环境和农产品中乐果的残留, 对人体和生态环境都造成了巨大的威胁。 急需构建一种高效、 简便及廉价的检测方法用于乐果的快速检测。 通过对木糖和碳酸氢铵进行简单的水热处理, 成功制备了掺杂氮型碳量子点(N-CQDs)。 N-CQDs的激发光谱表明, 其在238和330 nm 处各有一个荧光中心, 它们的荧光发射中心均位于402 nm左右。 随着乐果的不断加入, 238 nm激发的发射光谱能在1 min内被有效猝灭, 而330 nm激发的发射光谱荧光变化不明显, 基于此构建了比率型荧光探针用于乐果的快速检测。 在最佳反应条件下, 比率型荧光探针对乐果的检测范围为2~100和100~180 ng·mL-1, 检出限为0.67 ng·mL-1。 常见的离子和农药对乐果的干扰不大, 表明该比率型荧光探针无需特异性酶的标记即可对乐果显示出良好的选择性。 该方法用于实际火龙果样品中乐果的检测, 并与国家标准规定的气相色谱-质谱法（GC-MS）比较。 所建立的方法在实际火龙果样品检测中回收率在92.55%~102.24%之间, 其相对标准偏差（RSD）小于3.62%（n=3）。 而国标规定的GC-MS法的回收率在84.22%~100.64%之间, RSD在2.95%~10.95%（n=3）之间。 结果表明, 与GC-MS法相比, 所建立的比率型荧光探针显示出更高的准确度与精密度, 实验结果令人满意。

以天然生物质去皮的蓖麻为碳源, 采用一步水热法合成了荧光性能优良的绿色荧光蓖麻碳量子点(CO-CQDs), 对其形貌和发光性能进行了表征。通过将该CO-CQDs与荧光极强的卤代荧光素染料曙红Y(EY)复合, 二者可形成荧光发射峰相距较远的新型CO-CQDs/EY复合物。在pH=4.00的Na2HPO4-柠檬酸缓冲溶液中, 在320 nm的激发波长下, CO-CQDs/EY复合物于405 nm和540 nm处显示出两个独立的荧光发射峰。在该体系中加入Cr(Ⅵ), 405 nm和540 nm两处的荧光信号均显著猝灭。L-抗坏血酸(L-ascorbic acid,AA)的加入可使复合物于540 nm的荧光信号恢复, 而405 nm处的荧光强度基本不变。据此建立了一种以CO-CQDs/EY复合物为比率型荧光探针测定AA的新方法。实验测定了荧光信号恢复的最佳条件和影响荧光恢复的因素, 初步探讨了反应机理。在优化的实验条件下, 该探针于540 nm/405 nm两处的荧光强度比值与AA的浓度在5.0×10-8~4.0×10-6 mol/L范围内呈良好线性关系, 检出限为3.7×10-8 mol/L。该探针用于检测药物、水果和蔬菜中AA的含量, 结果满意。

汞是一种典型的低剂量高毒性物质, 广泛存在于环境和水体中, 可通过食物链传递并累积, 从而对人体造成危害。 因此, 准确快速的监测食品中汞离子(Hg2+)含量对于保障食品安全具有重要意义。 目前, 常用的Hg2+检测方法包括液相色谱-原子荧光光谱法(LC-AFS)、 电感耦合等离子质谱法(ICP-MS)、 电化学法和荧光分析法。 比率型荧光探针具有双发射荧光特性, 其中内置校准功能可降低因探针浓度和各种环境因素产生的检测误差, 可以有效的克服单发射荧光探针的不足。 本研究提出了基于碳量子点(CQDs)和铜纳米簇(CuNCs)的新型比率型荧光探针用于螃蟹中Hg2+的快速检测。 主要研究内容和结果如下: (1)CQDs-CuNCs复合体系的制备。 以蔗糖为碳源, 聚乙二醇为钝化剂, 通过微波介导法合成CQDs; 以抗坏血酸为还原剂和稳定剂通过水热法合成CuNCs, 后通过自组装制成CQDs-CuNCs复合体系。 (2)CQDs-CuNCs复合体系的表征。 利用高倍透射电子显微镜(HRTEM)、 紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、 荧光光谱(FL)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)对CQDs-CuNCs复合体系表征, 结果显示, 该研究成功合成了具有双发射特性的CQDs-CuNCs比率型荧光探针。 (3)CQDs-CuNCs复合体系的稳定性测试。 将CQDs-CuNCs比率型探针与传统的单通道CuNCs探针的稳定性进行对比。 结果表明, 当探针浓度漂移和测量温度波动时, CQDs-CuNCs比率型探针比单发射的CuNCs抗干扰能力更强, 稳定性更高。 (4)CQDs-CuNCs复合体系对Hg2+的检测。 当Hg2+存在时, 复合体系中的CuNCs发生团聚, 而CQDs基本不受影响, 导致443 nm处的CuNCs荧光猝灭而545 nm处的CQDs荧光强度几乎不变。 依据荧光强度的比值(I443 nm/I545 nm)与Hg2+浓度的关系实现定量检测。 在对标准Hg2+检测时, CQDs-CuNCs复合体系的I443 nm/I545 nm和单发射CuNCs的猝灭率与Hg2+浓度(0.1～12 μmol·L-1)均呈现良好的线性关系, 相关系数分别达到0.994 7和0.991 6, 检测限(3σ/S)分别为2.83和3.62 nmol·L-1。 在螃蟹样品检测中, CQDs-CuNCs比率型探针和单发射的CuNCs得到回收率分别为102.5%~105.4%和104.2%~112.5%, 说明CQDs-CuNCs复合体系比单发射CuNCs对Hg2+具有更高的灵敏性和稳定性。 以上结果表明, 本研究所构建的CQDs-CuNCs比率型荧光探针能够用于食品中Hg2+的快速、 准确检测。

温度的可视化实时监测, 一直都是科学研究的重点方向。 荧光传感是一种具有高灵敏度、 快速响应、 可视化等优点的半侵入式测温方法, 在生物医药等领域已被广泛应用。 然而, 传统荧光探针容易受到外界条件波动的影响而产生误差。 为解决这一问题, 可以采用两组荧光检测信号构建比率型荧光探针, 通过两组信号的相互校准提高检测的准确性。 传统的比率荧光温度探针大多基于下转换荧光发射, 这类探针通常由短波长光激发, 对生物组织穿透性差且有一定伤害, 还会受到生物组织自发荧光的干扰。 频率上转换是由长波长激发, 短波长发射的一种光致发光现象, 由其构建的荧光探针可以克服传统下转换荧光探针的上述缺点。 而基于三线态-三线态湮灭(TTA)机理的频率上转换发光体系, 由光敏剂和湮灭剂的双分子体系共同构成, 因而自身就同时具有上/下转换的发光特性, 满足了构建比率型荧光探针的条件。 然而目前, 基于TTA上转换体系的比率型荧光温度探针还鲜见报导, 已报导的工作中仍需要另外添加参比探针。 仅通过TTA双分子体系构建的上/下转换比率型荧光温度探针仍然是一大挑战。 本文通过将传统的TTA上转换体系(PdOEP/DPA)负载于由温敏型两亲性聚合物Pluronic-F127组装形成的胶束中, 形成上转换纳米胶束温度探针。 随着温度的升高, 聚合物亲水链段水溶性下降, 向胶束核心位置收缩, 导致负载上转换分子的胶束内部空间体积减小, TTA分子间碰撞概率增大, 上转换效率提高, 上转换发光的强度也随之提高; 与此同时, 光敏剂的下转换磷光发射也会发生小幅度的下降。 由此上/下转换两组荧光信号构成的比率荧光, 可成功实现25~60 ℃范围内对温度的线性检测, 并可通过肉眼观察到体系发光由紫红色向蓝紫色的转变, 检测结果的重复性良好。 TTA上转换分子通过被温敏聚合物胶束的包覆, 既解决了在实际应用中探针水溶性差, 以及上转换发光易被氧气淬灭的问题, 还为上转换体系提供了温敏性质, 实现了上转换发光对温度的精确响应。 这种基于上转换纳米胶束的比率型荧光温度探针不仅制备方法简单, 具有良好的生物相容性, 且检测灵敏度高, 可以人眼识别, 无需外加参比, 对生物体内温度在线监测的实现具有重要意义。

胰蛋白酶生产障碍会阻碍消化过程, 在胰腺组织以外产生胰蛋白酶可能涉及癌症过程。 胰蛋白酶明显增高可能表明胰腺炎或者慢性肾功能衰竭等病症的发生, 它的含量与生命活动息息相关, 简单并及时监测胰蛋白酶含量对疾病的诊断具有重要的参考价值。 因此, 该研究构建氮化碳量子点和金纳米簇（CNQDs和AuNCs）的复合纳米探针检测尿液中胰蛋白酶含量。 通过煅烧三聚氰胺获得氮化碳粉末, 并将氮化碳粉末作为原材料通过溶剂热法合成了发射峰在440 nm的类石墨相氮化碳量子点（CNQDs）。 牛血清蛋白（BSA）和CNQDs两者同时作为还原剂和稳定剂合成了金纳米簇（AuNCs）, 且AuNCs吸附在氮化碳量子点表面形成具有双发射性质的CNQD-AuNCs复合荧光纳米材料, 发射波长分别为440 nm（CNQD的发射波长）和650 nm（AuNC的发射波长）。 由于胰蛋白酶能特异性的水解CNQD-AuNCs中的牛血清蛋白, 导致牛血清蛋白结构被破坏, 从而破坏AuNCs稳定的结构, 使得其沉淀聚集, 引起荧光猝灭。 由于AuNCs产生的650 nm处的荧光被猝灭, 而CNQDs产生的440 nm处的荧光不受影响, CNQD-AuNCs复合荧光纳米探针产生比率型荧光信号响应。 利用比率型荧光信号的变化情况, 可实现胰蛋白酶的定量检测。 CNQD-AuNCs探针在650 nm处的荧光强度随着胰蛋白酶浓度的增加而逐渐下降, 而440 nm处的荧光强度保持不变。 胰蛋白酶在一定浓度下（10～400 ng·mL-1）与荧光强度比值（I650/I440）呈良好的线性关系, 建立的线性方程为y=2471-0004x［y为荧光强度比值（I650/I440）, x为胰蛋白酶的浓度（ng·mL-1）］, 相关系数（R2）高达0997 6, 检测限为15 ng·mL-1（3倍信噪比）。 利用建立的荧光法检测尿液中胰蛋白酶（实际含量分别为50, 100和150 ng·mL-1）, 检测得到的平均含量分别为5241, 10325和15439 ng·mL-1。 尿液中胰蛋白酶的回收率和相对标准偏差范围分别为10293%～10482%和357%～416%。 结果表明, 利用荧光强度比值（I650/I440）作为胰蛋白酶定量检测的信号, 能够校正外界影响因素的干扰, 克服单一荧光信号易受光漂白、 探针浓度、 激发光强度以及光程等外界因素的影响的缺点。 基于CNQD-AuNCs建立的比率型荧光分析方法能够实现尿液中胰蛋白酶的高灵敏度和高特异性检测, 为实际样品中胰蛋白酶的检测提供科学依据。