基于双金属纳米簇多通道可视化荧光探针的构建及其用于重金属离子的同步检测

The environmental pollutants, especially the heavy metal ions, have caused serious harm to human health and ecological environment. Therefore, the rapid and efficient metal ions detection of environmental pollutants has become an important issue to be solved in all over the world. At present, there are still many problems about the detection of heavy metal ions, such as complex sample pretreatment, time-consuming operation, expensive instrument and unsuitable for rapid detection on site et.al. This project plans to design and synthesize metal nanoclusters (Au and Ag nanoclusters) with high quantum yield. With further proper modification and control in the process of synthesis, metal nanoclusters with tunable emission wavelength could be obtained. Because the emissions of the prepared nanoclusters are not overlapped, it could be used to construct multichannel fluorescent nanoprobe. The selectivity of the probe could be enhanced through the modification with proper functional ligands. By exploring the selective response mechanism of nanoclusters to target heavy metal ions, the synchronous detection of several heavy metal ions in the sample could be realized. On the basis of multichannel fluorescent probe, the development of visual florescent probe will also be carried out by immobilizing prepared Au and Ag nanoclusters with different wavelength emission on the carrier, such as paper or membrane of polymer materials. Combined with modern heavy metal ions analysis methods and detection techniques, this multichannel-visual fluorescent probe could be applied for the synchronous and visual detection of several kinds’ heavy metal ions in environmental water. The results of this study will provide valuable theoretical reference and technical support for the detection and treatment of heavy metal ions in environmental pollutants.

环境污染物，特别是重金属离子的污染，已经严重威胁到了人类的健康和生态环境，对重金属离子进行快速、高效地检测已成为重要的研究课题。针对目前重金属离子检测所存在的样品前处理复杂、操作费时、所需仪器昂贵、不适宜进行现场快速检测等不足。本项目拟通过纳米材料的合成、修饰与调控等技术，制备发射波长可调且具有较高量子产率的金、银纳米簇，利用两种纳米簇的荧光发射波长不相重叠，构建多通道荧光探针。通过对纳米簇的修饰，提高其选择性识别功能，深入研究多通道探针对目标分子的选择性响应机理，实现多种重金属离子的同步检测。在此基础上，将金属纳米簇固定于载体上，进一步开发金属离子的可视化检测方法，构建可用于多金属离子同步检测的可视化荧光探针，结合现代重金属离子分析方法及测试技术，将该多通道可视化荧光探针应用于环境水体，实现对多种重金属离子的可视化同步检测，为环境中重金属离子的同步检测、快速分析提供理论依据和技术支持。

针对当前环境污染物特别是对重金属离子进行快速、高效分析存在的问题，如样品前处理复杂、不宜进行现场快速检测等，本项目采用荧光材料构建可视化荧光探针，实现了重金属离子的可视化快速检测。在基金的支持下，本项目首先制备了具有红色荧光的金纳米团簇，实现了对汞离子的检测；在此基础上，采用微波法一步合成了AuAg双金属纳米团簇（AuAg-BNCs），通过改变金银前驱体的比例，实现了AuAg-BNCs荧光发射波长的调控，并对AuAg-BNCs的制备机理进行了深入的研究。利用其对Hg2+的高选择性响应，将AuAg-BNCs构建荧光探针，实现了对Hg2+的荧光检测。实验结果证明，该荧光探针对汞离子的响应灵敏度得到了大大提高，是金纳米团簇的6.33倍，其对汞离子的线性响应范围为0.05~6.3μM，检测限为13 nM。本研究为开发基于BNCs的传感器提供了研究经验，有利于构建高灵敏度的荧光传感器。另外，本研究还对环境友好、无毒碳量子点（CDs）的制备及其应用进行了系统深入的研究，开发了水溶性和脂溶性CDs的可控性制备方法，由于无需高温高压条件，因此本制备方法绿色环保，可以用于CDs的大批量制备。通过对实验条件的控制，还制备了具有双亲性的CDs，将其用于构建荧光传感器，实现了高氯盐水中碘的形态分析。此外，用葡萄糖作为碳源，制备了具有强还原作用的CDs，在不使用保护剂的条件下，利用其作为还原剂制备的AuNPs@CDs复合纳米颗粒具有很强的催化能力，有望用于构建灵敏度更高的传感器。在此基础上，本研究还设计了其他类型的荧光探针，实现了对重金属离子及其他离子的可视化检测,并取得了满意的成果。这些研究不但完成了当前项目的研究计划，还为后续更深入的研究奠定了基础。. 另外，在基金的支持下，本项目共发表18篇SCI学术论文，培养了1名博士研究生和4名硕士研究生，申请了2项发明专利，圆满完成了研究计划。