高、分析速度快、抗干扰能力强等优点，但是，测定每种元素都需要相应的空心阴极灯，不能进行多元素同时分析。原子荧光光度法的检出限比原子吸收法要低，谱线清晰干扰少，灵敏度较高，线性范围大，但是应用元素有限。电感耦合等离子体质谱法具有比原子吸收法更低的检测限，是痕量元素分析领域中最先进的方法，但价格昂贵，易受污染。因此，开发高灵敏度、高选择性，背景发光影响小的可用于重金属离子检测的纳米探针具有重要的理论意义及现实的应用价值。

发明内容

本发明的目的之一在于针对现有重金属离子检测技术中的不足，提供一种重金属离子上转换发光检测用纳米探针，从而实现对重金属离子的痕量检测。

本发明的目的之二在于提供该纳米探针的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用将作为能量给体的一端带有探针DNA序列的上转换发光纳米晶，和作为能量受体的单壁碳纳米角（SWCNHs）、氧化石墨烯（GO）或碳纳米管等通过π-π键相互作用结合在一起，制备基于发光共振能量转移的纳米探针体系，实现对重金属离子的上转换发光检测。

根据上述机理，本发明采用如下技术方案：

一种重金属离子上转换发光检测用纳米探针，由能量给体和能量受体通过π-π键相互作用结合形成，其特征在于所述的能量给体为经羧基功能化的具有核壳结构的上转换发光纳米晶（CS-UCNPs）与可专一性识别重金属离子的探针DNA分子进行共价键组装而形成，其中探针DNA与上转换发光纳米晶的摩尔比为：1:2000~1:2500；所述的上转换发光纳米晶的表面羧基化率为：30%~60%；所述的能量受体为：单壁碳纳米角（SWCNHs）、氧化石墨烯（GO）或碳纳米管（WCNTs）；所述的能量给体与能量受体的质量比为15:1~30:1。

上述的具有核壳结构的上转换发光纳米晶为：NaYF₄:Yb,ErNaYF₄、NaYF₄:Yb,ErNaYF₄:Yb,Er、NaYF₄:Yb,ErNaGdF₄或NaYF₄:Yb:ErNaGdF₄:Yb,Er。

一种制备上述的重金属离子上转换发光检测用纳米探针的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：

a.将经羧基功能化的具有核壳结构的上转换发光纳米晶Cit-UCNPs用N-羟基琥珀酰亚胺和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺活化，得到活化后的Cit-UCNPs；

b.将步骤a所得活化后的Cit-UCNPs与探针DNA分子按照质量比260:1~290:1的比例溶于去离子水中，4℃搅拌10~12小时；经分离提纯得到能量给体即Cit-UCNPs-ssDNA；

c.将步骤b所得能量给体与能量受体按照质量比为20:1~24:1的比例溶于去离子水中，4℃搅拌1~2小时，最终得到重金属离子上转换发光检测用纳米探针。

上述的经羧基功能化的具有核壳结构的上转换发光纳米晶Cit-UCNPs的制备步骤为：