[发明专利]一种检测重金属的荧光比率传感器

说明书

本发明属于材料分析技术领域，涉及金属离子检测的应用技术。本发明一种荧光比率传感器，其特征在于：该传感器是由两种不同粒径的双发射荧光源的单分散颗粒通过自组装的方法周期排列而成，所述双发射荧光源的单分散颗粒是由包裹量子点/染料的单分散荧光颗粒表面通过化学共价键连接探针分子卟啉构成，所述双发射荧光源的单分散颗粒周期阵列构成了两种不同光子带隙的三明治光子晶体结构。本发明的荧光比率传感器性能稳定，检测灵敏度高，抗环境因素干扰。

技术领域

本发明属于材料分析技术领域，具体的说，是一种检测金属离子的荧光比率传感器。该传感器涉及双发射荧光源，用于痕量汞离子检测。

背景技术

水体重金属离子的污染主要包括汞、镉、铅、铬等重金属离子，其中汞离子具有生物不可降解的特性，对环境和人类身体健康造成了很大的威胁，因此建立一种对汞离子可靠、灵敏的检测方法十分重要。现在汞离子检测技术大多是依靠大型分析仪器，成本高、耗时长，难以实现快速的现场检测需求。荧光分光光度法因其操作简便、检测灵敏度高、检测时间短且适用于现场分析等优点被快速发展起来，受到了广泛的关注。

目前，基于汞离子检测的大多数荧光传感器都是以荧光强度的猝灭或增强作为检测的信号，这种仅依靠单一的荧光强度来检测被测物的浓度，其准确性容易受到多种因素的干扰，比如探针的浓度及稳定性、仪器测试条件、环境条件等。因此，发展一种高稳定性、高灵敏度、高选择性的荧光传感器是非常必要的。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种高稳定性、高灵敏度、高选择性、检测更加准确的荧光比率传感器及其制备方法。本发明首先制备两种不同粒径、单分散优异的双发射荧光源的颗粒，该双发射荧光源的单分散颗粒是由包裹量子点或染料的单分散颗粒表面通过化学共价键连接探针分子卟啉构成，其中量子点或染料作为参考信号，探针分子卟啉作为汞离子的响应信号；继而构筑高质量的具有两种不同光子带隙的三明治光子晶体结构，利用光子晶体特殊的光学调控特性，得到高灵敏度、稳定、检测更加准确的荧光比率传感器。

本发明一方面，以汞离子为检测目标物，利用量子点/染料和卟啉构建了荧光比率探针，实现了复杂环境下检测汞离子的准确性，通过荧光探针分子卟啉以化学键修饰到单分散荧光颗粒表面，探针分子与支持体(即单分散荧光颗粒)结合牢固，不易洗脱，能够避免物理包埋或静电吸附法导致探针分子的泄露，造成检测灵敏度变差，选择性变低的问题，从而提高检测金属离子的稳定性；另一方面，本发明引入两种不同光子带隙的三明治光子晶体结构，这种三明治光子晶体结构是由粒径较大的双发射荧光源的单分散颗粒构成三明治光子晶体结构的上层和下层，粒径较小的双发射荧光源的单分散颗粒构成三明治光子晶体结构的中间层，形成一个大的光学腔，其中一个光子带隙与荧光探针分子卟啉和量子点/染料的吸收光谱相匹配，另一个光子带隙与荧光探针分子卟啉的发射光谱相匹配，大大地增强了检测的光学信号；同时光子晶体结构具有大的比表面积，不仅能实现荧光探针分子卟啉的良好分散，避免荧光分子由于聚集引起的荧光淬灭，还能精确定量荧光探针分子卟啉在传感器中的含量，提供更多的位点与汞离子进行反应，保证传感器的快速响应。这几个方面协同作用得到检测性能优异的荧光比率传感器，一定程度解决检测性能稳定性差、灵敏度低和准确性低的问题。

本发明首先制备一种性能稳定、两种不同粒径、双发射荧光源的单分散颗粒，进而采用自组装的方法组装成两种不同光子带隙的三明治光子晶体结构，制备得到高检测灵敏度、检测更加准确的荧光比率传感器。

1.一种荧光比率传感器，其特征在于，该传感器是由两种不同粒径的双发射荧光源的单分散颗粒通过自组装的方法周期排列而成，所述双发射荧光源的单分散颗粒是由包裹量子点或染料的单分散荧光颗粒表面通过化学共价键连接探针分子卟啉构成，所述双发射荧光源的单分散颗粒周期阵列构成了两种不同光子带隙的三明治光子晶体结构，其中一个光子带隙与所述量子点/染料和探针分子卟啉的吸收光谱相匹配，另一个光子带隙与所述探针分子卟啉的发射光谱相匹配，所述三明治光子晶体结构是由粒径较大的双发射荧光源的单分散颗粒构成三明治光子晶体结构的上层和下层，粒径较小的双发射荧光源的单分散颗粒构成三明治光子晶体结构的中间层。