基于納米材料熒光傳感器

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1、基于納米材料熒光傳感器【摘要】本文概述了近年來納米材料作為熒光小分子載體的研究：主要從改性硅、介孔硅、金納米三個(gè)方面對傳感器技術(shù)在熒光檢測中的應(yīng)用進(jìn)行了綜述，并對未來固體傳感器的發(fā)展進(jìn)行了展望?！娟P(guān)鍵詞】熒光化學(xué)傳感器；共價(jià)固定；熒光指示劑熒光化學(xué)傳感器在生命科學(xué)、材料科學(xué)和環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域有許多重要應(yīng)用，是當(dāng)今化學(xué)學(xué)科的一個(gè)熱點(diǎn)和前沿研究領(lǐng)域。然而，由于單獨(dú)的熒光指示劑分子在穩(wěn)定性和使用壽命上的缺陷，近幾十年來，科學(xué)家們致力于研究固載性的熒光傳感器。在制備基于固體材料的熒光傳感器時(shí)，首先需要將熒光

2、指示劑分子固定于剛性支持體材料上。這種熒光傳感器具有更高的靈敏度和選擇性，更快的響應(yīng)速度，良好的穩(wěn)定性和可逆性及較長的壽命，但是，熒光指示劑的固定化方法對所制得的傳感器的壽命、可逆性、重現(xiàn)性、響應(yīng)時(shí)間、檢測集團(tuán)的流失情況、耐光漂白性等起到關(guān)鍵作用［1］。經(jīng)過幾十年的不斷努力，為了研究靈敏度高，選擇性好，壽命長的熒光傳感器，人們已經(jīng)建立了不同的固定化方法，歸納起來主要有三大類：機(jī)械固定法、靜電吸附固定法和共價(jià)固定法。機(jī)械固定法有時(shí)也稱物理固定法，主要是指通過物理的方法將熒光指示劑染料包埋于惰性多孔材

3、料上，制成微米或納米顆?；?qū)晒庵甘緞┑哪げ牧瞎潭ㄓ诠饫w頭或坡片上。靜電固定法，是利用具有帶電基團(tuán)的剛性支持體來定帶有相反電荷的熒光指示劑，主要是采用離子交換樹脂或離子交換膜固定帶電荷或具有強(qiáng)極性取代基的熒光指示劑［2］。共價(jià)固定法是指通過某種化學(xué)反應(yīng)將熒光指示劑共價(jià)地鍵合到支持體材料上，鍵合牢固，幾乎不被洗脫下來，因此可提供超長的穩(wěn)定性［3］。與前兩種固定方法相比較，共價(jià)固定效果最牢固，但是實(shí)施過程比較復(fù)雜、費(fèi)時(shí)，難度較大。目前，使用較多的共價(jià)固定法是Jordan等提出的光化學(xué)共價(jià)聚合固定法［4

4、］。目前，可作為熒光傳感器共價(jià)定載體的有硅納米顆粒、介孔硅、金納米粒子、石英玻片、殼聚糖膜等。2009年，我們實(shí)驗(yàn)小組研究了基于碳納米管為體材料的熒光傳感器。1.改性硅納米材料熒光固體材料2001年，Lieber實(shí)驗(yàn)小組首次報(bào)道了硅納米線作為生物和化學(xué)傳感器。2⑻5年，RicardoAucejo等報(bào)道了以勃姆石納米顆粒為載體，吲哚分子為熒光團(tuán)的熒光探針，對氫離子、銅離子、鋅離子和ATP、ADP、AMP都具有良好檢測性的熒光傳感器。2008年，Shuit-TongLee教授報(bào)道了喹啉衍生物改性的硅納

5、米材料對銅離子具有良好的選擇性和靈敏度，相比于分子喹啉衍生物熒光傳感器，改性硅納米材料的靈敏度更高，檢測Cu2+下限為10-8M，在Cu2+存在的情況下，改性硅納米材料熒光被淬滅80%,酸處理后，熒光恢復(fù)。對于其它離子，Zn2+熒光增強(qiáng)15%,Hg2+、Ni2+、Co2+和Fe2+熒光淬滅20%,Mg2+、Na+、Ca2+、K+、Pb2+和Cd2+無響應(yīng)。2009年，Shuit-TongLee教授又報(bào)道了以膽磺酰胺衍生物改性的硅納米材料熒光響應(yīng)作為輸出信號，以PH值，Hg2+、Cl-、Br-的熒光

6、響應(yīng)作為輸入信號的邏輯門裝置。2008年，SooJinLee等報(bào)道了鄰二氮雜菲衍生物改性的硅納米管、介孔硅、硅納米粒子為載體的熒光傳感器。通過實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)硅納米管對銅離子的靈敏度最好，在Cu2+(2.0X10-4mM)存在下，同劑量(10mg)的硅納米管和硅納米粒子，硅納米管熒光下降75%，硅納米粒子下降36%，表明材料對金屬離子的吸附與載體的比表面積和形貌有關(guān)2009年，Estefan??aDelgado-Pinar等制備了以鋁硅酸鹽納米粒子為載體的汞離子熒光傳感器，此體系在水中具有很高的選擇性，

7、檢測下限0.2ppb。2010年，WenfengXu等制備了可重復(fù)使用的苊改性硅納米線對鋅離子具有良好的選擇性和靈敏度，當(dāng)加入10當(dāng)量的其它離子時(shí)，并不影響其對Zn2+的選擇，可作為Zn2+熒光“開-關(guān)”，由于嘧啶與萘中間N原子的PET作用，苊改性硅納米線熒光很弱，當(dāng)加入Zn2+,N原子的給電子能力減弱，PET效應(yīng)被禁阻，熒光增強(qiáng)。同年，LixuanMu制備了改性硅納米線PH值焚光開關(guān)，Guo-JunZhang制備了改性硅納米線DNA熒光開關(guān)。1.介孔硅材料作為載體的熒光固體材料2005年AnaB

8、.Descalzo將蒽修飾在介孔材料表氨基作為ATP作用點(diǎn)，介孔材料作為識別空腔，用來識別ATP,檢測限達(dá)10-6M。與同樣條件修飾的氧化硅薄膜和單分子相比，靈敏度大大提高。主要是由于介孔材料中分子接受體間的協(xié)同效應(yīng)使陰離子的選擇性和靈敏度均得到明顯提高，協(xié)同效應(yīng)來源于表面修飾分子共同作用，也受固體基質(zhì)本身性狀的影響。2007年，MinaGuli等利用羅丹明B改性SBA-15，使羅丹明B熒光增強(qiáng)，發(fā)生藍(lán)移。2008年，SooJinLee實(shí)驗(yàn)小組比較了1，8-萘胺衍生物改性的介孔硅和