一种修饰的磁性复合纳米颗粒的制备方法及其在农药检测中的应用技术

本发明专利技术公开一种修饰的磁性复合纳米颗粒的制备方法及其在农药检测中的应用，将磁性的复合Fe3O4@SiO2@Ag@COOH NPs与Au薄膜结合，形成一种有效的检测痕量噻菌灵的SERS基底，该Fe3O4@SiO2@Ag@COOH NPs形貌一致、分散性好、具有核壳结构，能从外磁场中快速分离，使得噻菌灵得到富集，另外Au薄膜由于其LSPR与Ag粒子的SPPs的耦合，使得SERS进一步加强，提高了检测的灵敏度，实现低至1μg/L浓度的快速检测。

Preparation of a Modified Magnetic Composite Nanoparticles and Its Application in Pesticide Detection

【技术实现步骤摘要】
一种修饰的磁性复合纳米颗粒的制备方法及其在农药检测中的应用
本专利技术属于纳米材料技术、食品安全检测领域，具体涉及一种修饰的磁性复合纳米粒子的制备方法及其在农药检测中的应用。
技术介绍
噻菌灵是目前经常使用的防腐保鲜剂，常用于采收前或采收后的果蔬，经喷雾或浸蘸后的果蔬，不但可以延长贮存时间，还可保鲜、保色。这些食品添加剂具有一定的生物毒性效应，残留量超标将不可避免对人体健康产生影响，其中就包括噻菌灵。目前，国内外报道的果蔬残留防腐剂的检测方法主要涉及有分光光度法、ELISA、高相液相色谱法(HPLC)、液相色谱串联质谱法(LC-MS)、气相色谱串联质谱法(GS-MS)等，在各种检测方法的建立，样品前处理是不可缺少的前提条件，尤其是针对痕量分析时，样品前处理是影响分析结果的关键环节，常引起样品检测误差，限制检测灵敏度；LC-MS法和GC-MS设备昂贵、操作复杂、费用高且仅限实验室检测；分光光度法测试操作简单，样品量少，但是灵敏度低，定量分析误差较大；ELISA操作简单、方便大批量筛选，但重现性不佳，也很难以实现现场快速分析。另外，这些技术需要大量有机溶剂的使用。因此，需要专利技术一种工序少、操作简便，且灵敏度高的新方法。拉曼技术近年来被广泛使用用于快速检测，主要基于电磁增强和化学增强机理，具有定性分析和区分相似物质的功能，可用作识别鉴定未知化学物的有效方法。表面增强拉曼散射(SERS)技术利用金属或者纳米材料等增强效应，起到信号放大的效果。它是一种具有高灵敏度和指纹识别能力的强大的光谱学技术，使得快速、现场检测痕量水平，甚至是单分子水平成为可能。因此SERS在分析化学、生物、环境监测等领域得到了广泛的应用。具有高灵敏度、重现性和可操作性的SERS基底是SERS在实际检测应用中的关键。然而农产品的基质复杂，对SERS信号干扰较大，是拉曼光谱在农药残留检测灵敏度低、特异性差的主要原因。因此要实现高灵敏度高特异性，一方面取决于基底表面等离子共振信号的增强作用，另一方面取决于样品的富集程度或捕获能力。磁性纳米粒子是基于磁分离技术制备的一种性能优越的磁性分离载体，被广泛用于污水处理、生物医学分析中。设计良好的纳米复合SERS具有较高的磁性，它们可以被浸泡在分析溶液中，然后通过外力快速地从分析溶液中分离出来，这种磁分离过程不仅由于靶分子的富集而提高了SERS基底的检测能力，而且使纳米复合SERS基底具有很高的可重用性。到目前为止，各种磁性纳米粒子SERS基底已被报道用于有机污染物的检测。在这些纳米复合SERS基底中，AgNPs/Fe3O4基底由于AgNPs具有较好的SERS活性、磁性能高、制备过程简单等优点而被普遍选用。虽然Ag/Fe3O4纳米复合基底已被报道用于检测各种分析物，但SERS活性仅由AgNPs的LSPR(局域表面等离子体共振)作用得到。在需要对更微量的有机污染物或农药残留的检测时，Ag/Fe3O4纳米复合基底不能满足检测限要求。另外，目前也尚无磁性纳米粒子在噻菌灵检测方面的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种修饰的磁性复合纳米颗粒Fe3O4@SiO2@Ag@COOHNPs的制备方法，并用于果蔬噻菌灵残留表面增强拉曼光谱检测，其灵敏度高、可靠性强、检测速度快，适用于食品安全、环境检测等领域。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术提供一种修饰的磁性复合纳米颗粒Fe3O4@SiO2@Ag@COOHNPs的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)磁性Fe3O4NPs的制备通过溶剂热合成法合成，将FeCl3·6H2O加入到乙二醇中55～65℃混合搅拌，再加入NaAc·3H2O和柠檬酸钠，55～65℃搅拌30～40min后，转移至聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，密封置于200℃电热鼓风干燥箱中处理10h；自然冷却后，磁力收集，乙醇洗涤，沉淀物干燥备用；(2)Fe3O4@SiO2NPs的制备将步骤(1)得到的Fe3O4纳米颗粒加入含有水、乙醇和NH3·H2O的混合物溶液中，超声处理，使其在溶液中很好地分散；再慢慢加入TEOS(四乙基邻硅酸盐)，并搅拌，反应2h后，再次磁力收集，用乙醇和去离子水清洗,60℃干燥备用；(3)Fe3O4@SiO2@AgNPs的制备将步骤(2)得到的Fe3O4@SiO2纳米颗粒分散在乙醇中，再加入HCl和SnCl2，超声处理；用磁力将得到的复合纳米颗粒从溶液中分离出来，用去离子水冲洗；将去离子水冲洗后的复合纳米颗粒重新分散到PVP(聚乙烯基吡咯利酮)和[Ag(NH3)2]+的混合溶液中；再加入葡萄糖和酒石酸钠还原液，搅拌4h，磁力收集最终得到的Fe3O4@SiO2@Ag复合纳米粒子，用去离子水和乙醇冲洗，分散在乙醇备用；(4)Fe3O4@SiO2@Ag@COOHNPs的制备将Fe3O4@SiO2@AgNPs缓慢加入质量体积比为2％的Cys(半胱氨酸)水溶液中，室温下磁力搅拌4h；乙醇和超纯水洗涤，干燥；吹氮气处理，将得到的Fe3O4@SiO2@Ag@NH2复合纳米粒子和戊二酸酐混合在DMF(二甲基甲酰胺)溶液中，搅拌过夜，再用去离子水冲洗，得到Fe3O4@SiO2@Ag@COOHNPs。具体的，步骤(3)中，HCl的体积浓度为5％，SnCl2的浓度为10g/L；[Ag(NH3)2]+溶液由浓度为12g/L的AgNO3溶液加入NH3·H2O新鲜配置，PVP水溶液浓度为2g/L；步骤(3)中，葡萄糖和酒石酸钠的还原液浓度分别为12g/L和5g/L。具体的，步骤(4)中，Fe3O4@SiO2@Ag@NH2复合纳米粒子和戊二酸酐按2:1的质量比混合在DMF中。本专利技术还提供一种修饰的磁性Fe3O4@SiO2@Ag@COOHNPs表面增强拉曼散射检测噻菌灵的方法，包括如下步骤：在噻菌灵水溶液中加入了Fe3O4@SiO2@Ag@COOHNPs，室温下搅拌，然后，与噻菌灵分子吸附的复合Fe3O4@SiO2@Ag@COOHNPs被磁力从噻菌灵水溶液中分离出来，并落在SERS芯片上，待水溶液蒸发后，剩余产物用于SERS测量。具体的，所述拉曼光谱仪的激发波长为532nm，实验过程中光斑直径约为1μm，激发时间为5s，激发功率为0.03mw。具体的，SERS芯片由一个凹型箱中嵌入一个Au薄膜制成，Au薄膜用来收集噻菌灵。本专利技术中，Au薄膜上结合磁性的复合Fe3O4@SiO2@Ag@COOHNPs，是一种有效的检测痕量噻菌灵的SERS基底，其中小的Ag粒子分散在较大的Fe3O4@SiO2粒子表面，Ag粒子之间的空隙，形成一个“热点”区域，由局域表面等离子体共振使得电磁场显著增强，Au薄膜由于其LSPR(局域表面等离子体共振)与Ag粒子的SPPs(表面等离子体激元)的耦合，使其电磁场进一步增强。Ag粒子和Au薄膜之间的-COOH基团确保这种耦合有效进行。处在核心的Fe3O4粒子作为磁性载体，实现了-COOH基团表面噻菌灵分子的聚集。在Fe3O4粒子和Ag粒子之间引入SiO2层，增强两者之间的附着力，同时防止Fe3O4粒子氧化。由于复合的SERS基底每个组分的协同效应，即使1μg/L浓度的噻菌灵也可以被检测到，显示本专利技术复合纳米粒子SERS基底优异的灵敏度。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：(1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种修饰的磁性复合纳米颗粒Fe3O4@SiO2@Ag@COOH NPs的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)磁性Fe3O4NPs的制备通过溶剂热合成法合成，将FeCl3·6H2O加入到乙二醇中55～65℃混合搅拌，再加入NaAc·3H2O和柠檬酸钠，55～65℃搅拌30～40min后，转移至聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，密封置于200℃电热鼓风干燥箱中处理10h；自然冷却后，磁力收集，乙醇洗涤，沉淀物干燥备用；(2)Fe3O4@SiO2NPs的制备将步骤(1)得到的Fe3O4纳米颗粒加入含有水、乙醇和NH3·H2O的混合物溶液中，超声处理，使其在溶液中很好地分散；再慢慢加入TEOS，并搅拌，反应2h后，再次磁力收集，用乙醇和去离子水清洗,60℃干燥备用；(3)Fe3O4@SiO2@Ag NPs的制备将步骤(2)得到的Fe3O4@SiO2纳米颗粒分散在乙醇中，再加入HCl和SnCl2，超声处理；用磁力将得到的复合纳米颗粒从溶液中分离出来，用去离子水冲洗；将去离子水冲洗后的复合纳米颗粒重新分散到PVP和[Ag(NH3)

【技术特征摘要】
1.一种修饰的磁性复合纳米颗粒Fe3O4@SiO2@Ag@COOHNPs的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)磁性Fe3O4NPs的制备通过溶剂热合成法合成，将FeCl3·6H2O加入到乙二醇中55～65℃混合搅拌，再加入NaAc·3H2O和柠檬酸钠，55～65℃搅拌30～40min后，转移至聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，密封置于200℃电热鼓风干燥箱中处理10h；自然冷却后，磁力收集，乙醇洗涤，沉淀物干燥备用；(2)Fe3O4@SiO2NPs的制备将步骤(1)得到的Fe3O4纳米颗粒加入含有水、乙醇和NH3·H2O的混合物溶液中，超声处理，使其在溶液中很好地分散；再慢慢加入TEOS，并搅拌，反应2h后，再次磁力收集，用乙醇和去离子水清洗,60℃干燥备用；(3)Fe3O4@SiO2@AgNPs的制备将步骤(2)得到的Fe3O4@SiO2纳米颗粒分散在乙醇中，再加入HCl和SnCl2，超声处理；用磁力将得到的复合纳米颗粒从溶液中分离出来，用去离子水冲洗；将去离子水冲洗后的复合纳米颗粒重新分散到PVP和[Ag(NH3)2]+的混合溶液中；再加入葡萄糖和酒石酸钠还原液，搅拌4h，磁力收集最终得到的Fe3O4@SiO2@Ag复合纳米粒子，用去离子水和乙醇冲洗，分散在乙醇中备用；(4)Fe3O4@SiO2@Ag@COOHNPs的制备将Fe3O4@SiO2@AgNPs缓慢加入质量体积比为2％的Cys水溶液中，室温下磁力搅拌4h；乙醇和超纯水洗涤，干燥；吹氮气处理，将得到的Fe3O4@SiO2@Ag@NH2复合纳米粒子和戊二酸酐混合在DMF溶液中，搅拌过夜，再用去离子水冲洗，得到Fe3O4...

【专利技术属性】
技术研发人员：但琨，胡祥娜，禹绍周，王瑞，林慧纯，
申请(专利权)人：深圳市农产品质量安全检验检测中心深圳市动物疾病预防控制中心，
类型：发明
国别省市：广东,44