Молекулярно отпечатанные диски Core-Shell CdSe @ SiO2 / CD в качестве ратиометрического флуоресцентного зонда для определения 4-нитрофенола

Фон

Нитрофенолы относятся к числу наиболее распространенных загрязнителей окружающей среды из-за их широкого использования в производстве гербицидов, пестицидов, синтетических красителей и фармацевтических препаратов [1]. В частности, 4-нитрофенол (4-NP) является одним из наиболее токсичных замещенных нитрофенолов, который является канцерогенным и генотоксичным для людей и диких животных даже в очень низких концентрациях [2]. Действительно, Агентство по охране окружающей среды США (EPA) включило 4-NP в список приоритетных загрязнителей и определило максимально допустимый предел в 60 нг / мл 4-NP в питьевой воде [3]. Таким образом, разработка чувствительных и селективных методов обнаружения 4-НП приобретает особую важность. На сегодняшний день были предложены различные аналитические методы для определения 4-NP в воде, включая хроматографию [4, 5], электрохимическое обнаружение [3, 6, 7], хемилюминесцентное обнаружение [8] и флуоресцентный мониторинг [9,10]. , 11]. Квантовые точки (КТ) обычно используются в качестве сигнала отклика при мониторинге флуоресценции, а также широко используются в фотоэлектрохимической генерации водорода, оптоэлектронных устройствах и биологической визуализации из-за их оптических и электронных свойств, зависящих от размера / состава [12,13,14]. Флуоресцентные методы определения следовых количеств 4-NP выгодны из-за их простоты, быстроты и низкой стоимости. Однако такие методы обычно основаны на изменении интенсивности флуоресценции одиночного люминофора, которое легко возмущается флуктуацией интенсивности возбуждающего света [15], концентрации зонда [16] и присутствием гасителей флуоресценции, таких как тяжелые ионы металлов [17] и активные формы кислорода [18]. Таким образом, стратегии, основанные на ратиометрической флуоресценции, можно считать превосходными, поскольку они устраняют большинство этих неоднозначностей за счет самокалибровки двух или более разных полос [19]. Интересно отметить, что ряд ратиометрических флуоресцентных зондов продемонстрировал значительно повышенную чувствительность обнаружения по сравнению с зондами с квантовыми точками с одним излучением, и поэтому они широко использовались при создании флуоресцентных зондов для обнаружения загрязнителей окружающей среды, таких как Hg ^{2 +} , сероводород и диоксид серы [20,21,22].

Кроме того, молекулярно импринтированные полимеры (MIP) представляют собой полимерные матрицы, которые могут быть адаптированы для демонстрации высокой селективности по отношению к целевым молекулам и обычно используются в разделении, сенсорах и катализаторах [23, 24]. Особый интерес представляет разработка флуоресцентных сенсоров, демонстрирующих высокую чувствительность и селективность, где эти свойства гарантируются с помощью логометрической флуоресценции и стратегий молекулярного импринтинга, соответственно. Однако количество отчетов в такие флуоресцентные датчики с двойным излучением с молекулярной печатью для определения следовых количеств аналитов ограничено [25, 26].

Таким образом, в настоящем документе мы сообщаем о создании флуоресцентного датчика с двойной эмиссией с молекулярной печатью для чувствительного и селективного обнаружения 4-NP на основе резонансного переноса энергии флуоресценции (FRET) между 4-NP и фотолюминесцентными углеродными точками (CD). В этом ратиометрическом флуоресцентном датчике квантовые точки CdSe будут заключены в кварцевые оболочки (CdSe @ SiO ₂ ) в качестве опорного сигнала. Мы ожидаем, что покрытие из диоксида кремния не только сохранит фотолюминесцентные свойства квантовых точек CdSe из-за его инертной природы и оптической прозрачности [8], но также предотвратит утечку токсичных тяжелых металлов Cd и Se [27]. Кроме того, CdSe @ SiO ₂ Квантовые точки будут дополнительно окружены компакт-дисками, функционализированными органосиланом (CdSe @ SiO ₂ / CD). Как недавно появившийся класс флуоресцентных материалов, компакт-диски привлекли значительное внимание из-за их низкой стоимости, отсутствия токсичности, физико-химической и фотохимической стабильности и настраиваемых свойств фотолюминесценции [28,29,30]. В частности, CD, функционализированные органосиланом, синтезированные пиролизом безводной лимонной кислоты с аминосиланом, сохраняют преимущества оригинальных CD и могут быть легко иммобилизованы на CdSe @ SiO ₂ с помощью простого процесса нагрева [31]. Кроме того, молекулы шаблона можно легко закрепить на поверхности CdSe @ SiO ₂ / ЦД с помощью процесса золь-гель молекулярного импринтинга [32]. Кроме того, в предлагаемой нами системе FRET может иметь место из-за перекрытия спектра излучения подготовленных CD и спектра поглощения 4-NP, что имеет решающее значение для обнаружения 4-NP. В конечном итоге мы стремимся получить молекулярно отпечатанный CdSe @ SiO ₂ / CD наногибриды (CdSe @ SiO ₂ / CDs / MIP) после подготовки отпечатанных оболочек на поверхности CdSe @ SiO ₂ / Компакт-диски с использованием 4-НП в качестве шаблона. Затем морфология, химическая структура и оптические свойства подготовленного сенсора будут определены с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) и спектроскопического анализа. Наконец, будут исследованы адсорбционная способность, чувствительность и селективность этого сенсора по отношению к 4-NP.

Методы

Материалы

Тетраэтоксисилан (TEOS), Triton X-100 и петролейный эфир были получены от Tianjin Kemiou Chemical Reagent Co., Ltd. (Тяньцзинь, Китай). Циклогексан, 4-NP, гексиловый спирт, гидроксид аммония (25 мас.%), Абсолютный этиловый спирт, метилбензол и изопропиловый спирт были приобретены у Guangfu Chemical Reagent Co., Ltd. (Тяньцзинь, Китай). 3-Аминопропилтриметоксисилан (APTMS) и безводная лимонная кислота были приобретены у Aladdin Chemical Reagent Co., Ltd. (Шанхай, Китай). Все реагенты были аналитической чистоты и использовались без дополнительной очистки в том виде, в котором они были получены. Модифицированные карбоксилом КТ CdSe / ZnS (КТ CdSe) были приобретены у Wuhan Jiayuan Quantum Dot Technological Development Co., Ltd. (Ухань, Китай). Всю воду очищали с помощью системы очистки воды Sartorius Arium® Pro VF (сопротивление 18,2 МОм).

Синтез CdSe @ SiO ₂

Циклогексан (7,7 мл), Triton X-100 (1,77 мл), н-гексанол (1,8 мл) и раствор КТ CdSe (400 мкл, 8 мкМ) смешивали при интенсивном магнитном перемешивании. После успешного образования обратной микроэмульсии вводили ТЭОС (50 мкл) и раствор гидроксида аммония (200 мкл, 25 мас.%). Затем реакционную систему герметично закрывали и перемешивание продолжали при 25 ° C в течение 24 часов. По истечении этого времени добавляли изопропиловый спирт (36 мл), чтобы разрушить эмульсию, и полученный осадок несколько раз промывали этанолом до тех пор, пока в супернатанте не перестал обнаруживаться сигнал флуоресценции. Во время каждой процедуры промывки дисперсию частиц подвергали центрифугированию с последующим удалением супернатанта и повторным диспергированием осадка в этаноле. Наконец, осадок диспергировали в толуоле под действием ультразвука.

Синтез компакт-дисков, функционализированных органосиланом

Функционализированные органосиланом CD получали пиролизом безводной лимонной кислоты и APTMS. В типичном эксперименте APTMS (10 мл) нагревали до 185 ° C, в этот момент быстро добавляли безводную лимонную кислоту (0,5 г) при интенсивном перемешивании, и полученную смесь выдерживали при 185 ° C в течение 1 мин. По истечении этого времени раствору давали остыть до 25 ° C, и полученный темно-зеленый продукт очищали экстракцией петролейным эфиром (× 5) с объемным соотношением 1:1. Нижняя фаза экстракционной жидкости представляла собой приготовленные CD с органосилан-функционализированными группами. Было получено примерно 2 мл функционализированных компакт-дисков.

Синтез CdSe @ SiO с двойным излучением с MIP- и NIP-покрытием ₂ / CD Наногибриды

Часть свежеприготовленных CD, функционализированных органосиланом (10 мкл), добавляли к смеси толуола (25 мл), содержащей CdSe @ SiO ₂ (5 мг). После нагревания при 113 ° C в обратном потоке в течение 12 ч при перемешивании полученную смесь подвергали центрифугированию, осадок содержал CdSe @ SiO ₂ Наногибриды / CD диспергировали в этаноле (2 мл) и добавляли 4-NP (0,2 мг). Затем системе давали возможность прореагировать в течение 2 ч при 25 ° C при перемешивании. По истечении этого времени в смесь вводили ТЭОС (25 мкл) и гидроксид аммония (25 мкл), и смеси давали реагировать еще 5 ч при 25 ° C. Наконец, полученный продукт подвергали трем циклам осаждения / центрифугирования и промывали этанолом для удаления любых избыточных реагентов. Полученные наногибриды диспергировали в этаноле для дальнейшего использования.

Контрольные эксперименты также проводились с использованием CdSe @ SiO ₂ без импринтинга с полимерным покрытием (NIP-покрытием). / Наногибриды CD, которые были получены с использованием описанного выше метода, но без добавления молекулы-шаблона.

Адсорбционная способность CdSe @ SiO ₂ / CD / MIP и CdSe @ SiO ₂ / CD / NIP Наногибриды на пути к 4-НП

4-NP (0,1 мг) добавляли к отдельным растворам CdSe @ SiO ₂ / CD / MIP и CdSe @ SiO ₂ / CD / NIP наногибриды (1 мл, 1,5 мг / мл) при перемешивании. Через 120 минут растворы подвергали центрифугированию (12000 об / мин, 15 минут), и концентрации 4-NP в супернатантах определяли с помощью измерений УФ – видимой области при 400 нм. Адсорбционные емкости (\ (Q \)) наногибридов, покрытых MIP и NIP, были затем рассчитаны с использованием уравнения. 1.

где C ₀ и C _t - концентрации 4-NP до и после адсорбции, соответственно, V - объем раствора, а W - масса наногибридов.

Характеристика

ПЭМ высокого разрешения (ПЭМВР) выполняли с использованием просвечивающего электронного микроскопа JEM-2100 (JEOL Ltd., Акишима, Япония), работающего при ускоряющем напряжении 200 кВ. Инфракрасную спектроскопию с преобразованием Фурье (FTIR) проводили на FTIR-спектрометре Nicolet Magna IR-560 (Nicolet Co., Madison, WI, USA) по 20 сканирований с разрешением 4 см ^{- 1} . Измерения флуоресценции проводили с использованием флуоресцентного спектрофотометра Cary Eclipse (Agilent Technologies, Inc., США) в кварцевой кювете размером 1 см × 1 см. УФ-видимая спектроскопия выполнялась на спектрофотометре серии TU-1810 (Purkinje General Instrument Co. Ltd., Пекин, Китай) с использованием кварцевой кюветы с оптическим путем 1,0 см.

Флуоресцентное обнаружение 4-NP

К аликвоте приготовленного CdSe @ SiO ₂ / CD / MIP, наногибрид в этаноле (1 мл, 1,5 мг / мл), добавляли дополнительную порцию этанола (2 мл) и желаемое количество 4-NP. Конечная концентрация 4-НП в растворе была получена простым расчетом. После тщательного перемешивания интенсивность флуоресценции измеряли через 10 мин, и спектры флуоресценции регистрировали при длине волны возбуждения 350 нм с щелями возбуждения / испускания 10 нм. Что касается времени инкубации, то оно было установлено равным 10 мин в соответствии с временем инкубации, принятым в опубликованных работах по ратиометрическому флуоресцентному зонду [33, 34]. Поскольку в этой работе вместо буферных растворов использовалась сверхчистая вода, pH обнаружения в этой работе был около pH 7,0, в соответствии с оптимизированным рабочим pH при обнаружении 4-NP в опубликованной работе [10].

Результаты и обсуждение

Перед подготовкой логометрического флуоресцентного сенсора для обнаружения 4-НЧ мы сначала исследовали спектры излучения и поглощения различных материалов. После изучения спектров излучения КТ CdSe и компакт-дисков (дополнительный файл 1:Рисунок S1) было очевидно, что между двумя частицами не было интерференции, а их максимумы излучения наблюдались при 460 и 615 нм, соответственно. Кроме того, наблюдаемое перекрытие между спектром поглощения 4-NP и спектром излучения компакт-дисков (Дополнительный файл 1:Рисунок S2) указывает на то, что FRET может иметь место между этими частицами, что приводит к тушению флуоресценции CdSe @ SiO ₂ / CD / MIP наногибриды при 455 нм. Более того, квантовые точки и компакт-диски CdSe показали сопоставимые оптимальные длины волн возбуждения (т.е. 350 нм), и поэтому эти частицы были подходящими для создания ратиометрического флуоресцентного сенсора для обнаружения 4-NP. Таким образом, QD CdSe служили опорным сигналом, в то время как CD действовали как ответный сигнал. Таким образом, логометрический отклик флуоресценции может быть обнаружен при гашении CD 4-NP, в то время как интенсивность флуоресценции QD CdSe остается постоянной.

Синтетический путь, использованный для изготовления ратиометрического флуоресцентного сенсора с молекулярной печатью, проиллюстрирован на схеме 1. Первоначально КТ CdSe были покрыты оболочкой из диоксида кремния с использованием модифицированного метода обратной микроэмульсии [35] для предотвращения прямого контакта КТ CdSe с внешних растворителей и контролировать расстояние между КТ CdSe и КД, регулируя толщину кремнеземной оболочки [36]. Впоследствии полученный CdSe @ SiO ₂ Квантовые точки были украшены компакт-дисками, функционализированными органосиланом, чтобы облегчить связывание CdSe @ SiO ₂ и CD через кремний-кислородные связи, а также для усиления взаимодействия между CD и матриксом кремнезема с молекулярным отпечатком [37]. Это привело к успешному созданию желаемых ратиометрических флуоресцентных наногибридов со структурой ядро-оболочка с двойной эмиссией. Кроме того, CdSe @ SiO ₂ Наногибриды / CD были инкапсулированы пленкой с кремнеземным отпечатком посредством реакции золь-гель конденсации TEOS, катализируемой водным раствором аммиака [38]. Эта модификация была необходима для предотвращения утечки CD из матрицы и для поддержания высокой проницаемости для молекул матрицы [37]. После удаления молекул-матрицы элюированием растворителем полости, которые дополняют друг друга по форме, размеру и потребности в электронном или водородном связывании, остаются в матрице, обеспечивая тем самым селективное распознавание и совместное связывание с молекулой-мишенью [39]. На этом последнем этапе был получен целевой флуоресцентный датчик с двойным излучением с молекулярным отпечатком.

Схематическое изображение процесса, используемого для получения CdSe @ SiO ₂ с двойным излучением, покрытого полимером с молекулярным отпечатком. / CD наногибриды

Приготовление и определение характеристик CdSe @ SiO ₂ / CD / MIP Наногибрид

После их успешного приготовления морфологическая структура и оптические свойства полученных CdSe @ SiO ₂ / CD / MIP наногибриды изучены подробно. Как показано на рис. 1а, б, квантовые точки CdSe были успешно заключены в оболочки из кремнезема. Однако CD не могли быть обнаружены на изображениях HRTEM CdSe @ SiO ₂ / Наночастицы ЦД (рис. 1в, г), поскольку полученные ЦД представляли собой аморфные наночастицы без явных полос решетки [40, 41]. Кроме того, изображения, представленные на рис. 1a – f, подтверждают, что свежеприготовленный CdSe @ SiO ₂ , CdSe @ SiO ₂ / CD и CdSe @ SiO ₂ Виды / CD / MIP представляли собой однородные сферические наночастицы со средним диаметром 46,7 ± 2,5, 53,6 ± 2,7 и 66,4 ± 2,0 нм соответственно (дополнительный файл 1:Рисунок S3). Это увеличение среднего диаметра совпадает с послойным осаждением компакт-дисков и пленки с кремнеземным отпечатком на CdSe @ SiO ₂ наночастицы. После инкапсуляции отпечатанным слоем кремнезема поверхность CdSe @ SiO ₂ Наногибриды / CD стали шероховатыми, что может быть связано с неоднородным ростом этого слоя. Поскольку золь-гель метод является широко используемым методом для создания пленки с отпечатком из диоксида кремния с регулируемой толщиной [42], толщина изготовленного отпечатанного слоя была определена соответствующим образом, чтобы способствовать возникновению FRET. Фактически, отпечатанный слой, содержащий донор (CD) и акцептор (4-NP), имел размер ~ 12,8 нм, что достаточно для того, чтобы FRET мог легко пройти FRET [43, 44].

Характеристика полученных гибридных наночастиц. HRTEM-изображения CdSe @ SiO ₂ ( а , b ), CdSe @ SiO ₂ / CD ( c , d ) и CdSe @ SiO ₂ / CD / MIP ( e , f ) наночастицы. И спектры FTIR ( g ) CdSe @ SiO ₂ (кривая A), CdSe @ SiO ₂ / CD (кривая B), CdSe @ SiO ₂ / CDs / MIP (кривая C) и 4-NP (кривая D)

Чтобы подтвердить успешную химическую модификацию после каждой стадии, FTIR-спектры CdSe @ SiO ₂ , CdSe @ SiO ₂ / CD и CdSe @ SiO ₂ / CD / MIP продукты были записаны и сравнены. Как показано на рис. 1g, все три FTIR-спектра показали характерный SiO ₂ пики на 1091 и 468 см ^{- 1} , что соответствовало симметричному валентному колебанию Si – O – Si и антисимметричному валентному колебанию Si – O соответственно. Кроме того, по сравнению с FTIR-спектром CdSe @ SiO ₂ , ИК-Фурье-спектр CdSe @ SiO ₂ Наночастицы / CD содержали три дополнительных пика, а именно валентное колебание –C =ONR при 1648 см ^{- 1} , растягивающее колебание C – H при 2940 см ^{- 1} , а характеристика –NH ₂ пик 1400–1460 см ^{- 1} , который происходит из амино-модифицированного SiO ₂ оболочка [45]. Кроме того, сравнение спектров 4-NP, CdSe @ SiO ₂ / CD и CdSe @ SiO ₂ Наночастицы / CD / MIP подтвердили, что импринтинг 4-NP был успешным благодаря наличию пиков, соответствующих изгибным колебаниям вне плоскости =C – H (860–800 см ^{- 1} ) и асимметричное растягивающее колебание –NO ₂ (1550 и 1300 см ^{- 1} ) в спектрах 4-НП и CdSe @ SiO ₂ / CD / MIP наночастицы.

Спектры флуоресценции полученного CdSe @ SiO ₂ Наночастицы / CD / MIP затем регистрировали до и после удаления молекул-шаблона (рис. 2a), и флуоресценция CD значительно гасилась в присутствии 4-NP. Кроме того, после удаления молекул матрицы промыванием и последующим элюированием флуоресценция компакт-дисков была восстановлена, и не наблюдалось перекрытия с полосой излучения квантовых точек CdSe при длине волны возбуждения 350 нм. Таким образом, было очевидно, что ратиометрический флуоресцентный сенсор с молекулярным отпечатком демонстрирует хорошо разрешенное двойное излучение и подходит для ратиометрического обнаружения 4-NP.

Флуоресценция приготовленных гибридных наночастиц. а Спектры флуоресцентного излучения CdSe @ SiO ₂ / CD / MIP наночастицы до (черная линия) и после (красная линия) удаления молекул шаблона и b их фотостабильность диспергировалась в этаноле после удаления 4-NP. c Адсорбционная емкость CdSe @ SiO ₂ / CD / MIP и CdSe @ SiO ₂ / CD / NIP наногибриды. г Графики интенсивности флуоресценции CdSe @ SiO ₂ / CD / MIP и CdSe @ SiO ₂ / CD / НИП с 4-НП соответственно. (F _b0 и F _b представляют собой интенсивность флуоресценции CdSe @ SiO ₂ / CD / MIP и CdSe @ SiO ₂ / CD / NIP при 455 нм в отсутствие и в присутствии различных количеств 4-NP)

Затем стабильность флуоресценции сенсора оценивали путем повторных измерений флуоресценции CdSe @ SiO ₂ / CD / MIP система с 2-минутными интервалами. Как показано на рис. 2b, не наблюдалось значительного изменения интенсивности флуоресценции в течение 120 мин при длине волны 615 нм, что свидетельствует о долговременной фотостабильности зонда [46]. Более того, интенсивность флуоресценции CD сохраняла> 95% своего первоначального отклика при 455 нм, и не ожидалось, что это небольшое снижение окажет существенное влияние на определение 4-NP. Таким образом, эти результаты демонстрируют, что слой с молекулярным отпечатком был эффективно закреплен на поверхности CdSe @ SiO ₂ / CD наночастицы и что CD и квантовые точки CdSe были хорошо защищены.

Специальное и выборочное обнаружение 4-NP

Чтобы исследовать сродство связывания CdSe @ SiO ₂ / CD / MIP и CdSe @ SiO ₂ / CD / NIP наногибриды, адсорбционные испытания проводили с использованием шаблона 4-NP. Как показано на рис. 2c, адсорбционная способность CdSe @ SiO ₂ / CD / MIP и CdSe @ SiO ₂ / CD / NIP по отношению к 4-NP составляли 9,1 и 1,58 мг / г соответственно. Эта превосходная адсорбционная способность наногибридов с молекулярным отпечатком может быть объяснена образованием полостей, специфичных для 4-NP, во время процесса импринтинга. Кроме того, низкая адсорбционная способность CdSe @ SiO ₂ Наногибрид / CD / NIP, вероятно, был вызван отсутствием сайтов узнавания и преобладающим эффектом неспецифической адсорбции, происходящей из взаимодействий водородных связей между 4-NP и –NH ₂ группы на поверхности функционализированных органосиланом CD [8].

Для любого заданного количества донора CD эффективностью тушения флуоресценции можно управлять либо путем настройки спектрального перекрытия между донором и акцептором, либо путем регулирования количества акцепторов вокруг донора на расстоянии 10 нм [47]. В этом случае как для CdSe @ SiO ₂ / CD / MIP и CdSe @ SiO ₂ / CD / NIP наногибриды, FRET может иметь место между CD и 4-NP в растворе в пределах 10 нм от CD, что может привести к значительной эффективности тушения. Однако благодаря преимуществам слоев с молекулярным отпечатком адсорбционная способность CdSe @ SiO ₂ Наногибриды / CD / MIP были эффективно улучшены (рис. 2c); таким образом, большее количество молекул 4-NP будет доступно в пределах 10 нм от CD, чем в случае CdSe @ SiO ₂ / CD / NIP наногибриды, которые позволяют FRET иметь место в большей степени. Таким образом, особое распознавание наногибридов с молекулярной печатью было исследовано путем сравнения флуоресцентных откликов CdSe @ SiO ₂ / CD / MIP и CdSe @ SiO ₂ / CD / НИП с различными концентрациями 4-НП. Как показано на фиг. 2d, при увеличении концентрации 4-NP значение ( F _b0 - F _б ) / F _b0 (т.е. эффективность тушения флуоресценции) увеличилась как для CdSe @ SiO ₂ / CD / MIP и CdSe @ SiO ₂ / CD / NIP. В приведенном выше выражении F _b0 и F _б представляют собой интенсивности флуоресценции CdSe @ SiO ₂ / CD / MIP (или CdSe @ SiO ₂ / CD / NIP) при 455 нм в отсутствие и в присутствии различных концентраций 4-NP [48]. Кроме того, сравнивая линейные наклоны (то есть константы тушения) двух графиков, мы могли сделать вывод, что молекулы-шаблоны оказывали более значительное влияние на тушение флуоресценции CdSe @ SiO ₂ / CD / MIP, чем у CdSe @ SiO ₂ / CD / NIP при равных концентрациях 4-NP, что дополнительно указывает на превосходное специфическое распознавание и сродство связывания CdSe @ SiO ₂ / CD / MIP наногибрид по отношению к 4-NP [9, 49].

Чтобы проиллюстрировать селективность CdSe @ SiO ₂ / CD / MIP по отношению к матричной молекуле 4-NP, контрольные эксперименты проводились с использованием соединений с аналогичными структурами или оптическими свойствами (например, фенола, 2-NP и гидрохинона). Как показано на рис. 3, эффективности гашения флуоресценции (( F _b0 - F _б ) / F _b0 ) аналогов были меньше, чем у 4-NP, вероятно, из-за их различных оптических свойств и химической структуры по сравнению с 4-NP [9]. Действительно, спектры поглощения, полученные для фенола и гидрохинона, значительно отличались от 4-NP и не демонстрировали перекрытия со спектрами испускания CD (данные не показаны). В случае 2-NP, хотя его спектры поглощения и химические свойства были аналогичны спектрам поглощения и химическим свойствам 4-NP, он менее точно соответствовал импринтированным сайтам 4-NP, что приводило к трехкратному снижению наблюдаемой эффективности тушения. . Таким образом, эти результаты показали, что полученный здесь флуоресцентный сенсор является селективным по отношению к 4-NP в присутствии аналогов и поэтому может быть дополнительно применен для селективного обнаружения 4-NP.

Селективность приготовленного ратиометрического флуоресцентного зонда. Отклики флуоресценции CdSe @ SiO ₂ / CD / MIP и CdSe @ SiO ₂ / CD / NIP наногибриды к 4,8 мкг / мл растворов 4-NP, фенола, 2-NP (2-нитрофенола) и гидрохинона

Обнаружение 4-NP

Наконец, мы исследовали изменение профиля флуоресценции CdSe @ SiO ₂ / CD / MIP при добавлении различных количеств 4-НП. Как показано на фиг. 4a, интенсивность флуоресценции при 455 нм была высокочувствительной к концентрации 4-NP, демонстрируя уменьшение по мере увеличения концентрации 4-NP. Кроме того, не наблюдалось очевидного изменения флуоресценции квантовых точек CdSe при 615 нм, что свидетельствует о том, что квантовые точки CdSe, инкапсулированные в SiO ₂ подходят для использования в качестве опорного сигнала. Кроме того, как показано на рис. 4b, график F _б / F _r против концентраций 4-NP от 0,051 до 13,7 мкг / мл продемонстрировали хорошую линейность в дополнение к высокому коэффициенту корреляции ( R ² =0,985). В этом выражении F _б и F _r представляют собой интенсивности флуоресценции CdSe @ SiO ₂ / CD / MIP наногибрид при 455 и 615 нм соответственно. На основании этих результатов был рассчитан предел обнаружения 0,026 мкг / мл ( 3δ / k ), что значительно ниже допустимого предела для питьевой воды, установленного Агентством по охране окружающей среды США (т. е. 60 нг / мл), что указывает на то, что наш ратиометрический флуоресцентный датчик с молекулярной печатью имеет потенциал для использования в практических приложениях. При сравнении с линейными диапазонами и пределами обнаружения ранее описанных методов (см. Таблицу 1) становится очевидным, что наша система сопоставима или превосходит указанные электрохимические и флуоресцентные методы в контексте диапазона обнаружения 4-NP и предела обнаружения. Более того, чувствительность, селективность и предел обнаружения потенциально могут быть улучшены путем дальнейшей количественной оценки и оптимизации условий определения, таких как толщина отпечатанного слоя, отношение CD к QD CdSe, отношение шаблона к мономеру, время инкубации, и pH [10].

Обнаружение 4-НП. а Спектры флуоресценции CdSe @ SiO ₂ / CD / MIP наногибриды, полученные при увеличении концентрации 4-NP при длине волны возбуждения 350 нм. б Влияние концентрации 4-НП на соотношение F _r до F _б для CdSe @ SiO ₂ с покрытием MIP ЦД наногибриды. Использовали концентрации 4-NP 0,051, 2,1, 4,8, 6,7, 8,9, 11,52 и 13,7 мкг / мл. F _б и F _r представляют собой интенсивности флуоресценции CdSe @ SiO ₂ / CD / MIP наногибриды при 455 и 615 нм соответственно

Выводы

Таким образом, мы успешно подготовили новый флуоресцентный датчик с двойной эмиссией (т.е. ратиометрический) с отпечатком ядра и оболочки с 4-нитрофенолом (4-NP) для чувствительного и селективного обнаружения 4-NP. Этот новый сенсор продемонстрировал как высокую чувствительность ратиометрической флуоресценции, так и высокую селективность молекулярно импринтированного полимера (MIP). Как и ожидалось, в присутствии 4-NP флуоресценция углеродных точек (CD) гасилась за счет резонансного переноса энергии флуоресценции (FRET) между 4-NP и фотолюминесцентными CD, в то время как интенсивность флуоресценции квантовых точек CdSe, присутствующих в эта система оставалась относительно постоянной. Таким образом, этот датчик оказался эффективной платформой для надежного и быстрого обнаружения 4-NP в концентрациях от 0,051 до 13,7 мкг / мл с особенно низким пределом обнаружения 0,026 мкг / мл. Кроме того, простота, надежность, высокая селективность и высокая чувствительность разработанного CdSe @ SiO ₂ /CD/MIP nanohybrid sensor demonstrate that the combination of MIPs and ratiometric fluorescence allows the preparation of fluorescent sensors for the detection of trace or ultra-trace analytes.