一种水杨酸荧光检测纳米晶材料及其用途和试剂盒的制作方法

本申请涉及纳米晶荧光检测领域，尤其涉及一种水杨酸检测纳米晶材料及其用途和试剂盒。

背景技术：

水杨酸，分子式为c7h6o3，含有一个羧基，是一种天然的消炎药，比如其衍生物乙酰水杨酸钠是常用感冒药阿司匹林，衍生物氨基水杨酸钠是一种常用的抗结核药物^[1-2]。此外，水杨酸在皮肤科常用于治疗各种慢性皮肤病如痤疮（青春痘）、癣等，还可以祛角质、杀菌、消炎等，被广泛应用于人类的生命健康领域^[3-5]。目前，水杨酸的检测方法主要是液相色谱法，检测工艺复杂，设备成本高，因此，研发简单的水杨酸测定技术在生命医学领域具有非常重要的科学意义。荧光探针具有非接触式、快响应、高空间分辨率和精确度的特点，被广泛应用于ph、温度、压力以及生物分子等的检测^[6-8]。

荧光检测方法需要探针材料与待检测物能够特异性结合，且产生荧光的变化，通过分析荧光性能的变化计算待检测物的浓度。通常情况下，探针材料的荧光强度随着待检测物浓度的增大而减弱。事实上，荧光强度减弱的因素很多，比如环境ph的变化，材料自身的分解以及环境污染物的引入等，相反，荧光强度的增加是需要特定情况的，在检测时具有更高的准确度。

技术实现要素：

为了解决上述的技术问题，本申请的目的是提供一种下转换核壳纳米晶材料，通过热分解法、表面修饰以及fe³⁺离子包覆工艺获得了na5lu9f32@ce/sm:nagdf4@fe³⁺核壳纳米晶，实现了水杨酸的荧光增强型选择性定量检测。这种检测方法具有响应快、空间分辨率高以及准确度高的优势，具有很好的应用前景。

为了实现上述的目的，本申请采用了以下的技术方案：

一种下转换核壳纳米晶材料，该纳米晶材料的纳米晶分子式如下：na5lu9f32@ce/sm:nagdf4@fe³⁺。

优选，该纳米晶材料为水溶性纳米晶材料，其由油性纳米晶材料首先通过盐酸溶液处理去除表面的油酸配体，再通过静电吸附表面吸附fe³⁺离子。

优选，na5lu9f32@ce/sm:nagdf4@fe³⁺纳米晶为na5lu9f32@20ce/8sm:nagdf4@fe³⁺。

进一步，本申请提供了一种下转换核壳纳米晶材料的制备方法，该方法包括以下的步骤：

1）3毫摩尔三氟乙酸镥，2毫摩尔三氟乙酸钠，10毫升油酸与30毫升十八烯加入到三口烧瓶中，在120℃保温40分钟，然后迅速升温至310℃并保温60分钟；

2）产物用乙醇和环己烷的混合液洗涤3-5次，所得核纳米晶存于4毫升环己烷备用；

3）4毫升含有na5lu9f32核纳米晶的环己烷溶液，10毫升油酸与30毫升十八烯加入到三口烧瓶中，在120℃保温10分钟，然后加入0.72毫摩尔三氟乙酸钆，0.2毫摩尔三氟乙酸铈，0.08毫摩尔三氟乙酸钐与1毫摩尔三氟乙酸钠，在120℃保温40分钟，然后迅速升温至310℃并保温60分钟；

4）产物用乙醇和环己烷的混合液洗涤3-5次，所得核壳纳米晶存于4毫升环己烷备用。

优选，该方法还包括以下表面处理步骤：将4毫升含有核壳纳米晶的环己烷溶液加入到1-3ml乙醇与0.2mol/lhcl0.5-1ml的混合液中，将混合液超声5-10min，然后加入氯化铁，室温搅拌12小时，用乙醇洗涤并离心获得表面fe³⁺包覆的核壳纳米晶。

进一步，本申请提供了所述纳米晶材料在水杨酸检测中的应用。

进一步，本申请提供了一种水杨酸荧光检测试剂盒，该试剂盒包括所述的纳米晶材料。

本文首先采用热分解法制备出立方相na5lu9f32@ce/sm:nagdf4下转换核壳纳米晶，再通过盐酸溶液处理去除表面配体，最后通过静电吸附作用使纳米晶表面吸附fe³⁺离子。由于fe³⁺离子能够明显抑制ce³⁺离子对紫外光吸收效率，导致纳米晶的发光明显减弱。然而当纳米晶溶液中加入水杨酸后，水杨酸表面的羧基与fe³⁺离子的结合能力远大于静电吸附作用，因而fe³⁺倾向于与静电吸附作用结合而脱离纳米晶表面，最终导致纳米晶恢复明亮的下转换发光，其发光强度与水杨酸的浓度密切相关，通过拟合sm³⁺离子的荧光强度与水杨酸的关系曲线，能够很好地应用于水杨酸的定量检测。

附图说明

图1（a）和（b）分别为产物的xrd图谱和透射电子显微镜图。

图2（a）na5lu9f32@ce/sm:nagdf4纳米晶在紫外光激发条件下的下转换发射谱，（b）产物的发光强度随敏化离子ce³⁺浓度变化的关系曲线，（c）产物的发光强度随激活离子sm³⁺浓度变化的关系曲线。

图3na5lu9f32@ce/sm:nagdf4@fe³⁺纳米晶在不同fe³⁺离子包覆浓度下的荧光光谱图。

图4ce/sm:nagdf4@na5lu9f32@fe³⁺纳米晶在不同fe³⁺离子包覆浓度下的荧光光谱图。

图5sm³⁺离子的荧光强度与水杨酸浓度的关系曲线。

图6na5lu9f32@ce/sm:nagdf4核壳纳米晶在不同水杨酸浓度条件下的荧光光谱图。

具体实施方式

1实验部分

1.1主要仪器和试剂：三氟乙酸镥(99.9%)，三氟乙酸钠(99.0%)，三氟乙酸铈(99.0%)，三氟乙酸钐(99.0%)，三氟乙酸钆(99.9%)，油酸，十八烯与氯化铁购买于sigma-aldrich公司，无水乙醇，环己烷和盐酸购买于国药集团化学试剂有限公司。

1.2na5lu9f32@ce/sm:nagdf4核壳纳米晶的制备

na5lu9f32核纳米晶的制备，3毫摩尔三氟乙酸镥，2毫摩尔三氟乙酸钠，10毫升油酸与30毫升十八烯加入到三口烧瓶中，在120^oc保温40分钟，然后迅速升温至310^oc并保温60分钟。产物用乙醇和环己烷的混合液洗涤3-5次，所得核纳米晶存于4毫升环己烷备用。

na5lu9f32@ce/sm:nagdf4核壳纳米晶的制备，以na5lu9f32@20ce/8sm:nagdf4为例，4毫升含有na5lu9f32核纳米晶的环己烷溶液，10毫升油酸与30毫升十八烯加入到三口烧瓶中，在120^oc保温10分钟，然后加入0.72毫摩尔三氟乙酸钆，0.2毫摩尔三氟乙酸铈，0.08毫摩尔三氟乙酸钐与1毫摩尔三氟乙酸钠，在120^oc保温40分钟，然后迅速升温至310^oc并保温60分钟。产物用乙醇和环己烷的混合液洗涤3-5次，所得核壳纳米晶存于4毫升环己烷备用。

不同浓度的离子掺杂样品，通过改变前驱溶液中相应的离子浓度来实现。

核壳纳米晶表面包覆fe³⁺：将4毫升含有核壳纳米晶的环己烷溶液加入到1-3ml乙醇与hcl（0.2mol/l,0.5-1ml）的混合液中，将混合液超声5-10min，然后加入氯化铁，室温搅拌12小时，用乙醇洗涤并离心获得fe³⁺包覆的核壳纳米晶表面。

1.3表征仪器和方法

x射线衍射图谱(brukerd8advance，cu-kα(λ=1.5405å))，透射电子显微镜(tem,feitecnaig2f20)，光谱仪(flurohub-b,horibajobinyvon)。

x射线衍射样品的制备：将烘干的纳米晶铺满样品支架的凹槽；

透射电子显微镜样品的制备：将每次合成的全部纳米晶溶于4毫升乙醇溶液中，超声5分钟后，滴3-6滴液体于超薄碳膜上。

水杨酸的检测方法：将fe³⁺包覆的核壳纳米晶溶于去离子水中，分成若干组，每组中加入不同浓度的水杨酸，通过荧光光谱仪表征其荧光变化的性能，并拟合出标准曲线。

2.数据分析与讨论

na5lu9f32@ce/sm:nagdf4@fe³⁺纳米晶的x射线衍射图谱如图1a所示，所有衍射峰均与标准pdf卡片jcpds27-0725号一一对应，且无多余的衍射峰，表明我们得到的产物为纯立方相。透射电子显微镜分析结果表明产物为无规则薄片状，分散性良好。zeta电位分析表明盐酸处理的水性na5lu9f32@ce/sm:nagdf4纳米晶表面带负电荷，而产物的这种薄片装形状具有大比表面积，有利于吸附更多的阳离子。此外，表面改性并不改变纳米晶的结构、形貌与光学性能。

在紫外光激发条件下，产物na5lu9f32@ce/sm:nagdf4纳米晶表现出很强的下转换发光（图2a），对应于sm³⁺离子⁴g5/2→⁶hj（j=5/2，7/2，9/2，11/2）的跃迁。其发光过程首先是铈离子吸收入射光子能量，经gd³⁺离子点阵传递给sm³⁺离子的激发态能级，填充⁴f7/2，⁴g7/2，⁴f3/2能级，这些激发态能级上的电子无辐射弛豫到⁴g5/2能级，并在返回基态过程中发射可见光。为了获得最优发光效率，我们比较了不同ce³⁺离子与sm³⁺离子浓度掺杂的样品。随着敏化离子ce³⁺浓度从10增到20mol%，纳米晶的吸收能力增大，因此发光强度显著增强，当ce³⁺离子浓度超过20mol%，敏化离子与激活离子之间的无辐射交叉弛豫几率增大，导致发光强度下降（图2b）；与之类似，sm³⁺离子的最佳掺杂浓度约为8mol%（图2c）。

如图3所示，纳米晶表面包覆fe³⁺过程中，当加入fe³⁺离子的量为0.5毫摩尔时，发光强度已经非常微弱，因此后续检测用的na5lu9f32@ce/sm:nagdf4@fe³⁺纳米晶中，fe³⁺离子原料的使用量均为0.5毫摩尔。以上荧光淬灭的机理是：na5lu9f32@ce/sm:nagdf4纳米晶表面带负电荷，且薄片状的形状具有很大的比表面积，能够吸附大量的fe³⁺离子，而fe³⁺离子能够减弱ce³⁺离子在紫外区域的吸收效率，进而淬灭sm³⁺离子的发光。

我们进一步研究了ce/sm:nagdf4在核与壳层中的荧光强度与fe³⁺吸附浓度的关系。如图4所示，当ce/sm:nagdf4纳米晶在核中时，fe³⁺离子吸附浓度为0.5毫摩尔时，sm³⁺离子的荧光强度减弱幅度约30%。这一结果表明激活离子位于壳层中，直接与fe³⁺离子大面积接触，更有利于抑制ce³⁺离子在紫外区域的吸收效率，从而大幅降低激活离子的荧光强度。

如图5所示，在na5lu9f32@ce/sm:nagdf4@fe³⁺纳米晶溶液中，逐渐加入水杨酸，sm³⁺离子的下转换发光强度逐渐恢复，其恢复的程度与水杨酸的浓度密切相关，通过拟合sm³⁺离子的下转换发光强度与水杨酸浓度的关系曲线，能够很好地应用于水杨酸的定量检测。通过线性拟合可以得到斜率约为216.9，具有很高的检测灵敏度。此外，通常情况下，导致稀土离子荧光强度减弱的因素非常多，比如溶液浑浊度引起吸光度的减弱，纳米晶稳定性破坏或者环境中酸碱度的影响等等，因此常规的荧光淬灭型探针材料在检测时误差大，且难以实现高选择性检测，本文涉及的探针材料属于荧光增强型探针，具有很好的准确度，在生物医学领域具有很好的应用前景。

为了证明纳米晶表面吸附fe³⁺离子的重要性，我们以na5lu9f32@ce/sm:nagdf4核壳纳米晶为探针材料，验证了其水杨酸的检测效果。如图6所示，在na5lu9f32@ce/sm:nagdf4核壳纳米晶溶液中加入不同浓度的水杨酸，sm³⁺离子的荧光强度基本保持不变，说明水杨酸本身不能导致sm³⁺离子的荧光淬灭。为了证明本文设计的探针材料具有选择性，在na5lu9f32@ce/sm:nagdf4@fe³⁺核壳纳米晶溶液中加入不同的离子，如k⁺，na⁺或ca²⁺，sm³⁺离子的下转换发光强度仍然非常微弱，表明只有纳米晶表面连接的fe³⁺与水杨酸结合以后，sm³⁺离子的下转换发光强度才能恢复。

3.结论

我们通过热分解法、表面修饰以及fe³⁺离子包覆工艺获得了na5lu9f32@ce/sm:nagdf4@fe³⁺核壳纳米晶。研究结果表明，ce³⁺离子在紫外区域的吸收效率受表面fe³⁺离子的抑制，导致sm³⁺离子的发光强度显著下降，而当纳米晶分散的溶液中加入水杨酸后，水杨酸与纳米晶表面的fe³⁺离子充分结合，使fe³⁺离子对ce³⁺离子在紫外区域吸收效率的抑制作用减弱，sm³⁺离子的发光强度逐渐恢复，能够实现水杨酸的选择性定量检测。这种荧光增强型检测方法具有响应快、空间分辨率高以及准确度高的优势，具有很好的应用前景。

以上为对本申请实施例的描述，通过对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的。本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施列，而是要符合与本文所公开的原理和新颖点相一致的最宽的范围。

参考文献

[1]q.h.yu,y.zhao,l.h.huang,j.w.sun,d.q.jin,y.shu,q.xu,x.y.hu,analyticalmethods,2020,12,3892-3900.

[2]l.l.yang,s.y.zou,y.h.fu,w.li,x.p.wen,p.y.wang,z.c.wang,g.p.ouyang,z.li,s.yang,journalofagriculturalandfoodchemistry,2020,68,4285-4291.

[3]h.hammani,a.hrioua,s.aghris,s.lahrich,s.saqrane,m.bakasse,a.elmhammedi,2020,240,122111.

[4]x.y.yang,y.gao,z.p.ji,l.b.zhu,c.yang,y.zhao,y.shu,d.q.jin,q.xin,w.w.zhao,analyticalchemistry,2019,91,9356-9360.

[5]p.y.wang,x.luo,l.l.yang,y.c.zhao,r.dong,z.li,s.yang,chemicalcommunications,2019,55,7691-7694.

[6]a.kumar,j.manam,journalofalloysandcompounds,2020,829,154610.

[7]a.pal,k.ahmad,d.dutta,a.chattopadhyay,chemphyschem,2019,20,1018-1027.

[8]y.l.t.ngo,j.s.chung,s.h.hur,dyesandpigments,2019,168,180-188.

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