基于粒间距离的检测方法和传感器技术

本发明专利技术涉及基于粒间距离的检测方法和传感器。本发明专利技术提供一种用于通过依赖于粒间距离的感测来确定样品中的化合物的存在或量的方法，包含：(a)使被怀疑含有所述化合物的所述样品与稀土掺杂的金属氧化物纳米颗粒接触；以及(b)通过确定所述稀土掺杂的金属氧化物纳米颗粒在与所述样品接触时的发光特性的改变来检测所述化合物。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及基于纳米颗粒之间的粒间距离(interparticle distance)的检测方法和器件，具体地，涉及基于稀土掺杂的金属氧化物纳米颗粒之间的粒间距离的检测方法和器件。
技术介绍
自上世纪起稀土(RE)离子因其吸引了大量研究的光致发光(PL)特性而众所周知。直到现在，RE离子掺杂的发光材料保持了显著的技术重要性，并且通过并入RE离子作为发光中心而在该领域实现了巨大改善。其发光应用被广泛用作高性能发光器件、生物医学装置、显微方法以及更多。其优良的发光特性源于在4f能级之间的电子跃迁。这些跃迁为禁阻的电偶极，且发射4fn能级的发光延迟时间典型地在微秒(ys)到毫秒(ms)范围。相反地，4fn能级和AflriSd结构的能级之间的跃迁是允许的，并且已经观察到纳秒(ns)量级的发光延迟时间。对在紫外-可见(UV)范围内的三价RE的电子能级跃迁的理论和实验研究已被良好地开展，这提供了开发发光材料的基础。在LaCl3中掺杂的RE的各4f能级的能量被报导为最高达^OOOcnT1的能量。在之后的使用在LiYF4中并入的RE的研究中，该研究已进ー步扩展到真空UV区域。在具有大于半填充的4f壳层(η > 7)的重三价RE的高分辨激发光谱中，在公知的强f_d带的较长波长侧观察到弱帯。这些弱带被归因于向最低的AflriSd态的跃迁，该最低的AflriSd态具有比4fn基态高的自旋量子数。因此，这些跃迁是自旋禁阻的，其弱于允许的f_d帯。
技术实现思路
本专利技术人通过利用掺杂有稀土离子的金属氧化物纳米颗粒之间的粒间距离而做出用于感测技术的新检测发现。使用稀土离子，是由于与稀土离子的电子能量跃迁相关的独特的发光特性。由此，根据本专利技术的第一方面，提供了ー种用于通过依赖于粒间距离的感测来确定样品中的化合物的存在或量的方法。该方法包含(a)使被怀疑含有所述化合物的所述样品与稀土掺杂的金属氧化物纳米颗粒接触；以及(b)通过确定所述稀土掺杂的金属氧化物纳米颗粒在与所述样品接触时的发光特性的改变来检测所述化合物。根据本专利技术的第二方面，提供了 ー种用于在检测样品中的化合物的存在或量的方法中使用的传感器，其中所述传感器包含稀土掺杂的金属氧化物纳米颗粒。根据本专利技术的第三方面，提供了稀土掺杂的金属氧化物纳米颗粒的用于确定样品中的化合物的存在或量的用途。附图说明在附图中，在不同的视图中相似的參考标号通常表示相同的部件。附图未必按比例绘制，而是重点通常在于示例各实施例的原理。在下面的描述中，參考以下附图来描述本专利技术的各实施例。 图I示例用于合成ZrO2 = Tb3+纳米颗粒的方案。图2示出了图I的氨解反应的机制。图3示出了(A)稀土金属氧化物纳米颗粒和农药的混合物；(B)在混合之前的稀土金属氧化物纳米颗粒的激发光谱和在混合后的稀土金属氧化物纳米颗粒和农药的激发光谱。图4示出了㈧用己烷稀释Tb2O3浓度的激发光谱，稀释因子从I (未稀释)到10、15和20，插图示出了从I (未稀释)到5倍稀释因子的放大图；(B)Tb2O3的粒间距离对光致发光强度的影响，插图示出了具有2nm的平均直径的Tb2O3纳米颗粒的TEM图像。图5示出了㈧用己烷稀释ZrO2 = Tb3+浓度的激发光谱，稀释因子从I (未稀释)到10、15和20，插图示出了从I (未稀释)到5倍稀释因子的放大图；⑶ZrO2 = Tb3+的粒间距离对PL强度的影响，插图示出了具有2nm的平均直径的Tb2O3的TEM图像。发现34. 4nm的最优粒间距离给出最大发光强度。图6示出了(A)在己烷中的ZrO2: Tb3+(实线)和Tb2O3 (虚线)的激发光谱；(B)ZrO2ITb3+系统的简化能级图。图7示出了不同溶剂对ZrO2 = Tb3+纳米颗粒的发光强度的影响。图8示出了㈧在包括己烷、油胺、油酸、I-十八烯以及甲苯的不同溶剂中ZrO2ITb3+的激发光谱；⑶通过从10到IOOOppm的各种浓度的油酸示出了系统的依赖于剂量的淬灭的ZrO2 = Tb3+的激发光谱。图9示出了⑷响应于在I到5ppm范围内的不同农药的ZrO2:Tb3+系统的敏感性，使用作为空白样品(blank)的ZrO2 = Tb3+纯样品(neat sample)进行实验；(B)通过从I到5ppm的各种浓度的硝基苯示出了系统的依赖于剂量的淬灭的ZrO2 = Tb3+的激发光谱。图10示出了⑷响应于在I到5ppm范围内的不同农药的ZrO2 = Tb3+系统的敏感性，通过稀释ZrO2 = Tb3+五倍以获得最大PL强度并使用其作为空白样品来进行实验；(B)通过从I到5ppm的各种浓度的硝基苯示出了系统的依赖于剂量的淬灭的ZrO2 = Tb3+的激发光-i'Tfeレ曰。图11示出了⑷相对于时间的响应于IOppb的农药的ZrO2 = Tb3+系统的敏感性和稳定性；通过稀释ZrO2 = Tb3+五倍以获得最大PL强度并使用其作为空白样品来进行实验；(B)响应于O. 01到5ppm范围内的硝基苯和杀螟松(fenitrothion)的ZrO2 = Tb3+系统的敏感性。图12示出了稀释对ZrO2 = Tb3+系统的粒间距离的影响。具体实施例方式下面的详细描述参考附图，附图通过示例的方式示出了实施本专利技术的特定细节和实施例。这些实施例被充分详细地描述，以便本领域的技术人员能够实施本专利技术。在不背离本专利技术的范围的情况下可利用其他实施例并且可做出改变。各实施例未必相互排斥，因为一些实施例可与一个或多个其他实施例组合以形成新的实施例。本专利技术基于对使用稀土掺杂的金属氧化物纳米颗粒的发光稀土离子的粒间距离的感测技术的新的检测发现。为最大发光强度而优化稀土离子的粒间距离，并且该发光特性被用于感测应用，所述感测应用包括但不限于关于其发光淬灭的农药检测。本专利技术的影响之一是开发了一种用于农产品的基于纳米技术的感测技术，并且例如提高对食品安全的早期了解。目前使用的农药检测方法主要为耦合到质谱仪、液相色谱或生物学免疫测定的气相色谱法。这些方法通常是费时、昂贵的，并需要熟练劳力。在第一方面中，提供了一种通过依赖于粒间距离的感测来确定在样品中的化合物 的存在和其量的方法。该方法包含(a)使被怀疑含有所述化合物的所述样品与稀土掺杂的金属氧化物纳米颗粒接触；以及(b)通过确定所述稀土掺杂的金属氧化物纳米颗粒在与所述样品接触时的发光特性的改变来检测所述化合物。本文使用的术语“纳米颗粒”是指具有以纳米(nm)为单位衡量的尺寸的钠观颗粒。典型地，纳米颗粒具有从约Inm到约500nm的平均宽度(包括直径)，例如，从约Inm到约50nm,例如从约Inm到约25nm的平均直径。在一些实施例中，纳米颗粒具有最大约5nm的直径。在一些实施例中，纳米颗粒具有约2nm的直径。特别地，纳米颗粒可具有从约Inm到约IOnm的平均直径，例如，约Inm到约7nm、约Inm到约6nm、约Inm到约5nm、约I. 5nm到约5nm、约2nm到约5nm、约2nm到约6nm、约2. 5nm到约5nm、约2. 5nm到约6nm、约3nm到约6nm、约3nm到约5nm、约4nm到约6nm、或约4nm到约5nm的平均直径。在本专利技术的上下文中，术语“粒间距离”是指在宏观体中的相邻纳米颗粒之间的距离(参见本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2011.03.14 US 61/465,1391.一种用于通过依赖于粒间距离的感测来确定样品中的化合物的存在或量的方法，包含: (a)使被怀疑含有所述化合物的所述样品与稀土掺杂的金属氧化物纳米颗粒接触；以及 (b)通过确定所述稀土掺杂的金属氧化物纳米颗粒在与所述样品接触时的发光特性的改变来检测所述化合物。2.根据权利要求I的方法，其中，所述稀土掺杂的金属氧化物纳米颗粒被分散在有机溶剂中。3.根据权利要求2的方法，其中，所述溶剂选自η-己烷、η-辛烷、η-十二烷、η-十六烷以及氯仿。4.根据权利要求2的方法，其中，所述稀土掺杂的金属氧化物纳米颗粒在所述溶剂中被稀释，以使其发光最大化。5.根据权利要求4的方法，其中，所述稀释使得平均粒间距离在25到40nm的范围内。6.根据权利要求I的方法，其中，所述稀土掺杂的金属氧化物纳米颗粒的稀土离子为无定形相。7.根据权利要求I的方法，其中，所述金属氧化物选自Zr02、Ti02、Al203、Mg0、Sr0、Ge02、SiO2, Ga203、Y2O3> Eu2O3> SnO2, In2O3 及其组合。8.根据权利要求I的方法，其中，所述稀土选自Sc、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu 及其组合。9.根据权利要求I的方法，其中，所述稀土掺杂的金属氧化物纳米颗粒为ZrO2:Tb纳米颗粒。10...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑诗韵，叶恩毅，李锦庆，林小云，韩明勇，
申请(专利权)人：新加坡科技研究局，
类型：发明
国别省市：