一種基于MWCNTs-QDs的納米熒光仿生傳感器及其制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種基于MWCNTs-QDs的納米熒光仿生傳感器及其制備方法，以MWCNTs-QDs納米復合材料為載體，BSA為模板分子，制備特異性識別BSA的納米仿生傳感器。制備：制備水溶性CdTe/CdS核殼結構量子點和PEI-MWCNTs；然后將CdTe/CdS量子點負載到PEI-MWCNTs表面得到MWCNTs-QDs；以MWCNTs-QDs為基體，利用sol-gel反應在其表面修飾BSA印跡的分子印跡聚合物。本方法采用表面印跡的方式合成的納米熒光傳感器有效識別位點多，且接近表面，比表面積大，易于選擇性識別模板分子。
【專利說明】-種基于MWCNTs-QDs的納米熒光仿生傳感器及其制備方 法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于仿生傳感器及其制備領域，特別涉及一種基于MWCNTs-QDs的納米熒 光仿生傳感器及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 分子印跡技術是根據自然界中抗原和抗體間特異性分子識別原理，采用人工方法 制備對特定目標分子（印跡分子或稱模板分子）具有特異選擇性和親和性聚合物的技術。 基于分子印跡技術制備的分子印跡聚合物具有與模板分子相匹配的三維印跡孔穴結構即 分子識別位點。最近十幾年來，分子印跡技術特別是在合成技術、應用領域、理論研究等方 面獲得了突飛猛進的發展，分子印跡聚合物作為一種新型分子識別材料，其特有的構型預 定性、特異識別性以及廣泛實用性使其被廣泛應用于色譜固定相、固相萃取、膜分離、免疫 分析、信號傳導、抗體模擬以及藥物緩釋等多個領域。
[0003] 碳納米管（carbon nanotube，CNT)作為一種重要而有代表性的納米材料，近年來 在納米醫學領域有著廣泛的應用研究。超支化聚合物聚乙烯亞胺修飾碳納米管不僅可以提 高其分散性，還能引入一些活性官能團，從而降低其毒性，增加生物相容性等。除了單一的 碳納米管具有廣泛的應用前景外，近年來以碳納米管為載體負載量子點構建的新型熒光標 識物也受到廣泛的關注。量子點（Quantum dot，QD)是一種半徑小于或接近于激子波爾半徑 的半導體納米晶，能夠被紫外區到紅外區的任一波長的光激發，發射熒光，即具有光致發光 的特性。與有機熒光染料相比，其激發光波長寬、發射光譜窄而對稱、熒光穩定性好、量子產 率高等一系列優異的光學性質。以親水性化合物為修飾劑制備的量子點由于可以進行生物 偶聯因而被直接用于生物領域。
【發明內容】
[0004] 本發明所要解決的技術問題是提供一種基于MWCNTs-QDs的納米熒光仿生傳感器 及其制備方法，本發明與傳統的分子印跡聚合物相比，采用表面印跡的方式合成的納米熒 光傳感器有效識別位點多，且接近表面，比表面積大，易于選擇性識別模板分子。
[0005] 本發明的一種基于MWCNTs-QDs的納米熒光仿生傳感器，以MWCNTs-QDs納米復合 材料為載體，BSA為模板分子，結合分子印跡技術的高選擇性和MWCNTs-QDs的熒光特性制 備特異性識別BSA的納米仿生傳感器。
[0006] 本發明的一種基于MWCNTs-QDs的納米熒光仿生傳感器的制備方法，包括：
[0007] (1)將鎘源、穩定劑溶于雙蒸水中，調節pH為8. 5-9. 5,然后在攪拌條件下通氮 氣20-30min，得到Cd2+前驅液；其中鎘源、穩定劑、雙蒸水的比例關系為0. 125-0. 25mmol : 0.3-0. 6mmol ：100-200mL ；
[0008] (2)將碲源加入上述Cd2+前驅液中，然后在100°C下，通氮氣回流60-120min，提 純，復溶于雙蒸水中，得到CdTe量子點溶液；其中Cd 2+ :穩定劑：締源的摩爾濃度比為1-2 : 2. 4-4. 8：1-2；
[0009] (3)將鎘源、硫代乙酰胺TAA、穩定劑溶于雙蒸水中，調節pH為8. 5-9. 5,攪拌下 通氮氣30min，得到CdS包殼溶液，然后加入步驟（2)所得溶液，在KKTC下通氮氣回流 60-120min，提純，復溶于雙蒸水中，得到CdTe/CdS核殼結構量子點溶液；其中鎘源、TAA、穩 定劑、雙蒸水的比例關系為：〇· 125-0. 25mmol :0· 125-0. 25mmol :0· 6-1. 2mmol :200ml ;其中 CdS包殼溶液中Cd2+ :穩定劑：S2_的摩爾濃度比為1-2 :4. 8-9. 6 :1-2 ;
[0010] (4)將MWCNTS-C00H、催化劑加入溶劑中，超聲3h，然后加入PEI，超聲反應24h，透 析，得到 PEI-MWCNTs ;其中 MWCNTs-COOH、催化劑、溶劑、PEI 的比例為 0. 1-0. 2g :0. 1-0. 2g : 10-20mL ：0. 15-0. 3g ；
[0011] (5)將CdTe/CdS核殼結構量子點、交聯劑加入雙蒸水中，超聲3h，然后再加 入PEI-MWCNTs，超聲反應24h，透析，即得碳納米管-碲化鎘/硫化鎘納米復合材料 MWCNTs-CdTe/CdS ;其中CdTe/CdS核殼結構量子點、交聯劑、PEI-MWCNTs的質量比為 0. 01-0. 02 ：0. 04-0. 08 ：0. 02-0. 04 ；
[0012] (6)將牛血清蛋白BSA、MWCNTs-CdTe/CdS、氨丙基三乙氧基硅烷APTES混合，攪拌 20-30min，加入正硅酸乙酯TE0S和氨水，室溫條件下繼續攪拌8-10h，離心洗滌，洗脫，即得 MWCNTs-QDs的納米熒光仿生傳感器；其中牛血清蛋白BSA、MWCNTs-CdTe/CdS、APTES、TEOS、 ΝΗ3 · H20 的比例關系為 10-20mg : 10-20mg :40-80 μ L :60-120 μ L : 100-200 μ L。
[0013] 所述步驟（1)、（3)中鎘源為CdCl2 · 2. 5Η20 ;穩定劑為巰基丙酸MPA ;調節pH所用 試劑為lMNaOH。
[0014] 所述步驟（2)中碲源為NaHTe。
[0015] 所述碲源NaHTe的具體制備方法為：將0· 75mmol NaBH4和0· 375mmol Te粉加入 12ml雙蒸水中，60°C油浴中反應30-60min，反應所得到的溶液過0. 22 μ m濾膜濾掉反應產 生的沉淀從而得到較純凈的NaHTe溶液；其中Te粉含量為99. 9%、規格為200目。
[0016] 所述步驟（2)、（3)中提純具體為：先濃縮至原體積的1/4,逐滴加入異丙醇再離心 得到沉淀。
[0017] 所述步驟⑷中催化劑為1-乙基-(3-二甲氨基丙基）碳酰二亞胺鹽酸鹽 EDC · HC1，溶劑為二甲基亞砜DMS0。
[0018] 所述步驟（4)、（5)中透析所用透析液為0. 2M NaH2P04和0. 2M Na2HP04。
[0019] 所述步驟（5)中交聯劑為EDC .HCl/NHS，其中EDC .HCUNHS質量比為0. 02-0. 04 : 0. 02_0. 04。
[0020] 所述步驟（6)中牛血清蛋白BSA的分子量為67kDa，等電點pi = 4. 9。
[0021] 所述步驟（6)中氨水的質量體積百分濃度為25%。
[0022] 所述步驟（6)中離心洗滌為離心去除上清，并用雙蒸水多次洗滌以除去體系中為 反應的單體。
[0023] 所述步驟（6)中洗脫為用0. 5%曲拉通X-100進行洗脫分子印跡聚合物中的模板 蛋白，重復多次直到洗脫完全即洗脫液中在280nm處無紫外吸收。
[0024] 本發明以碳納米管-量子點（MWCNTs-QDs)納米復合材料為基體，結合分子印跡技 術和sol-gel技術在其表面制備對模板分子具有特異性識別作用的分子印跡聚合物。首先 分別制備PEI修飾的MWCNTs和巰基丙酸MPA修飾的CdTe/CdS核殼結構量子點；然后以共 價鍵將CdTe/CdS量子點負載到碳納米管表面得到具有較強熒光發射的MWCNTs-QDs納米復 合材料；再以所制備的納米復合材料為基體，通過sol-gel技術在其表面制備一層分子印 跡聚合物。本方法制備的納米熒光傳感器結合了分子印跡聚合物對模板分子的高選擇性， 量子點穩定且優異的熒光性能和碳納米管較高的傳質效能。該熒光傳感器對模板蛋白具有 較高的選擇性和靈敏性，并且這種選擇性能很好地通過Stern-Volmer公式進行線性擬合， 表明通過本方法能成功制備性能優異的納米熒光仿生傳感器。
[0025] 有益效果
[0026] (1)本發明以MWCNTs-QDs納米復合材料為載體，利用sol-gel反應在其表面修飾 BSA印跡的分子印跡聚合物Si02，結合了分子印跡聚合物的高選擇性和MWCNTs-QDs熒光響 應的1?靈敏性；
[0027] (2)本發明與傳統的分子印跡聚合物相比，采用表面印跡的方式合成的納米熒光 傳感器有效識別位點多，且接近表面，比表面積大，易于選擇性識別模板分子。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028] 圖1為材料的透射電鏡圖片，其中A為實施例1的CdTe/CdS核殼結構量子點，B為 實施例2的PEI-MWCNTs，C為實施例2的MWCNTs-QDs，D為實施例3的BSA印跡的納米熒光 材料；
[0029] 圖2為材料的熒光發射光譜，其中A為實施例1的CdTe/CdS量子點；B為實施例2 的MWCNTs-QDs，C為實施例3的BSA印跡納米熒光材料，D為實施例3的非印跡納米材料；
[0030] 圖3為實施例4中BSA印跡納米熒光材料對模板蛋白BSA的熒光響應；其中插圖 為Stern-Volmer擬合方程；
[0031] 圖4為實施例4中非印跡納米熒光材料對模板蛋白BSA的熒光響應；其中插圖為 Stern-Volmer 擬合方程。
【具體實施方式】
[0032] 下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明 而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人 員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定 的范圍。
[0033] 實施例1
[0034] (l)NaHTe 溶液的制備：將 0· 75mmol NaBH4 和 0· 375mmol Te 粉加入 12ml 雙蒸水中， 60°C油浴中反應30-60min，反應所得到的溶液過0. 22 μ m濾膜濾掉反應產生的沉淀從而得 到較純凈的NaHTe溶液。
[0035] (2)MPA 修飾的 Cd2+ 前驅液的制備：將 0· 25mmol CdCl2 · 2. 5H20, 52 μ L(0. 6mmol) MPA溶于200mL雙蒸水中，并用1M NaOH調pH為8. 5,攪拌下通氮氣30min得到MPA穩定劑 修飾的Cd2+前驅液。
[0036] (3)CdTe量子點的制備：取4ml新制備的NaHTe加入到步驟（2)得到的Cd2+前驅 液中，KKTC下通氮氣回流60min得到CdTe量子點溶液，將其濃縮至原體積的1/4,逐滴加 入異丙醇再離心得到沉淀，將得到的沉淀復溶于一定體積的雙蒸水中備用；其中Cd 2+ :穩定 劑：s2_的摩爾濃度比為2 :4. 8 :1。
[0037] (4)CdS包殼溶液的配制：將0· 25mmol CdCl2 ·2· 5H20, 0· 25mmol TAA和 1. 2mmol MPA 溶于200mL雙蒸水中，用1M NaOH調pH為8. 5,攪拌下通氮氣30min得到CdS包殼溶液；其 中CdS包殼溶液中Cd2+ :穩定劑：S2_的摩爾濃度比為1 :4. 8 :1。
[0038] (5)CdTe/CdS核殼結構量子點的制備：將實施例1步驟（3)得到的CdTe加入到CdS 包殼溶液中，100°c下通氮氣回流120min得到CdTe/CdS核殼結構量子點溶液，將其濃縮至 原體積的1/4,逐滴加入異丙醇再離心得到沉淀，將得到的沉淀復溶于一定體積的雙蒸水中 備用。
[0039] (6)圖1A所示為所獲得的水溶性CdTe/CdS核殼結構量子點的透射電鏡圖片，從圖 中可以看出量子點大小均一，且粒徑約為7-9nm。
[0040] (7)如圖2A所示，所獲得的水溶性CdTe/CdS核殼結構量子點熒光發射峰波長為 569nm，且半峰寬較窄，說明粒徑分布均勻。
[0041] 實施例2
[0042] (1)將 0· 2g 的 MWCNTs-COOH, 0· 2g 的 EDC · HC1 加入到 20mL DMS0 中超聲反應 3h， 以活化碳納米管上的羧基。
[0043] (2)向上述體系中加入0.3g的PEI，超聲反應24h。
[0044] (3)利用透析除去體系中未反應的雜質即可得到PEI-MWCNTs。
[0045] (4)將 0· 02g 的 CdTe/CdS, 0· 04g 的 EDC .HC1，0· 04g 的 NHS 加入到 20mL 雙蒸水中 并超聲反應3h，以活化量子點表面的羧基。
[0046] (5)再向上述體系中加入0· 04g的PEI-MWCNTs，超聲反應24h，使量子點表面的羧 基和碳納米管表面的氨基充分反應。
[0047] (6)利用透析法除去體系中未反應的化合物即可得到MWCNTs-CdTe/CdS。
[0048] (7)圖1B為PEI-MWCNTs透射電鏡圖片，從B圖中可以看出MWCNTs表面均勻包覆 一層PEI，說明PEI能很好地通過共價鍵連接到碳納米管表面。
[0049] (8)圖1C為MWCNTs-QDs透射電鏡圖片，從圖中可以看出CdTe/CdS量子點能很好 的通過共價鍵負載到PEI-MWCNTs表面。
[0050] (9)如圖2B所示，所獲得的MWCNTs-QDs納米復合材料具有較高的熒光強度，熒光 發射峰波長為573nm。
[0051] 實施例3
[0052] (1)將 20mg 模板蛋白 BSA，20mg MWCNTs-QDs, 80uL APTES 和 20mL 雙蒸水加入到反 應容器中，并攪拌反應30min。
[0053] (2)繼續向反應容器中加入 120uL TE0S 和 200yL NH3 · H20((w/v)25% )，25°C 下 反應12h。
[0054] (3)將反應所得到的產物離心去除上清，并用雙蒸水多次洗滌以除去體系中為反 應的單體。然后用〇. 5% Tri洗脫分子印跡聚合物中的模板蛋白，重復多次直到洗脫完全 (上清液在280nm處無紫外吸收）即可得到納米熒光仿生傳感器。
[0055] (4)非印跡的對照材料在制備時不加入模板蛋白BSA，其它操作與上述均相同。
[0056] (5)圖1D為BSA印跡納米材料透射電鏡圖片。
[0057] (6)如圖2C所示，所制備的BSA印跡納米材料具有較高的熒光強度，熒光發射峰波 長為581nm。
[0058] (7)如圖2D所示，所制備的BSA非印跡納米材料熒光發射峰波長為580nm。
[0059] 實施例4
[0060] (1)分別稱取印跡和非印跡納米材料20mg加入到20mL緩沖液中，超聲20min使納 米材料均勻分散在緩沖液中。
[0061] (2)分別取一定體積的探針溶液和對照材料溶液于多個離心管中，再向其中加入 一系列濃度的蛋白溶液，然后置于搖床中孵化一定時間后測不同溶液的熒光發射峰波長及 強度。
[0062] (3)圖3是BSA印跡的納米熒光傳感器對模板分子BSA的識別性能的熒光表征。 從圖中可以看出隨著模板蛋白濃度升高，熒光探針的熒光強度逐漸被淬滅。淬滅過程可以 很好地通過Stern-Volmer公式進行線性擬合，計算得到淬滅常數為0. 5348。
[0063] (4)圖4是非印跡的納米熒光傳感器對模板分子BSA的識別性能的熒光表征。從 圖中可以看出隨著模板蛋白濃度升高，突光探針的突光強度被淬滅。通過Stern-Volmer公 式線性擬合后得到淬滅常數為0. 1281，遠小于印跡材料的淬滅常數0.5348,說明印跡后的 納米材料對模板蛋白具有良好的識別行為，并且識別過程可以通過熒光強度變化來描述。
【權利要求】
1. 一種基于MWCNTs-QDs的納米熒光仿生傳感器，其特征在于：以MWCNTs-QDs納米復 合材料為載體，BSA為模板分子，制備特異性識別BSA的納米熒光仿生傳感器。
2. -種基于MWCNTs-QDs的納米熒光仿生傳感器的制備方法，包括： (1) 將鎘源、穩定劑溶于雙蒸水中，調節pH為8. 5-9. 5,然后在攪拌條件下通氮氣 20-30min，得到Cd2+前驅液；其中鎘源、穩定劑、雙蒸水的比例關系為0. 125-0. 25mmol : 0.3-〇. 6mmol ：100-200mL ； (2) 將碲源加入上述Cd2+前驅液中，然后在100°C下，通氮氣回流60-120min，提純， 復溶于雙蒸水中，得到CdTe量子點溶液；其中Cd2+ :穩定劑：碲源的摩爾濃度比為1-2 : 2. 4-4. 8：1-2； (3) 將鎘源、硫代乙酰胺TAA、穩定劑溶于雙蒸水中，調節pH為8. 5-9. 5,攪拌下通氮氣 30min，得到CdS包殼溶液，然后加入步驟（2)所得溶液，在100°C下通氮氣回流60-120min， 提純，復溶于雙蒸水中，得到CdTe/CdS核殼結構量子點溶液；其中鎘源、TAA、穩定劑、雙蒸 水的比例關系為：〇. 125-0. 25mmol :0. 125-0. 25mmol :0. 6-1. 2mmol :200ml ;其中 CdS 包殼 溶液中Cd2+ :穩定劑：S2_的摩爾濃度比為1-2 :4. 8-9. 6 :1-2 ; (4) 將MWCNTs-COOH、催化劑加入溶劑中，超聲3h，然后加入PEI，超聲反應24h，透析， 得到 PEI-MWCNTs ;其中 MWCNTs-COOH、催化劑、溶劑、PEI 的比例為 0. 1-0. 2g :0. 1-0. 2g : 10-20mL ：0. 15-0. 3g ； (5) 將CdTe/CdS核殼結構量子點、交聯劑加入雙蒸水中，超聲3h，然后再加 入PEI-MWCNTs，超聲反應24h，透析，即得碳納米管-碲化鎘/硫化鎘納米復合材料 MWCNTs-CdTe/CdS ;其中CdTe/CdS核殼結構量子點、交聯劑、PEI-MWCNTs的質量比為 0. 01-0. 02 ：0. 04-0. 08 ：0. 02-0. 04 ； (6) 將牛血清蛋白BSA、MWCNTs-CdTe/CdS、氨丙基三乙氧基硅烷APTES混合，攪拌 20-30min，加入正硅酸乙酯TE0S和氨水，室溫條件下繼續攪拌8-10h，離心洗滌，洗脫，即得 MWCNTs-QDs的納米熒光仿生傳感器；其中牛血清蛋白BSA、MWCNTs-CdTe/CdS、APTES、TEOS、 ΝΗ3 · H20 的比例關系為 10-20mg : 10-20mg :40-80 μ L :60-120 μ L : 100-200 μ L。
3. 根據權利要求2所述的一種基于MWCNTs-QDs的納米熒光仿生傳感器的制備方法，其 特征在于：所述步驟（1)、⑶中鎘源為CdCl 2 · 2. 5H20 ;穩定劑為巰基丙酸MPA ;調節pH所 用試劑為lMNaOH。
4. 根據權利要求2所述的一種基于MWCNTs-QDs的納米熒光仿生傳感器的制備方法，其 特征在于：所述步驟（2)中碲源為NaHTe。
5. 根據權利要求2所述的一種基于MWCNTs-QDs的納米熒光仿生傳感器的制備方法，其 特征在于：所述步驟（2)、（3)中提純具體為：先濃縮至原體積的1/4,逐滴加入異丙醇再離 心得到沉淀。
6. 根據權利要求2所述的一種基于MWCNTs-QDs的納米熒光仿生傳感器的制備方法， 其特征在于：所述步驟（4)中催化劑為1-乙基-(3-二甲氨基丙基）碳酰二亞胺鹽酸鹽 EDC · HC1，溶劑為二甲基亞砜DMS0。
7. 根據權利要求2所述的一種基于MWCNTs-QDs的納米熒光仿生傳感器的制備方 法，其特征在于：所述步驟（5)中交聯劑為EDC · HC1/NHS，其中EDC · HC1、NHS質量比為 0. 02-0. 04 ：0. 02-0. 04〇
8. 根據權利要求2所述的一種基于MWCNTs-QDs的納米熒光仿生傳感器的制備方法，其 特征在于：所述步驟（6)中牛血清蛋白BSA的分子量為67kDa,等電點pi = 4. 9。
9. 根據權利要求2所述的一種基于MWCNTs-QDs的納米熒光仿生傳感器的制備方法，其 特征在于：所述步驟￠)中氨水的質量體積百分濃度為25%。
10. 根據權利要求2所述的一種基于MWCNTs-QDs的納米熒光仿生傳感器的制備方法， 其特征在于：所述步驟（6)中洗脫為用0. 5%曲拉通X-100進行洗脫至洗脫液中在280nm處 無紫外吸收。
【文檔編號】G01N21/64GK104062275SQ201410293007
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月25日 優先權日:2014年6月25日
【發明者】朱利民, 丁兆強, 聶華麗, 陶磊 申請人:東華大學
專業數控銑床產品供應商
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