[发明专利]空心多孔硅球包覆量子点荧光传感器的制备及其应用

说明书

技术领域

本发明属于材料科学与工程和现代光学传感技术领域，涉及到空心多孔硅球包覆量子点荧光复合材料的制备方法及其应用。该荧光传感器对甲醛具有良好的响应，适用于生物、食品、环境等复杂样品中痕量甲醛的分析检测。

背景技术

近十年来，荧光传感器具有高灵敏度、高选择性、操作简捷等优点，在食品、生物、环境、化工等领域应用越来越广泛；基于荧光猝灭作用设计的各种荧光传感器是其中一个重要研究方向，而传感新材料作为材料科学和分析化学的交叉结合点备受关注。

量子点(QDs)是主要由II-VI族或III-V族元素组成的半导体，它具有宽的激发光谱、窄的发射光谱、高的荧光量子产率和寿命长等特殊的性质，是一种比荧光染料分子更理想的生物探针，在基因组学、蛋白质组学、分子生物学、生物化学等方面已得到广泛应用。为提高量子点的生物相容性和稳定性，通常采用硅烷化等表面修饰方法或将量子点适当包埋等方式对其进行改性。

多孔材料是具有规则排列、大小可调的孔道结构，它具有独有的机械、吸附、渗透、光电及生物活性等特点。其中介孔二氧化硅具有优越的光学透明性、良好的生物相容性、高的渗透性等优点，在靶向药物、生物富集与分离、磁热疗、固定化酶、大分子催化、吸附分离等领域有良好的应用前景。为提高介孔二氧化硅的负载量，Zhang等人通过采用自模板法合成具有内部空腔的多孔二氧化硅，为纳米颗粒提供大的附着空间，提升它的负载能力并扩大其应用范围；Li等人利用空心多孔二氧化硅作为一种多功能的纳米接受器，成功地捕获纳米小颗粒。

甲醛是一种重要的工业原料，也是常用的防腐剂和消毒剂，已被世界卫生组织确定为致癌、致畸物质和潜在的强致突变物。近年来室内空气、水产品、食品和环境水中的甲醛危害已引起了人们的广泛关注。结合量子点良好的荧光性能和多孔二氧化硅介孔材料的多孔性、吸附性、可修饰性，开展多孔空心二氧化硅包覆量子点荧光传感器的研制并应用于环境、食品中微量甲醛的检测具有重要的理论意义和实用价值。

发明内容

本发明针对环境食品等领域对微量甲醛快速检测所需荧光传感器的需求，结合目前国内外基于量子点和介孔材料研究的发展趋势，提供一种新的空心多孔硅球包覆量子点荧光传感器的制备方法。

本发明通过以下技术方案实现：

一种空心多孔硅球包覆量子点荧光传感器的制备方法，按以下步骤制备：

(1)采用水相法制备CdTe量子点胶体；

(2)采用法，以正硅酸乙酯为原料制备单分散SiO₂微球；微球在非离子型高分子化合物保护下加入碱性蚀刻剂，制得空心多孔SiO₂微球；

(3)将步骤(2)制得的空心多孔SiO₂微球用氨基硅烷偶联剂进行修饰；

(4)向步骤(1)制得的量子点胶体溶液中加入步骤(3)中所制备的修饰后的空心多孔SiO₂微球，避光反应，制得空心多孔硅球包覆量子点材料，即为所述空心多孔硅球包覆量子点荧光传感器。

进一步地，所述步骤(1)中，以水相法制备的CdTe量子点，其粒径范围为1-4nm。

进一步地，所述步骤(3)中，所述氨基硅烷偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷，所述空心多孔硅球和氨丙基三乙氧基硅烷的摩尔比为1:3。

进一步地，所述步骤(4)具体为：分别加入量子点和氨基化空心多孔硅球在乙醇水溶液中，避光反应24h，其中乙醇水溶液的体积分数为60-70％，每毫升量子点溶液中加入氨基化空心多孔硅球2mg。

本发明的内容还包括按照上述方法制备获得的空心多孔硅球包覆量子点荧光传感器。

进一步地，当所述空心多孔硅球包覆量子点荧光传感器的浓度为1mg/mL时，在碱性条件下对甲醛具有选择性猝灭作用。

进一步地，所述空心多孔硅球包覆量子点材料传感器在超声波作用和室温静置等条件下具有良好的稳定性，30天内其荧光性能基本不变。

本发明的内容还包括所述的空心多孔硅球包覆量子点荧光传感器，在复杂样品中痕量甲醛的分析检测的应用。

进一步地，所述复杂样品为环境水样或水产品等。

进一步地，所述的空心多孔硅球包覆量子点荧光传感器对水产品中甲醛的检出限为0.07mg/L。