氧化石墨烯荧光传感器、制备方法及其应用技术

本发明专利技术属于生物传感器技术领域，具体为一种氧化石墨烯荧光传感器、制备方法及其应用。本发明专利技术通过先将有机胺小分子的一端连接到氧化石墨烯上，再将另一端的氨基经过叔胺化后，与荧光分子TO3-I发生嫁接反应制备出可用于检测双链DNA的氧化石墨烯荧光传感器。本发明专利技术的有益效果在于：采用有机胺作为连接剂，通过共价键实现了荧光染料分子与氧化石墨烯的嫁接。本发明专利技术的氧化石墨烯荧光传感器在水溶液或复杂的体系中具有对双链DNA(例如，鲑鱼精子StDNA)可特异性识别的能力。在DNA未加入前，荧光分子处于荧光猝灭状态；加入DNA后，DNA与荧光分子相互作用，产生较强的荧光发射信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于荧光传感器
，具体涉及石墨烯荧光传感器的制备和在615nm激光激发下对双链DNA进行检测的方法。
技术介绍
近年来，简单灵敏的荧光检测技术在一些疾病的检测中越来越起到重要作用。作为携带众多遗传信息的DNA，由于各种外界原因的诱导而产生突变并有可能导致细胞癌变，因此对于DNA的特异性识别和定量分析对于癌症的早期诊断非常必要。在众多DNA检测方法中，荧光探针技术由于其高灵敏、快速响应和简单方便的特点，吸引了研究者的广泛关注。目前，荧光传感器淬灭剂材料主要可以分为三类：(1)贵金属纳米颗粒，如：纳米金、纳米银等，它们具有较高的荧光淬灭效率和较小的尺寸，但是该类荧光传感器的制备成本比较高。(2)聚合物纳米材料，如：悬挂型聚合物、介孔纳米材料聚合物、共轭聚合物和薄膜聚合物，它们具有较高的选择性和灵敏度，不过该类材料大多运用于一些金属离子的检测。(3)碳纳米材料，如：氧化石墨烯和碳纳米管，该类荧光传感器的制备成本较低，而且具有比较高的荧光淬灭效率。并且氧化石墨烯表面含有大量的含氧官能团，可以使其很容易的分散在各种溶剂中。在已报道的氧化石墨烯荧光传感器中，荧光基团绝大部分是采用非共价键的形式与石墨烯作用，石墨烯与荧光材料之间的作用力比较弱。在检测过程中，探针未遇到被测物质就可能产生荧光基团的脱吸附现象，使得荧光恢复。导致探针的特异性能力较低且不可以重复利用。也有一些研究者已经采用共价键的形式与氧化石墨烯结合制备出氧化石墨烯荧光传感器，但是他们一般采用价格比较昂贵的PEG、多肽或单链DNA为连接剂，增加了探针的制备成本，限制了其应用范围。在检测DNA时，也大多采用以荧光标记单链DNA分子，去检测互补链，实现单链DNA的检测。对于双链DNA的检测，目前主要采用的是破坏互补链，使得释放出的荧光标记DNA链被吸附到氧化石墨烯上，荧光被淬灭。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种构思不同的氧化石墨荧光传感器、制备方法及其应用，该传感器在水溶液中可实现对双链DNA的检测。本专利技术中，采用有机胺作为连接剂，通过共价键实现了荧光染料分子与氧化石墨烯的嫁接。该氧化石墨烯复合材料在水溶液或复杂的体系中具有对双链的DNA(例如:鲑鱼精子StDNA)可特异性识别的能力。在DNA未加入前，荧光分子处于荧光猝灭状态；加入DNA后，DNA与荧光分子相互作用，产生较强的荧光发射信号。一、氧化石墨烯荧光传感器的制备方法本专利技术所涉及的石墨烯荧光传感器，其结构通式如下：式中：R为氧化石墨烯GO或二次氧化石墨烯sGO，6≤n≤12，a、b为自然数。本专利技术提供一种氧化石墨烯荧光传感器，其结构通式如下：本专利技术还提供上述氧化石墨烯荧光传感器的制备方法，具体步骤如下：(1)氧化石墨烯材料的氨基化反应①将氧化石墨烯材料均匀分散在无水DMF中，然后在冰水浴下加入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐，进行羧基的活化处理，培育10-30min；其中：氧化石墨烯材料和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐的质量比为2：0.95-2:1.1；氧化石墨烯材料是氧化石墨烯或二次氧化石墨烯；②向培育后的氧化石墨烯材料中，加入NH2-(CH2)n-NH2，6≤n≤12，以及4-二甲氨基吡啶，在30-50℃温度下反应；③反应结束后，用去离子水，抽滤洗涤除去其他物质，透析2-3天后浓缩冷冻干燥，得到氨基化的氧化石墨烯材料；(2)氨基化的氧化石墨烯材料的叔胺化①氨基化的氧化石墨烯材料于乙酸中分散；②加入37wt％甲醛水溶液和乙酸锌，超声分散，并在25-35℃温度下反应2-5小时；其中：氨基化的氧化石墨烯材料和乙酸锌的质量比为1：0.95-1:1.1；③反应结束后，用去离子水，抽滤洗涤，透析，浓缩后冷冻干燥，得到叔胺化的氧化石墨烯材料；(3)氧化石墨烯荧光传感器的制备①将叔胺化的氧化石墨烯材料于无水DMF中超声搅拌，使其分散均匀。②向步骤①得到的溶液中，加入噻唑橙荧光染料TO3-I和K2CO3，惰性气氛保护下50-65℃温度下右反应30-60小时；③反应结束后，用去离子水冲洗，透析，浓缩后冷冻干燥，得到氧化石墨烯荧光传感器。上述步骤(3)中，叔胺化的氧化石墨烯材料和噻唑橙荧光染料TO3-I的质量比为1:1-1:10。进一步的，本专利技术提供上述氧化石墨烯荧光传感器在双链DNA检测领域的应用。优选的，所述双链DNA包括鲑鱼精子StDNA、鲱鱼精子DNA和小牛胸腺DNA。本专利技术的有益效果在于：本专利技术的石墨烯荧光传感器其和现有的传感器构思不同，该氧化石墨烯复合材料在水溶液或复杂的体系中具有对双链的DNA(例如:鲑鱼精子StDNA、鲱鱼精子DNA和小牛胸腺DNA等)可特异性识别的能力。同时可通过调整荧光分子与石墨烯之间的距离或者反应比例，以及改变氧化石墨烯的种类制备出不同荧光效果的传感器。附图说明图1为本专利技术传感器设计原理图；其中a为氧化石墨烯平台；b为氧化石墨烯荧光传感器复合材料；c为加入双链DNA后的氧化石墨烯荧光传感器复合材料作用机理。图2为实施例5加入不同浓度的StDNA后GONT12-TO3的荧光发射光谱。图3为实施例6加入不同浓度的StDNA后sGONT12-TO3的荧光发射光谱。图4为实施例7中GONT12-TO3在相同浓度下的不同生物小分子的选择性实验。(1:去离子水,2:StDNA,3:半胱氨酸,4:脯氨酸,5:精氨酸,6:谷胱甘肽,7:葡萄糖,8:蔗糖)具体实施方式实施例1荧光染料分子的合成(1)4-二甲基喹啉碘盐的合成将4-甲基喹啉(2.19g,15.3mmol)加入到装有40mL甲苯的100mL的圆底烧瓶中，然后加入碘甲烷(2.30g,16.10mmol)。用油浴锅把混合物加热到80℃左右，反应6-8小时，观察有大量的黄色沉淀析出。抽滤收集固体，用甲苯洗涤三次，在真空冷冻干燥器中干燥24小时，得到黄色固体(3.88g,13.60mmol)。(2)化合物(Z/E)-1-甲基-4-(2-(苯基氨基)乙烯基)喹啉碘盐的合成将N,N-二苯甲脒(0.688g,3.52mmol)和1，4-二甲基喹啉碘盐(1.0g,3.52mmol)放到研钵中充分研磨，使它们充分混合。然后将混合均匀的粉末转移到100mL烧瓶中，在氩气保护下160℃反应30分钟，有黑色焦油状物质生成。冷却到室温，用80mL二氯甲烷/甲醇(1:1)混合溶剂溶解，浓缩到约6-7本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化石墨烯荧光传感器，其特征在于，其结构通式如下：式中：R为氧化石墨烯GO或二次氧化石墨烯sGO，6≤n≤12，a、b为自然数。

【技术特征摘要】
1.一种氧化石墨烯荧光传感器，其特征在于，其结构通式如下：
式中：R为氧化石墨烯GO或二次氧化石墨烯sGO，6≤n≤12，a、b为自然数。
2.一种氧化石墨烯荧光传感器的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)氧化石墨烯材料的氨基化反应
①将氧化石墨烯材料均匀分散在无水DMF中，然后在冰水浴下加入1-(3-二甲氨基丙
基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐，进行羧基的活化处理，培育10-30min；其中：氧化石墨烯材
料和1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐的质量比为2:0.95-2：1.10:；氧化石墨烯材
料是氧化石墨烯或二次氧化石墨烯；
②向培育后的氧化石墨烯材料中，加入NH2-(CH2)n-NH2，6≤n≤12，以及4-二甲氨
基吡啶，在30-50℃温度下反应；
③反应结束后，用去离子水，抽滤洗涤除去其他物质，透析2-3天后浓缩冷冻干燥，
得到氨基化的氧化石墨烯材料；
(2)氨基化的氧化石墨烯材料的叔胺化
①氨基化的氧化石墨烯材料于乙酸中分散；
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘中宽，周义锋，易涛，毛月圆，陈亮，
申请(专利权)人：上海应用技术学院，
类型：发明
国别省市：上海;31