[发明专利]一种固态荧光传感器及其制备方法、在金属离子检测中的应用

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。本发明一种固态荧光传感器，其特征在于：该传感器是由两种不同粒径的功能化单分散颗粒通过自组装的方式周期排列而成，所述的功能化单分散颗粒是将荧光探针卟啉分子通过化学键修饰到单分散颗粒表面构建得到，所述的功能化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。本发明的固态荧光传感器性能稳定，检测灵敏度高。

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传感器。该传感器涉及单分散颗粒表面修饰荧光探针分子，用于痕量汞离子检测。

背景技术

重金属污染问题是全球性的环境问题之一，也是我国实施可持续发展战略优先考虑的重大问题。水体重金属离子的污染主要有汞、镉、铅、铬等金属离子，是水污染中最严重的一种类型，因为它们属于非生物降解性类型，它们通过水体进入生物体内不能代谢排出，不断积累于生物体内，对环境中生物体具有严重的毒性损害，同时通过生物链的传递，重金属污染也会导致人类各种疾病的产生。其中，汞离子是环境中最普遍的有毒金属之一。因此，建立一种简单、快速、灵敏的检测方法同时开发检测水体环境中汞离子的新材料具有非常重要的意义。

目前，检测汞离子的方法主要有比色法、分光光度法、电化学法、荧光光谱法等，其中荧光检测法以灵敏度高，选择性专一及使用方便等优点倍受人们关注，得到了迅速发展。但大部分荧光检测汞离子都是在溶液中完成，操作复杂、不可重复使用，而且对水体环境会造成污染。将荧光探针分子与基底材料相结合发展固态荧光传感器，则基本可以克服上述缺点，实现传感器的重复使用，减少污染。有研究报道基底材料通过物理包埋或静电吸附荧光探针分子进行金属离子的检测，但这种方式容易泄露分子，而且检测灵敏度也不高。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种检测性能稳定、灵敏度高的固态荧光传感器及其制备方法。本发明首先制备得到两种不同粒径、单分散优异的功能化单分散颗粒，该功能化单分散颗粒是将荧光探针卟啉分子通过化学键修饰到单分散颗粒表面构建得到，制得的性质稳定、可以精确定量荧光探针卟啉分子的功能化单分散颗粒，不仅具有纳米尺度的优良性能，同时还具备荧光探针的传感性能；继而构筑高质量的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、稳定的固态荧光传感器。

本发明一方面，通过荧光探针卟啉分子以化学键修饰到单分散颗粒表面，能够避免物理包埋或静电吸附法导致荧光探针分子的泄露，造成检测灵敏度变差，选择性变低的问题，同时选用的荧光探针卟啉分子易于设计合成，是一种具有大环共轭结构的富电子化合物，且发光基团的荧光性质受检测环境因素（比如pH值和温度等）的影响较小，能与汞离子配位造成自身荧光的猝灭，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功能化单分散颗粒构成三明治光子晶体结构的上层和下层，粒径较小的功能化单分散颗粒构成三明治光子晶体结构的中间层，形成了一个大的光学腔，其中一个光子带隙与荧光探针卟啉分子的吸收光谱相匹配，另一个光子带隙与荧光探针卟啉分子的发射光谱相匹配，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卟啉分子的良好分散，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卟啉分子在传感器中的含量，提供更多的位点与汞离子进行反应。这两方面协同作用得到检测性能优异的固态荧光传感器，一定程度解决检测性能稳定性差和灵敏度低的问题。

本发明首先制备一种性能稳定的两种不同粒径的功能化单分散颗粒，进而采用自组装的方式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的固态荧光传感器。