一种用于检测次氯酸根的单根硅纳米线荧光化学传感器及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开一种用于检测次氯酸根的单根硅纳米线荧光化学传感器及其制备方法和应用。本发明专利技术首先公开了用于检测次氯酸根的单根硅纳米线荧光化学传感器是表面修饰有IR780衍生物的单根硅纳米线。本发明专利技术进一步公开了上述单根硅纳米线荧光化学传感器的制备方法和应用。本发明专利技术将用于检测次氯酸根的单根硅纳米线荧光化学传感器固定于毛细管微针尖端，并借助于微操作系统及激光扫描共聚焦显微镜，定位于单细胞内部，最终实现了单细胞中次氯酸根的检测，通过硅纳米线的物理定位很好的解决了纳米颗粒的漂移问题。本发明专利技术用于检测次氯酸根的单根硅纳米线荧光化学传感器在揭示次氯酸根在生理学和病理学中的作用方面具有潜在的价值，具有很好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种用于检测次氯酸根的单根硅纳米线荧光化学传感器及其制备方法和应用
本专利技术涉及荧光化学传感器领域。更具体地，涉及一种用于检测次氯酸根的单根硅纳米线荧光化学传感器及其制备方法和应用。
技术介绍
次氯酸是一种重要的活性氧，在保护人体免受病原体侵袭方面起着至关重要的作用。次氯酸呈弱酸性，在生理pH条件下会部分解离为次氯酸根离子。内源性次氯酸根(次氯酸/次氯酸跟离子)是由髓过氧化物酶在嗜中性粒细胞、单核细胞或巨噬细胞等白细胞中催化氯离子的过氧化而产生的。目前已有报道称，由于髓过氧化物酶水平的变化导致的次氯酸根浓度的异常与各种疾病如关节炎、心血管疾病、癌症相关。因此，监测次氯酸根的浓度是至关重要的。目前，用于检测次氯酸根的探针有很多，其中荧光法具有高灵敏度和高的空间分辨率等优点，使得它在次氯酸根的检测中显示出了极大的优势。但基于目前研究的一些限制，传统的细胞测试一般是细胞群体的响应，且将细胞群体的平均信号作为传感器对细胞的响应。但实际上细胞的个体间是存在巨大差异的，因此平均信号可能会引起对细胞生理过程的一些不准确的理解。因此，提供一种单细胞水平能够快速高效检测次氯酸根的荧光传感器是非常必要的。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的在于提供一种用于检测次氯酸根的单根硅纳米线荧光化学传感器。本专利技术的第二个目的在于提供上述荧光化学传感器的制备方法。本专利技术的第三个目的在于提供上述荧光化学传感器的应用。为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：本专利技术提供了一种用于检测次氯酸根的单根硅纳米线荧光化学传感器，所述单根硅纳米线荧光化学传感器是表面修饰有IR780衍生物的单根硅纳米线。进一步，所述单根硅纳米线的直径为100～400nm，长度为50～200μm。进一步，所述单根硅纳米线是由化学刻蚀法制备得到。本专利技术还提供了用于检测次氯酸根的单根硅纳米线荧光化学传感器的制备方法，包括以下步骤：1)制备表面具有Si-OH键的硅纳米线阵列：将硅纳米线阵列在体积比为2:1～4:1的浓硫酸和30％过氧化氢溶液的混合溶液中90℃煮45min～1.5h，冷却至室温，水洗至中性；在体积比3:1:1～6:1:1的水、30％过氧化氢溶液和氨水的混合溶液中浸泡2.5～4h，水洗至中性，真空干燥，得到表面具有Si-OH键的硅纳米线阵列；2)合成IR780衍生物：将IR780和3-氨基丙基三乙氧基硅烷加入到有机溶剂中，在惰性气体保护下加热至120℃，恒温反应30min，蒸干有机溶剂，纯化，得到IR780衍生物；3)制备表面修饰有IR780衍生物的硅纳米线阵列：将表面具有Si-OH键的硅纳米线阵列与5～20mL的无水甲苯和5～20mg的IR780衍生物混合，在惰性气体保护下加热至90℃后，恒温反应12～24h，冷却至室温，有机溶剂清洗除去未反应的IR780衍生物，得到表面修饰有IR780衍生物的硅纳米线阵列；4)制备单根硅纳米线荧光化学传感器：将修饰有IR780衍生物的硅纳米线阵列加入有机溶剂中超声处理，得到包含多根修饰有IR780衍生物的硅纳米线的悬浊液，分离，即得。进一步，所述合成IR780衍生物的过程中所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺，纯化的方法为柱色谱法，纯化所用的洗脱剂是二氯甲烷和无水甲醇的混合物；进一步，所述制备表面修饰有IR780衍生物的硅纳米线阵列的过程中所述有机溶剂选自乙醇、甲醇或二氯甲烷中一种。进一步，所述制备单根硅纳米线荧光化学传感器的过程中所述有机溶剂选自乙醇、丙酮等常见有机溶剂。进一步，所述无水甲苯是新蒸的无水甲苯。本专利技术中所述硅纳米线阵列采用化学刻蚀法制备，具体制备方法包括：取不同尺寸的n(100)硅片，依次用丙酮、乙醇、蒸馏水进行超声清洗(一般超声清洗的时间为10～30min)，将清洗后的硅片置于含有浓度为3～8mmol/L的AgNO3和2～7mol/L的HF的混合水溶液中进行浸泡(一般浸泡的时间为5～10min)，将硅片取出后浸入含有浓度为2～7mol/L的HF和0.05～0.4mol/L的H2O2的混合水溶液中，体系由温度为40～60℃的水浴保温，30～150min后取出硅片，放入浓盐酸(质量浓度为36％)∶浓硝酸(质量浓度为65％)的体积比为3:1的混合液中，浸泡0.5～2h后取出硅片，用蒸馏水冲洗后自然晾干，得到由硅纳米线构成的硅纳米线阵列。本专利技术进一步提供了上述单根硅纳米线荧光化学传感器在检测次氯酸根中的应用。进一步，所述应用包括溶液中次氯酸根的检测和单细胞中次氯酸根的检测。本专利技术在进行溶液中次氯酸根的检测时，包括定量和定性检测；当进行定性检测时，以单根硅纳米线荧光化学传感器作为检测体系，联用激光扫描共聚焦显微镜，根据激光扫描共聚焦显微镜观察到的荧光变化判断溶液中是否存在次氯酸根；当进行定量检测时，以单根硅纳米线荧光化学传感器作为检测体系，联用激光扫描共聚焦显微镜，绘制已知次氯酸根的浓度和荧光特征峰相对强度的定标曲线，由单根硅纳米线荧光化学传感器检测到的待测溶液体系的荧光特征峰强度来确定待测溶液体系中的次氯酸根的浓度，从而实现对待测溶液体系中的次氯酸根的检测。本专利技术在进行单细胞中次氯酸根的检测时，在进行单细胞中次氯酸根的检测时，以固定在毛细管微针尖端的单根硅纳米线荧光化学传感器作为检测体系，利用微操作系统将固定在毛细管微针尖端的单根硅纳米线荧光化学传感器定位并插入到单细胞中，激光激发，根据激光扫描共聚焦显微镜观察到的荧光变化判断单细胞中是否存在次氯酸根，从而实现单细胞外源和内源性次氯酸根的检测。进一步，所述固定方法包括以下步骤：将包含多个单根硅纳米线荧光化学传感器的悬浊液注射入毛细管微针尖端，施加压力，直至毛细管微针尖端处显示出不超过30μm长度的单根硅纳米线荧光化学传感器，将环氧树脂涂于毛细管微针尖端与单根硅纳米线荧光化学传感器交界处，得到固定在毛细管微针尖端的单根硅纳米线荧光化学传感器。进一步，所述毛细管微针尖端的口径为0.5～4μm。本专利技术的有益效果如下：现有的纳米颗粒传感器用于单细胞检测时存在探针漂移的问题，不利于长期稳定监测。本专利技术将用于检测次氯酸根的单根硅纳米线荧光化学传感器固定于毛细管微针尖端，并借助于微操作系统及激光扫描共聚焦显微镜，定位于单细胞内部，最终实现了单细胞中次氯酸根的检测，通过硅纳米线的物理定位很好的解决了纳米颗粒的漂移问题。本专利技术用于检测次氯酸根的单根硅纳米线荧光化学传感器在揭示次氯酸根在生理学和病理学中的作用方面具有潜在的价值，具有很好的应用前景。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。图1示出本专利技术实施例1的通过化学刻蚀法制备得到的硅纳米线阵列的SEM照片：(a)为俯视图，(b)为侧视图。图2示出本专利技术实施例1～4单根硅纳米线荧光化学传感器的制备过程中硅纳米线表面修饰的示意图。图3示出本专利技术实施例1单根硅纳米线荧光化学传感器对溶液中次氯酸根进行检测的荧光图像：(a)为检测次氯酸根的荧光化学传感器(在没有次氯酸钠存在时)的荧光照片；(b)为检测次氯酸根的荧光化学传感器(在与100μM次氯酸钠作用30min后)的荧光照片。图4示出本专利技术实施例2单根硅纳米线荧光化学传感器对溶液中不同浓度的次氯酸根进行检测的荧光图像及该传感器与次氯酸根浓度的关系曲线:(a)～(f)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于检测次氯酸根的单根硅纳米线荧光化学传感器，其特征在于，所述单根硅纳米线荧光化学传感器是表面修饰有IR780衍生物的单根硅纳米线。

【技术特征摘要】
1.一种用于检测次氯酸根的单根硅纳米线荧光化学传感器，其特征在于，所述单根硅纳米线荧光化学传感器是表面修饰有IR780衍生物的单根硅纳米线。2.根据权利要求1所述的单根硅纳米线荧光化学传感器，其特征在于，所述单根硅纳米线的直径为100～400nm，长度为50～200μm。3.一种如权利要求1或2所述的单根硅纳米线荧光化学传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：制备表面具有Si-OH键的硅纳米线阵列：将硅纳米线阵列在体积比为2:1～4:1的浓硫酸和30％过氧化氢溶液的混合溶液中90℃煮45min～1.5h，冷却至室温，水洗至中性；在体积比3:1:1～6:1:1的水、30％过氧化氢溶液和氨水的混合溶液中浸泡2.5～4h，水洗至中性，真空干燥，得到表面具有Si-OH键的硅纳米线阵列；合成IR780衍生物：将IR780和3-氨基丙基三乙氧基硅烷加入到有机溶剂中，在惰性气体保护下加热至120℃，恒温反应30min，蒸干有机溶剂，纯化，得到IR780衍生物；制备表面修饰有IR780衍生物的硅纳米线阵列：将表面具有Si-OH键的硅纳米线阵列与5～20mL的无水甲苯和5～20mg的IR780衍生物混合，在惰性气体保护下加热至90℃后，恒温反应12～24h，冷却至室温，有机溶剂清洗除去未反应的IR780衍生物，得到表面修饰有IR780衍生物的硅纳米线阵列；制备单根硅纳米线荧光化学传感器：将修饰有IR780衍生物的硅纳米线阵列加入有机溶剂中超声处理，得到包含多根修饰有IR780衍生物的硅纳米线的悬浊液，分离，即得。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述合成IR780衍生物的过程中所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺，纯化的方法为柱色谱法，纯化所用的洗脱剂是二氯甲烷和无水甲醇的混合物；所述制备表面修饰有IR780衍生...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆丽璇，曹星星，师文生，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11