绿色合成荧光Ag)检测铜的制备^{2 +}离子和其“接通”为谷胱甘肽传感应用程序

文摘

这里,我们准备了组氨酸-(他的)保护银制备(Ag) nc)微波合成方法。合成过程是快速、简单和环保。356海里激发下,好了Ag nc展出蓝色荧光,荧光发射峰是位于440 nm。Ag nc可以成功检测微量铜(铜^{2 +})离子在水溶液和检测极限(LOD)低至0.6点。有趣的是,Ag nc显示不同pH-dependent铜选择性^{2 +}和铁(Fe^{3 +})离子没有响应其他重金属离子。此外,纯属捏造荧光传感系统是利用检测谷胱甘肽(谷胱甘肽,LOD 0.8 nM)通过使用“接通”荧光恢复Ag nc铜通过添加谷胱甘肽(GSH)^{2 +}ag nc的解决方案。

1。介绍

因为在水中重金属离子会结合其他毒素产生有毒物质,它们可以导致严重的水污染导致破坏性的效果对环境和人类健康。其中,铁(Fe^{3 +})和铜(铜^{2 +})离子的两个重要的重金属离子。对于儿童和成人,摄取过多的铁^{3 +}会导致急性或慢性中毒(铁1- - - - - -3]。过量的铜^{2 +}对大脑神经元有毒性作用,导致严重的疾病,如阿尔茨海默病,威尔逊氏病,帕金森病(4- - - - - -6]。

常规仪器分析方法需要昂贵的仪器和复杂样品准备跟踪测定重金属离子的7]。因此,寻找一种快速、敏感、有选择性的替代方法是最重要的研究对象之一。近年来,荧光纳米材料被广泛用于开发敏感荧光传感探头因其高灵敏度、高选择性和宽测量范围(8- - - - - -13]。银制备(Ag) nc),新颖的荧光纳米材料,已被广泛用作荧光传感探测传感、biorecognition,化学检测、催化因其高稳定性、水溶性好,易修改,良好的生物相容性,强漂白电阻(14- - - - - -17]。Ag nc的各种制备方法,包括紫外线介导的合成和微波合成提出了(18- - - - - -20.]。Ag的nc合成具有不同稳定配体如DNA、蛋白质、肽、氨基酸具有不同的光学性质和应用领域21- - - - - -26]。

检测,许多检测铜的方法^{2 +}使用Ag nc作为调查报告。经刘等人合成Ag nc与PMAA铜的检测^{2 +},检测极限(LOD) 100海里(27]。Na肖等人合成Ag)与谷胱甘肽的检测铜nc^{2 +},LOD 27 nM (28]。Elaheh Babaee等人合成一个dual-emissive比率计nanohybrid探针检测铜的^{2 +},LOD 7.0 nM (9]。上述方法可以检测铜的浓度很低^{2 +},但它仍然是敏感检测铜具有重要意义^{2 +}。

在这个研究中,我们准备了一个Ag nc荧光探针对铜的检测^{2 +}和菲^{3 +}通过改变pH值。Ag nc是使用组氨酸作为稳定剂和还原剂合成微波合成方法。在356 nm激发下,Ag nc溶液显示蓝色荧光的荧光发射峰在440海里。的荧光强度响应Ag nc铜^{2 +}和菲^{3 +}被用来检测信号。一个简单的pH-tuning方法可以实现铜的选择性检测^{2 +}和菲^{3 +}。根据这种方法,Ag nc选择性回复铜^{2 +}和菲^{3 +}分别在pH = 4.3和7。此外,作为一种重要的三肽,谷胱甘肽(GSH)一直是一个流行的检测材料(35- - - - - -37]。由于与硫醇谷胱甘肽债券很容易形成强大的络合铜^{2 +}(29日),我们构建了一个荧光传感系统检测谷胱甘肽。Ag)的荧光恢复了nc形成强大的复杂的谷胱甘肽和铜^{2 +}。它有应用前景的水污染和乳制品检测。

2。材料和方法

2.1。化学物质

硝酸银(AgNO₃,基于“增大化现实”技术),组氨酸(他BR),硝酸(HNO₃、基于“增大化现实”技术)、盐酸(HCl, AR),氯化铜(CuCl₂基于“增大化现实”技术),氯化钡(BaCl₂基于“增大化现实”技术)、氯化钙(CaCl₂基于“增大化现实”技术),氯化铬(CrCl₃基于“增大化现实”技术),氯化铁(FeCl₃,基于“增大化现实”技术),氯化钾(氯化钾,AR),氯化镁(MgCl₂基于“增大化现实”技术),氯化锰(MnCl₂,基于“增大化现实”技术),氯化钠(氯化钠、AR),氯化铅(PbCl₂基于“增大化现实”技术)、氯化铝(AlCl₃基于“增大化现实”技术)、磷酸二氢钠(不₂阿宝₄基于“增大化现实”技术)和磷酸氢二钠(Na₂HPO₄AR)是购自国药控股集团化学试剂有限公司,有限公司减少谷胱甘肽(谷胱甘肽,99%)和四水氯化亚铁(FeCl₂h·4₂从MACKLIN O, AR)购买。使用超纯水在所有实验。

2.2。Ag nc的合成

在实验中,所有的玻璃器皿彻底洗了刚做好的王水(盐酸/ HNO₃3:1),与之前超纯水冲洗。在一个典型的合成、AgNO的水溶液中₃(0.25 M, 1毫升)的混合水溶液中组氨酸(0.125米,100毫升)在室温下,迅速搅拌10分钟。然后混合溶液被加热(700 W, 2450 MHz) 8分钟的微波炉。溶液的颜色由无色变为淡黄色。解决方案之前然后允许冷却到环境温度的进一步净化透析(透析膜的分子质量500 Da) 24 h。透析的解决方案是冷冻干燥获得Ag nc粉和存储在冰箱里为进一步使用。

2.3。设备和表征

荧光发射光谱和激发光谱被记录在FLS920(英国爱丁堡,利文斯顿)。紫外可见吸收光谱测定的紫外可见分光光度计(日本岛津公司、苏州、中国)。x射线光电子谱(XPS)记录在250年一个ESCALAB xi x射线光电子能谱仪(美国沃尔瑟姆,MA)。透射电子显微镜(TEM)图像获得JEOL 2100 f显微镜(美国皮博迪,MA)操作在最大加速度200千伏的电压。国内微波炉是美的,广东,中国。

2.4。量子产率的测量

量子产率(QY)水是由Ag nc的参考方法。参考标准物质硫酸奎宁(QY = 55% 0.1 H₂所以₄)。和相对QY的公式如下: 在哪里QY公司股价nc和吗Ag)ydF4y2Ba和我吸光度和积分强度(Ag) nc的兴奋在330海里)。n折射率(1.33在水中)。下标“年代“代表硫酸奎宁,”x”代表了Ag nc。我们准备了一系列不同浓度的Ag nc和硫酸奎宁的解决方案(调整浓度,这样他们的吸光度是介于0和0.2),使结果更准确。

2.5。检测铜^{2 +}和菲^{3 +}离子

所有荧光测量条件设置如下:激发和发射狭缝4和6 nm,分别激发波长356 nm,发射被记录从380纳米到600纳米。铜的典型的检测方法^{2 +}和菲^{3 +}离子是如下。Ag nc粉是分散在水中的浓度为10毫克/毫升为进一步使用。Ag nc荧光探针的pH值的解决方案是设定在4.3立方^{2 +}7.0,铁^{3 +}。然后一定数量的铜^{2 +}和菲^{3 +}解决方案是增加,荧光光谱被记录30分钟后。的比例我₀和我(我₀/我或我/我₀)被认为是绘制的校准曲线和预测浓度上升,我₀和我缺席的荧光强度和离子的存在。选择性和干预研究,一个完全相同的浓度(100μ米)的其他金属离子(即股票的解决方案。,Na⁺、镁^{2 +}、钙^{2 +}、锰^{2 +}、铜^{2 +}、Cd^{2 +}、铅^{2 +},英航^{2 +}、铁^{3 +}、铁^{2 +},艾尔。^{3 +}、和铬^{3 +})与探头混合解决方案在相同条件下,记录了30分钟后荧光光谱。

2.6。检测谷胱甘肽

所有设置为高于荧光测量条件。典型的谷胱甘肽的检测方法如下。Ag nc溶液制备pH = 4.3;铜的股票的解决方案^{2 +}(1毫米)不一。30分钟后,我们添加了一定量的谷胱甘肽溶液和不同浓度荧光光谱30分钟后记录。之间的区别我和我₀(我- - - - - -我₀被认为是;即校准曲线和预测可以画,我的地方₀我和铜的荧光强度^{2 +}ag nc探测系统在没有和谷胱甘肽的存在。

3所示。结果与讨论

3.1。表征Ag nc

荧光Ag nc是由微波方法与他作为还原剂和稳定剂。产品表现出淡黄色的解决方案。合成工艺的Ag nc, Ag)⁺减少到Ag)⁰咪唑基组的他,羧基保护银核心[发挥了重要作用8]。所有反应物都是无毒的,合成方法是一个简单的和绿色的过程,如计划所示1。TEM图像表明,Ag nc的平均粒径单分散球形纳米(图4.15±0.81)。HR-TEM图像,可以看到明显的晶格条纹格子(图2.27的距离S1)。

通过XPS,表面组成和元素分析Ag nc特征。的四个山峰Ag nc在285年,368年、400年和531年电动汽车(图2(一))可以归因于C₁、银_{3 d}N₁阿,₁,分别。结果表明,Ag nc主要是由C、O、N、Ag)。如图2(b),两个峰值约为367.8和373.9 eV被分配到Ag)的3 d的水平。这两个峰山峰可以deconvoluted分为四个不同的组件。峰在368.8 eV (3d_5/2)和375.2 eV (3d_3/2)绿色和淡蓝色线所示分配给Ag)⁺。其他峰值367.7 eV (3d_5/2)和373.8 eV (3d_3/2)所示红色和深蓝色的线被分配给Ag)⁰。Ag)⁰和Ag)⁺可能是核心和Ag)离子表面的Ag nc,分别。银离子吸附在他的稳定发挥了重要作用的Ag nc。N₁XPS谱可以deconvoluted峰(图分为三个不同的组件2(c))。峰值为398 eV, 400 eV, 408.1 eV红线所示,绿线,和蓝线是归因于碳氮,h, -不₂。峰值出现在408.1 eV表明,一些氨基酸组氨酸减少Ag组⁺对Ag)⁰被氧化和氨基-不₂组(26]。

3.2。Ag nc的光学特性

光学特性包括紫外吸收、荧光激发和发射,时间分辨荧光光谱的Ag nc。如图3(一个)的吸收峰AgNO约300海里₃消失了,而一个新的吸收带出现在250 - 300海里。此外,吸收峰附近411纳米的表面等离子体共振(SPR)的峰值特征大型银纳米粒子(30.,31日]。没有吸收峰出现约411海里,如图3(一个)所示。因此,它可以证明该产品是Ag nc的内径小于2纳米。Ag nc溶液的荧光光谱,他的解决方案,解决方案与他和AgNO混合₃比较激发下365海里。他的解决方案和解决方案的荧光与他和AgNO混合₃无法观察到在相同激发(图S2)。因此,Ag nc溶液中荧光物质。如图3 (b)在356 nm,荧光发射达到最大激发发射最大值440海里。此外,Ag nc溶液在自然光下没有明显的发光,在紫外线下(365海里),它表现出的蓝色荧光。使用硫酸奎宁0.1 H₂所以₄作为参考,QY是5.2%。时间分辨荧光光谱(图3 (c))表明,Ag nc的荧光寿命是1.13 ns (13.87%), 3.98 ns(51.57%),和8.25 ns(34.56%),平均寿命是5.06 ns(表S1)。

3.3。铜溶液的pH值对检测的影响^{2 +}和菲^{3 +}由Ag nc

溶液的pH值的影响是研究优化检测条件。发现Ag nc检测的灵敏度和选择性的铜^{2 +}和菲^{3 +}是依赖于pH值。Ag nc高铜反应^{2 +}在pH = 4.3(图4(一))和铁^{3 +}在pH = 7(图4 (b))。在这两个pH值条件下,其他金属离子的影响荧光强度的Ag nc非常小。因此,pH = 4.3和pH = 7被选为铜的检测条件^{2 +}和菲^{3 +}分别离子。结果表明,铜的选择性^{2 +}和菲^{3 +}可以通过控制pH值的Ag nc荧光探针没有添加其他螯合剂溶液。

添加铜之后^{2 +}和菲^{3 +}离子,Ag nc溶液表现出不同的反应在不同pH值。它可以归因于不同的两种离子和他之间的绑定机制。根据之前的报道,他提出了一个强大的亲和力和铜^{2 +}通过协调铜^{2 +}通过氨基咪唑环(32]。末端氨基和咪唑氮捐赠者可以形成六元螯合。在配体过剩,bis(配体)可以形成复杂的微酸性样本。当pH值增加,氨基和咪唑环deprotonated [33]。它可以减少铜^{2 +}与他的结合亲和力。此外,铁^{3 +}可以配合表面的羧基配体。在酸性介质中,羧基组容易质子化了的在低pH值。因此,中立的媒体是最合适的条件Ag nc检测铁^{3 +}(8,34]。在碱性介质,哦⁻和菲^{3 +}(铜^{2 +})可以形成降水。它可能导致络合能力越来越弱。因此,在pH = 4.3和7时,Ag nc显示高对铜的反应^{2 +}和菲^{3 +},分别。

3.4。校准曲线和传感的检测限制铜^{2 +}和菲^{3 +}

上述最佳pH值条件铜^{2 +}和菲^{3 +}被用来建造他们的校准曲线的基础上,做好准备Ag nc。当铜的浓度^{2 +}还不到1×10吗⁻⁶M(图5(一个)),荧光强度与浓度的增加逐渐增加铜^{2 +}。当铜的浓度^{2 +}超过1×10吗⁻³米,荧光强度的增加减少铜的浓度^{2 +}(图S3)。图5表明,荧光发射强度比敏感和越来越铜的浓度成比例地增加^{2 +}在440纳米。1×10的线性关系⁻¹²∼1×10⁻⁶米可以描述(我/我₀)= 0.0155(日志C)+ 1.294 (R²= 0.9897)。和铜的LOD^{2 +}低至0.6点。

当pH = 7(图6(一)),荧光强度与增加铁的浓度降低^{3 +}离子。的荧光强度比Ag nc在pH = 7(图6 (b))拥有一个线性关系铁的浓度^{3 +}从100∼1000μ米的回归方程(我₀/我)= 0.0008 (C_菲^{3 +})+ 0.9353 (R²= 0.9944)。LOD的铁^{3 +}是9.8μM。

Ag nc显示不同的上述两个铜的反应机制^{2 +}浓度范围。Ag nc的荧光增强在低浓度下(1μ米)的铜^{2 +}和淬火高浓度铜(超过1毫米)^{2 +}。的不同响应Ag nc两种铜^{2 +}浓度范围可以归因于不同的结合程度的铜^{2 +}与他的。如图S4后,添加两个铜浓度^{2 +}(1毫米和1纳米)的有生之年Ag nc样改变。它证明了荧光的动态猝灭Ag nc由于Cu2 +绑定到他的。拟议机制的交互Ag nc两个铜浓度^{2 +}进一步证实了紫外可见吸收光谱和透射电镜图像的分析。如图7当铜的浓度^{2 +}是1毫米,Ag)的聚合nc表示是因为吸收峰的吸光度在250 - 300纳米增强。聚合Ag nc的铜的存在^{2 +}(图S5 (a))可以归因于他的壳之间的交互Ag nc和铜^{2 +}。可以归因于猝灭荧光聚合Ag nc的铜的简单协调^{2 +}氨基基团的配体。当铜的浓度^{2 +}1纳米,表明Ag nc没有聚合,因为吸收光谱在250 - 300海里持平(图7)。它可以看到Ag nc在铜的存在仍然具有良好的分散^{2 +}(图S5 (b))。这可能是由于低浓度的铜^{2 +}并不足以诱导Ag nc聚合。此外,π键的吸收峰集团在200 nm降低(图7)。它可以归因于添加铜^{2 +}只有提高了空间结构的表面官能团Ag nc。这应该是荧光强度增强是由于Ag nc的空间结构变化。

3.5。应用于水样

如前所述,Ag nc的荧光增强铜的存在^{2 +}在低浓度不受其他干扰离子。因此,该探针可用于铜的检测^{2 +}在实际样品。为了验证这一点,矿泉水被注入不同浓度的铜样品^{2 +}被检查。表1总结了预测结果的铜的浓度^{2 +}。如表所示1,有一个极好的铜回收率^{2 +}矿泉水的样本。因此,调查显示高能力的测定铜离子的样品。

3.6。比较的Ag)与之前报道的荧光Nanoprobes nc

线性范围等优点,检出限,提出了铜Ag nc的选择性^{2 +}和菲^{3 +}总结在表2。相对于其他两个离子的荧光探针测定报道,据表2报告探针的选择性测定两个离子水溶液的面具的这些离子掩蔽剂EDTA等。在大多数情况下,EDTA作为一种高效的铜^{2 +}和菲^{3 +}螯合剂不能用于有选择地确定铜^{2 +}和菲^{3 +}。

这项工作提出了一个选择性测定铜的方法^{2 +}和菲^{3 +}只有通过控制溶液pH值。例如,在酸性的媒体,羧基的质子化作用在低pH值越容易导致铁的能力^{3 +}协调与羧基团体。因此,菲^{3 +}不能打扰的决心铜吗^{2 +}离子。

3.7。谷胱甘肽的校准曲线和传感的检测限度

从谷胱甘肽是一个非常重要的抗氧化剂,铜^{2 +}ag nc传感系统进一步利用谷胱甘肽的检测。“接通”影响复苏Ag nc的荧光可以表示在这个传感系统。宽的检测范围和较低的检出限可以通过这种方法。如图8的荧光强度Ag nc显然是恢复在440海里。谷胱甘肽的线性关系获得从1 nM 8毫米的回归方程(我——我₀)= 12107.6 - -1234.49 (−log10 (C))(R²= 0.9888),我₀和我铜的荧光强度^{2 +}ag nc探测系统在没有和谷胱甘肽的存在。谷胱甘肽的LOD 0.8海里。

4所示。结论

在这个研究中,L-histidine-protected Ag nc是由简单的合成工艺。Ag nc是单分散的球体与平均粒径为4.15海里。Ag nc可以用于选择性检测铜^{2 +}和菲^{3 +}通过调整Ag nc溶液的pH值没有使用掩蔽剂。和荧光传感系统进一步的谷胱甘肽的检测。基于上述方法,较低的铜的LOD^{2 +}能获得与谷胱甘肽。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称他们没有利益冲突有关论文的出版。

确认

这项工作是由中国国家重点研究和发展计划(批准号2018 yfc1604204),江苏省重点研究和发展项目(没有。BE2020756),食品科学和技术的国家一流的学科项目(批准号JUFSTR20180302)和江苏省博士后基金(批准号2019 k241)。

补充材料

表S1: Ag nc的荧光寿命。图S1: HR-TEM Ag nc的形象。黄线标签的晶格距离Ag)。图S2:荧光光谱(红色)的解决方案,解决方案与他和混合硝酸银(蓝色),和Ag nc溶液在365 nm(黑)兴奋。图S3:荧光响应的Ag nc在添加不同浓度Cu2 +从上到下:0毫米,1毫米,2毫米,4毫米,6毫米,8毫米。图S4:时间分辨荧光光谱的Ag)对添加不同浓度的Cu2 + nc: 0 1毫米和1海里。图S5: Ag的TEM图像存在Cu2 + nc: (a) 1毫米。(b) 1海里。(补充材料)

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