基于量子点的比率型荧光离子探针的设计合成及识别机理揭示

重金属污染是目前全球性的环境问题，近年来人们开发了一系列光化学方法对重金属离子进行检测。其中荧光离子探针法具有识别选择性好、响应快速、灵敏等优点，且在实时、原位检测等方面具有非常突出的优点；但是,探针小分子在水溶性和识别抗干扰能力方面仍存在缺陷。而纳米传感器方法具有高水溶性和高响应灵敏度，但在稳定性和识别选择性方面仍存在缺陷。因此，本课题将采用高选择性荧光探针小分子来修饰量子点，利用量子点作为能量给体、探针小分子的荧光发色团作为能量受体，利用重金属离子识别来调控它们之间的荧光能量共振能量转移(FRET)效率，以实现对重金属离子的荧光比率检测的目的。该方法综合小分子荧光探针和纳米传感器的优点，将大大提高探针的水溶性、生物相容性、识别响应的灵敏度和抗干扰能力。另外，本课题还将对该类探针的识别机理进行深入研究，以进一步优化探针结构、提高其识别性能。

重金属污染是目前全球化的环境问题，因此对其检测和监控受到人们越来越多的关注。其中，荧光离子探针检测方法由于具有识别选择性好、响应速度快、灵敏度高等优点，且在实时、原位检测等方面具有非常突出的优点而备受瞩目。常用的荧光离子探针主要为有机小分子荧光探针和纳米传感器，但是，有机小分子探针在水溶性和识别抗干扰能力方面存在缺陷，而纳米传感器在稳定性和识别选择性方面也有缺陷，同时其细胞毒性等也限制了该类探针的应用。因此，本课题主要研究了蛋白质保护荧光金纳米簇（AuNCs@BSA），主要是由于其具有良好的生物兼容性、发光稳定性和无毒等优点。通过对其可控制备以及修饰等方法我们成功的提高了该类探针的水溶性、生物相容性、识别响应的灵敏度和抗干扰能力等。首先，我们基于体积排阻色谱法发展了一种利用交联葡聚糖G-75柱分离、纯化AuNCs@BSA的方法。该分离方法同时具有高效、快速、荧光可见等显著优点，是目前文献报道的唯一的分离纯化方法。由于该方法是通过荧光发色团丹磺酰基的修饰将其标记，且丹磺酰的荧光发射与金纳米簇具有荧光共振能量转移（FRET）作用，因此我们利用这种FRET效应实现了对氰离子的高选择性比率型荧光识别响应，该方法极大的提高了检测的抗干扰能力。另外，我们还通过微波法取代传统的加热方法制备出了更小的金纳米簇——Au16NCs@BSA，其对银离子表现出了高选择性、高灵敏度的荧光蓝移增强型识别响应。这是迄今为止发现的第一个具有荧光增强效应的蛋白质保护金纳米簇识别效应。与其它的荧光猝灭响应相比，该识别响应具有更强的抗干扰能力以及较高的应用价值。我们进一步利用XPS、MALDI-TOF质谱等方法对该响应机理进行了深入研究，结果表明其识别本质是小金纳米簇对Ag+的反氧化还原，并生成金银合金纳米簇。该部分工作为可控制备金银合金纳米簇提供了一种新方法。最后，我们也得到了三个有机荧光小分子探针，它们分别对锌离子，汞离子和铜离子具有选择性荧光识别响应，我们对这些探针分子的识别机理也进行了深入研究。总之，在该项目的支持下，我们获得了一些性能优良的比率型荧光纳米探针和小分子荧光探针，并对其识别机理进行了深入研究，为进一步的研究重金属离子的识别和检测做出了重要贡献。