[发明专利]双发射比色荧光纳米微球制备方法及其细菌检测的应用

说明书

双发射比色荧光纳米微球制备方法及其细菌检测的应用属于比色传感技术领域。本发明采用组装方法原位制备SiO₂负载蓝色荧光碳点(CDs)和红色荧光Cu NCs的纳米微球，其在380nm紫外光激发下，呈现可见光区450nm的蓝色和650nm的红色双发射荧光效果。其具有对pH值特异性响应效果，随着pH值从4.0变化到7.2，纳米微球的红色荧光逐渐减弱，同时蓝色荧光保持不变，这样可以通过复合光的颜色变化，可视化比色检测pH值的变化。该双荧光发射纳米微球探针可以用于检测细菌代谢体系的pH，从而获得细菌的繁殖量，还能以较高的信噪比对细菌进行生物荧光成像。该微球通过简单的离心操作从检测体系中分离，可以降低探针材料对环境的污染。

技术领域

本发明属于比色传感技术领域，具体涉及一种具有pH响应的的双发射比色 荧光纳米微球探针的制备及其在细菌代谢检测及成像领域的应用。

背景技术

细菌在我们的日常生活中无处不在。虽然有一些对人类有益，如乳酸菌和链 霉菌，但大多数细菌的危害大于益处，特别是在食物储存、生命安全和身体健康 方面。世界各地被浪费掉的食物有20％是由于细菌造成的，这不仅会造成食物浪 费和经济损失，还会造成环境污染。同时，各种细菌的繁殖会引起多种疾病甚至 危及生命。大肠杆菌(E.coli)是最常见的临床病原体之一，可引起一系列威胁 生命的疾病(例如败血症和溶血性尿毒症综合症)并且造成巨大的医疗，经济负 担。为了最大限度地减少细菌的危害，细菌繁殖和代谢的早期检测至关重要。由 于细菌代谢会产生大量的乳酸和碳酸，这将会使细菌生长环境的pH值降低。因 此，通过监测细菌周围环境的pH变化，可以检测细菌的生长和代谢，进而尽快采取措施来抑制细菌生长。荧光探针由于其高选择性、高灵敏度、方便和快捷操 作的优点而被广泛用于pH检测，常用的荧光探针主要包括有机染料、半导体量 子点(QDs)和金属纳米簇(NCs)等，考虑到有机染料和半导体量子点的毒性， 荧光金属纳米簇用作pH荧光探针具有重要实用价值。

金属纳米簇是由数十至数百个原子组成，其尺寸接近1-2nm，由金属核和 外部的有机稳定剂共同组成。由于其超小的尺寸接近电子的费米能级，使得它具 有独特的光学和物理学特性，所以引起了研究人员的广泛关注；由于其荧光强、 毒性低、生物相容性好和制备方法简单等优点，它可以广泛应用于离子检测、生 物传感、医学成像和催化等领域。其中，Cu NCs由于其独特的光学性质及其廉 价于金和铂等贵金属的优点而受到科研工作人员的关注；此外，Cu NCs的荧光 具有环境响应的特性，即在一定条件下，例如溶剂、离子、pH和特殊物质等的 影响下，材料呈现明显的荧光强度的变化。因此，它可以用于离子检测和生物检 测领域。然而，大多数基于Cu NCs的探针普遍存在于水体系中，因此不易回收， 无法重复利用，这不但导致试剂浪费并且会导致环境污染。为此亟需制备易分离 的Cu NCs探针。SiO₂纳米微球由于其优异的化学和光稳定性、良好的透光性和 突出的生物相容性、易于分离提纯等优点，因而具有很大的应用前景。不但如此， 这些荧光检测装置大部分是基于单发射检测的，这意味着许多因素包括探针浓度、 仪器灵敏度和环境条件都会影响检测的结果。相比之下，双发射荧光材料在单激 发状态下显示出两个不同的发射峰，这意味着对其自身的内置校正因子，可以用 作比色荧光探针来校准误差，避免数据失真。因此，制备具有校准因子的基于 Cu NCs的双发射硅球探针具有重要的实际意义。

基于以上的背景研究，我们通过自组装方法原位合成了具有蓝色荧光和红色 荧光的双发射且易于分离的Cu NCs-SiO₂@CDs荧光探针。我们首先合成了包覆 蓝色荧光CDs的硅球，然后通过修饰红色荧光Cu NCs，获得双荧光发射纳米材 料，其对于pH具有特殊敏感性，当pH值从4.0-7.2逐渐升高每变化0.2个单位 时，纳米材料的荧光会呈现由红色到蓝色的颜色变化，可以实现通过比色法可视 化检测pH值，并且检测过程非常简单便捷。进一步地，我们将双发射比色探针 用于细菌代谢体系的检测，可以快速的检测细菌代谢体系的pH值，并间接反应 细菌的繁殖量，而且还能以较高的信噪比对细菌进行荧光成像。因此，我们所构 筑的双发射比色荧光纳米微球探针可以为细菌检测、抗菌灭菌和生物成像等领域提供新的检测方法。