基于量子点的荧光特性检测磺胺二甲嘧啶

董华燕，杨黎明，祝 靖

（1.武汉谱尼科技有限公司，湖北武汉430000；2.武汉江夏区综合检验检测中心，湖北武汉430000）

基于量子点的荧光特性检测磺胺二甲嘧啶

董华燕1，杨黎明1，祝 靖2

（1.武汉谱尼科技有限公司，湖北武汉430000；2.武汉江夏区综合检验检测中心，湖北武汉430000）

以水溶性量子点为荧光探针，基于荧光内滤效应建立了定量检测磺胺二甲嘧啶快速、灵敏的荧光分析方法。研究了磺胺二甲嘧啶（作为吸光体）对CdTe量子点（作为荧光体）的猝灭作用，探究了基于内滤作用的猝灭机理，以及通过荧光猝灭量和磺胺二甲嘧啶质量浓度之间的线性关系建立了定量检测磺胺二甲嘧啶的线性方程。试验的线性范围为1.7～3.3 μg/mL，检出限为2.1 ng/mL。

量子点；磺胺二甲嘧啶；荧光猝灭；荧光内滤

磺胺二甲嘧啶（SM2）作为一种磺胺类药物，它能被用作饲料添加剂，用于防治葡萄球菌及溶解性链球菌等的感染。但是，如果短时间大剂量或长时间小剂量的刺激可分别引起急性或慢性中毒[1]。因此，建立一种快速、灵敏的检测方法，对保障消费者健康安全和食品卫生安全发展行业都具有重要的现实意义。

目前，检测磺胺二甲嘧啶的研究主要集中于高效液相色谱法（HPLC）、酶联免疫吸附法（ELISA）、分光光度法、色谱质谱联用法、免疫分析法、毛细管电泳法和薄层色谱法等，荧光分析法的报道较少[2]。高效液相色谱法分析成本高，液相色谱仪价格及日常维护费用高，分光光度法准确度相对不是很高，毛细管电泳法重现性差，而薄层色谱法手动操作比较多、人为影响因素大、重现性不好[3]。

量子点（QDs），也称半导体纳米晶，一般是由Ⅱ-Ⅵ族或Ⅲ-Ⅴ族元素组成的纳米颗粒。由于QDs的半径较小，物理尺寸小于其激子波尔半径，而使其具有独特的光学性质。量子点良好的光谱特性和自身优点，使其可以作为生物荧光探针，近年来这方面的研究已经取得了一定进展[4]。2002年，Chen Y等人[5]报道了CdS量子点能作为铜离子和锌离子的荧光探针，他们发现在水溶液中合成的CdS量子点与铜离子作用后发生荧光猝灭，以L-半胱氨酸为稳定剂的量子点与锌离子作用后荧光增强，以此检测生物样品中Cu2+和Zn2+，这是首次提出的以发光量子点作为荧光探针来选择性检测金属阳离子的新方法。目前，量子点作为一种很有发展潜力的新型荧光生物探针，已受到人们的广泛关注。它吸收光谱宽，发射光谱窄而对称，化学稳定性和抗光漂白性强，量子产率高，通过调节组成和大小可以使其发射出不同颜色的光，并且具有较高的荧光强度和光稳定性等特点[6]。

研究以团队前期的研究为基础，采用华中农业大学实验室提供的水相合成CdTe量子点，基于磺胺二甲嘧啶对CdTe量子点的内滤效应猝灭机理，建立了定量检测磺胺二甲嘧啶的分析方法，试验建立的方法操作简单、快速。荧光内滤效应（Fluorescenceinner-filter effect）是指体系中荧光剂的激发或发射光被吸收剂（猝灭剂）吸收，从而导致荧光剂的荧光强度降低[7]。由于吸收剂的吸收值变化可以呈指数关系地转化为荧光剂的荧光强度变化，因此分析灵敏度可以大大提高[8]。荧光内滤效应的产生需要吸收剂吸收光谱与荧光剂激发或发射光谱有效地重叠，以磺胺二甲嘧啶作为吸收剂，量子点由于具有出众的荧光特性，可以作为磺胺二甲嘧啶理想的荧光剂[9]。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

1.1.1 试剂

CdTe量子，由华中农业大学国家蛋品中心提供；磺胺二甲嘧啶、HCl、磷酸二氢钾、磷酸氢二钠。

1.1.2 仪器

F97 PRO型荧光光谱仪，上海棱光技术有限公司产品；UV1800型紫外可见分光光度计，岛津仪器苏州有限公司产品；水浴锅；烘箱。

1.2 试验方法

1.2.1 磺胺二甲嘧啶母液制备

取0.1 g磺胺二甲嘧啶溶于4 mL 20%HCl中，用0.8%HCl定容至100 mL，制备成1 mg/mL的标准磺胺二甲嘧啶母液，备用。

1.2.2 缓冲溶液PBS的制备

根据不同的配比，将磷酸二氢钾和磷酸氢二钠混合，配置不同pH值的缓冲溶液PBS。

1.2.3 荧光猝灭法检测磺胺二甲嘧啶

在5 mL离心管中注入1 mL稀释后的CdTe量子点溶液（5×10-7mol/L）和一定量的磺胺二甲嘧啶溶液，用0.2 mol/L pH值为7.4的PBS缓冲溶液定容至3 mL。在常温条件下静置反应40 min，用荧光分光光度计在常温条件下进行荧光扫描，测定荧光发射图谱，激发波长设定为330 nm，激发和发射光狭缝宽度均为10 nm。

2 结果与分析

2.1 CdTe量子点与磺胺二甲嘧啶的光学性质表征

磺胺二甲嘧啶紫外吸收光谱见图1，CdTe量子点的紫外吸收光谱（1）、荧光发射光谱（2）见图2。

由图1可见，磺胺二甲嘧啶在波长475～600 nm之间都有很明显的紫外吸收，于波长550 nm处吸收峰值最大，这为荧光内滤效应产生提供了理论支持。由图2（1）可见，CdTe量子点在波长463 nm处具有明显的激子吸收峰。由激子最大吸收峰的波长，按照拟合公式[10-11]可计算出量子点的粒径为1.61 nm左右。由图2（2）可见，CdTe量子点在波长521 nm处有明显的荧光发射峰，其荧光最大发射波长位于521 nm（激发波长λ=330 nm）处，峰形较窄而且比较对称，所得纳米粒子尺寸分布比较窄、粒径均一。

2.2 磺胺二甲嘧啶猝灭CdTe量子点的荧光曲线图

磺胺二甲嘧啶猝灭CdTe量子点的荧光变化见图3。

图1 磺胺二甲嘧啶紫外吸收光谱

图2 CdTe量子点的紫外吸收光谱（1）、荧光发射光谱（2）

图3 磺胺二甲嘧啶猝灭CdTe量子点的荧光变化

由图3可见，随着磺胺二甲嘧啶质量浓度的增加（1～7：0，1.7，2.0，2.3，2.7，3.0，3.3 μg/mL），体系最大发射波长处的荧光强度呈现规律性下降，这是建立出定量检测磺胺二甲嘧啶的荧光分析法的基础。

从量子点的荧光发射曲线和磺胺二甲嘧啶的紫外吸收可知，以磺胺二甲嘧啶为吸光体、CdTe量子点为荧光体，可以产生内滤效应。通过构建非共价偶联荧光传感体系，实现磺胺二甲嘧啶的荧光猝灭检测。

2.3 试验条件的优化

试验考查了反应时间（10，20，30，40，50，60 min）、量子点浓度（通过改变体积改变其浓度），量子点体积（0.6，0.8，1.0，1.2，1.4 mL）、反应温度（0，20，40，60，80℃）、体系pH值（6.8，7.1，7.4，7.7，8.0）对体系荧光强度变化值（ΔF）的影响。

反应时间对猝灭体系荧光强度的影响见图4。

图4 反应时间对猝灭体系荧光强度的影响

由图4可见，随着反应时间的增加，量子点荧光强度改变量是逐渐增加的，在40 min时达到最大值，之后突然下降，后又上升，它的趋势是先平稳上升，有规律性，后下降又上升；超过40 min后猝灭体系荧光强度不稳定、无规律。因此，选取40 min为最佳反应时间。

量子点体积对猝灭体系荧光强度的影响见图5。

图5 量子点体积对猝灭体系荧光强度的影响

由图5可见，当量子点体积从0.6 mL增大到1.0 mL，荧光强度变化值ΔF会随之增大，之后趋于平稳；在1.0 mL时猝灭最大。原因可能是在一定浓度范围内，随着量子点浓度升高，被猝灭的量子点就越多，猝灭作用越明显，荧光强度变化值ΔF也就越大，直到量子点与磺胺浓度的反应摩尔比达到一个合适的比例，猝灭反应趋于平稳[12]。当量子点浓度过高，量子点荧光猝灭量不稳定、无规律。所以，选择量子点体积为1.0 mL。

反应温度对猝灭体系荧光强度的影响见图6。

图6 反应温度对猝灭体系荧光强度的影响

由图6可见，随着反应温度从20℃逐渐升高到60℃，荧光强度变化值ΔF也逐渐增加；在60℃时达到最高点，之后下降。在60℃时猝灭作用影响显著，所以选取60℃为最佳反应温度。

体系pH值对猝灭体系荧光强度的影响见图7。

图7 体系pH值对猝灭体系荧光强度的影响

由图7可见，在体系pH值为6.8～7.4时，随着体系pH值的增加，量子点荧光强度变化值ΔF逐渐升高；在pH值＞7.4时，随着体系pH值的增大，猝灭体系荧光强度变化值ΔF先下降后上升；在体系pH值8.0时达到最大。但是考虑到体系pH值过高，CdTe量子点会由于表面羧基所带负电荷的增多而引起水化物形成，导致荧光减弱[13]、体系不稳定，所以选取体系pH值7.4为最佳体系pH值检测条件。

2.4 标准曲线

在上述优化过的试验条件下（反应时间40 min，CdTe量子点取1 mL，反应温度60℃，体系pH值7.4），进一步考查了CdTe量子点在检测磺胺二甲嘧啶时的线性范围以及检出限。

磺胺二甲嘧啶质量浓度与体系猝灭荧光强度变化值之间的线性关系见图8。

图8 磺胺二甲嘧啶质量浓度与体系猝灭荧光强度变化值之间的线性关系

由图8可见，当磺胺二甲嘧啶质量浓度在1.7～3.3 μg/mL内增加时，量子点荧光强度变化值呈规律性下降。以量子点荧光改变量为Y、磺胺二甲嘧啶质量浓度为X，建立线性回归方程为Y=2 165.322X-3 227.139（X的单位为μg/mL），R2=0.955 99。由连续11次测定不含磺胺二甲嘧啶和含磺胺二甲嘧啶体系荧光强度差的3倍除以标曲斜率，得到检出限为2.1 ng/mL。

3 结论

基于磺胺二甲嘧啶对单核CdTe量子点的荧光猝灭效应建立了快速、灵敏检测磺胺二甲嘧啶浓度的荧光分析方法，分别考查了量子点体积、反应时间、反应温度和体系pH值等多种因素对检测体系的影响，初步探讨了磺胺二甲嘧啶猝灭量子点的原因。

该检测方法线性范围宽（1.7～3.3 μg/mL），检测限低（2.1 ng/mL）。相比于常规的检测方法，操作简便，检测速度快、灵敏度高。

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Rapid Detect of SM2Based on Nano-Fluorescence Probe

DONG Huayan1，YANG Liming1，ZHU Jing2
（1.Wuhan Pony Testing Technology Co.，Ltd，Wuhan，Hubei 430000，China；2.Wuhan Jiangxia Comprehensive Inspection and Testing Center，Wuhan，Hubei 430000，China）

In this paper，a quantitatively rapid and sensitive fluorescence analysis method is established by using water soluble quantum dots as a fluorescence probe to detect sulfadimidine（SM2）.The experiment research the mechanism of the quenching caused by the fluorescence inner-filter effect（IFE）between SM2（absorber）and CdTe QDs（fluorophore）.Based on the quenching effect，the method for detecting SM2using QDs as probe is established.The results show that the relationship between the SM2concentration and the quenching intensity of CdTe QDs（F）while the SM2concentration ranged from 1.7～3.3 μg/mL，the detection limit is 2.1 ng/mL.

quantum dots；SM2；fluorescence quenching；fluorescence inner-filter effect

S869.84

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.08.013

1671-9646（2017）08a-0040-04

2017-06-29

董华燕（1990—），女，硕士，研究方向为食品分析检测。