新型凹凸棒石杂化材料的设计合成及其对炭疽芽孢病毒的多色荧光传感

Anthrax is an acute disease, concurrently a potential biological warfare agent caused by Bacillus anthracis. The accurate, rapid and sensitive detection of Bacillus spores plays a vital role to prevent a biological attack or outbreak of disease. In this report, we are devoted to synthesize attapulgite-based core-shell multicolor fluorescence sensors for the detection of the Bacillus anthracis biomarker DPA with high stabilities and sensitivity. Lanthanide complexes loaded attapulgite materials will be prepared by insertion of europium complex into the nanochannels of attapulgite, and then covalently grafted terbium complexes onto the surface of natural attapulgite. The photoluminescence of the above hybrid materials could be changed from red to green when they are treated by DPA. The influences of ligands with different end groups on the recognition performances would be detected and the material with a better recognition performance will be screened through the test. The research results of this work might have theoretical and practical significance for the design and assembly of functional lanthanide-based nano-sensors.

炭疽是一种急性传染病，曾被用作恐怖行动的头号生物战剂。因此，设计能够准确，快速，灵敏的检测炭疽芽孢病毒的传感器成为研究热点。为提高传感器的稳定性及灵敏度，本课题拟合成凹凸棒石基质负载的识别炭疽芽孢病毒的核壳结构多色荧光传感器。运用凹凸棒石粘土结构的特异性，提出以凹凸棒石粘土的内部孔道和外部表面作为反应场所，分别进行有机功能化；并充分地利用稀土配合物优异的发光性能，引入带有不同发光光源的稀土配合物，通过多色荧光的变化快速识别并定量检测炭疽芽孢病毒；同时进一步探讨配体末端基的不同对生物分子识别性的影响，筛选出识别性能最为优良的杂化发光材料。本课题的成功实施将为新型纳米荧光传感器的设计及组装提供重要的理论依据和实验支持。

该项目的主要研究任务是利用凹凸棒石、多水高岭土纳米管及羟基磷灰石等无机纳米材料独特的结构特性和稀土离子特有的光学性质，制备出兼有敏感信号输出及选择性识别能力的新型多色荧光传感器，并将其组装成纸质传感器，以实现对有毒物质的快速可视化检测。主要研究成果如下：（1）以凹凸棒石或羟基磷灰石为基质，发展了一系列稀土掺杂的多色荧光传感器，可控地实现了对炭疽芽孢杆菌标记物的快速、高灵敏及高选择性检测；（2）依据凹凸棒石的结构特性，利用多色荧光传感器的组装策略，发展了一种能够对四环素进行识别的试纸传感器，借助智能手机APP实现了试纸上发光信号的准确获取和解析，用于四环素残留的快速、实时可视化检测；（3）探索了几种能够多模式成像的磁性粘土传感器，并将其用于肿瘤的早期检测；（4）充分利用凹凸棒石粘土及多水高岭土纳米管等天然粘土矿物的结构特性，在其表面负载多种贵金属，得到了具有不同形貌和催化性能的纳米复合物，实现了对特定有毒物质的高效降解。上述研究工作取得了多项具有创新性和系统性的研究成果，为粘土基传感器的设计及组装提供了理论依据，为粘土基材料的多功能应用提供了支持。