Core-Shell CdSe @ SiO2 / CD con impresión molecular como sonda fluorescente radiométrica para detección de 4-nitrofenol
Resumen
El 4-nitrofenol (4-NP) es un contaminante prioritario en el agua y es carcinógeno y genotóxico para los seres humanos y la vida silvestre, incluso en concentraciones muy bajas. Por lo tanto, en el presente documento fabricamos un nuevo nanohíbrido núcleo-capa impreso molecularmente como sensor fluorescente radiométrico para la detección altamente sensible y selectiva de 4-NP. Este sensor funcionaba mediante la transferencia de energía de resonancia de fluorescencia entre puntos de carbono fotoluminiscentes (CD) y 4-NP. Este sensor se sintetizó uniendo CD funcionalizados con organosilano a puntos cuánticos de CdSe recubiertos de sílice (CdSe @ SiO 2 ) a través de enlaces Si – O. Los nanohíbridos se modificaron aún más mediante el anclaje de una capa de polímero impreso molecularmente (MIP) en el sensor fluorescente radiométrico a través de un método de polimerización sol-gel fácil. La morfología, la estructura química y las propiedades ópticas de la sonda fluorescente de emisión dual impresa molecularmente resultante se caracterizaron mediante microscopía electrónica de transmisión y análisis espectroscópico. Luego, la sonda se aplicó en la detección de 4-NP y mostró una buena linealidad entre 0.051 y 13.7 μg / mL, además de un límite de detección bajo de 0.026 μg / mL. Además, la simplicidad, confiabilidad, alta selectividad y alta sensibilidad del sensor desarrollado demuestran que la combinación de MIP y fluorescencia radiométrica permite la preparación de excelentes sensores fluorescentes para la detección de trazas o ultratrazas de analitos.
Antecedentes
Los nitrofenoles se encuentran entre los contaminantes ambientales más abundantes debido a su uso generalizado en la producción de herbicidas, pesticidas, tintes sintéticos y productos farmacéuticos [1]. En particular, el 4-nitrofenol (4-NP) es uno de los nitrofenoles sustituidos más tóxicos, ya que es carcinógeno y genotóxico para los seres humanos y la vida silvestre incluso en concentraciones muy bajas [2]. De hecho, la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) ha incluido el 4-NP como contaminante prioritario y ha especificado un límite máximo permitido de 60 ng / ml de 4-NP en el agua potable [3]. Por tanto, el desarrollo de métodos sensibles y selectivos para la detección de 4-NP es de particular importancia. Hasta la fecha, se han propuesto varios métodos analíticos para la determinación de 4-NP en agua, incluida la cromatografía [4, 5], la detección electroquímica [3, 6, 7], la detección por quimioluminiscencia [8] y la monitorización de la fluorescencia [9,10 , 11]. Los puntos cuánticos (QD) generalmente se adoptan como señal de respuesta en el monitoreo de la fluorescencia y también se usan ampliamente en la generación de hidrógeno fotoelectroquímico, dispositivos optoelectrónicos e imágenes biológicas debido a sus propiedades ópticas y electrónicas dependientes del tamaño / composición [12,13,14]. Los métodos de fluorescencia para la determinación de cantidades traza de 4-NP son ventajosos debido a su simplicidad, rapidez y bajo costo. Sin embargo, estos métodos se basan generalmente en el cambio en la intensidad de la fluorescencia de un único luminóforo, que se ve fácilmente perturbado por una fluctuación en la intensidad de la luz de excitación [15], la concentración de la sonda [16] y la presencia de extintores de fluorescencia como el pesado iones metálicos [17] y especies reactivas de oxígeno [18]. Como tal, las estrategias basadas en la fluorescencia radiométrica pueden considerarse superiores, ya que eliminan la mayoría de estas ambigüedades mediante la autocalibración de dos o más bandas diferentes [19]. Curiosamente, varias sondas de fluorescencia radiométrica han exhibido sensibilidades de detección significativamente mejoradas en comparación con las sondas de punto cuántico emisivo único y, por lo tanto, se han utilizado ampliamente en la construcción de sondas fluorescentes para la detección de contaminantes ambientales, como Hg 2 + , sulfuro de hidrógeno y dióxido de azufre [20, 21, 22].
Además, los polímeros de impronta molecular (MIP) son matrices poliméricas que pueden personalizarse para exhibir altas selectividades hacia las moléculas diana y se usan comúnmente en separación, sensores y catalizadores [23, 24]. Es de especial interés el desarrollo de sensores fluorescentes que exhiban altas sensibilidades y selectividades, donde estas propiedades están garantizadas mediante estrategias de fluorescencia radiométrica y de impronta molecular, respectivamente. Sin embargo, los informes sobre estos sensores fluorescentes de emisión dual impresos molecularmente para la determinación de trazas de analitos son limitados [25, 26].
Por lo tanto, aquí informamos la construcción de un sensor fluorescente de emisión dual impreso molecularmente para la detección sensible y selectiva de 4-NP basado en la transferencia de energía de resonancia de fluorescencia (FRET) entre 4-NP y puntos de carbono fotoluminiscentes (CD). En este sensor fluorescente radiométrico, los CdSe QD se incrustarán en conchas de sílice (CdSe @ SiO 2 ) para que sirva como señal de referencia. Esperamos que el recubrimiento de sílice no solo preserve las propiedades fotoluminiscentes de los CdSe QD debido a su naturaleza inerte y transparencia óptica [8], sino que también evitará la fuga de los metales pesados tóxicos Cd y Se [27]. Además, el CdSe @ SiO 2 Los QD estarán rodeados de CD funcionalizados con organosilano (CdSe @ SiO 2 / CD). Como clase emergente de materiales fluorescentes, los CD han atraído una atención significativa debido a su bajo costo, falta de toxicidad, estabilidades fisicoquímicas y fotoquímicas y propiedades de fotoluminiscencia sintonizables [28, 29, 30]. Más específicamente, los CD funcionalizados con organosilano sintetizados por pirólisis de ácido cítrico anhidro con aminosilano reservan las ventajas de los CD prístinos y pueden inmovilizarse fácilmente en CdSe @ SiO 2 mediante un sencillo proceso de calentamiento [31]. Además, las moléculas de plantilla se pueden anclar fácilmente en las superficies de CdSe @ SiO 2 / CD mediante un proceso de impresión molecular sol-gel [32]. Además, en nuestro sistema propuesto, FRET puede tener lugar debido a la superposición del espectro de emisión de los CD preparados y el espectro de absorción de 4-NP, que es crucial para la detección de 4-NP. En última instancia, nuestro objetivo es preparar CdSe @ SiO 2 con impresión molecular / Nanohíbridos CD (CdSe @ SiO 2 / CDs / MIP) tras la preparación de las carcasas impresas en la superficie del CdSe @ SiO 2 / CD con 4-NP como plantilla. La morfología, la estructura química y las propiedades ópticas del sensor preparado se determinarán mediante microscopía electrónica de transmisión (TEM) y análisis espectroscópico. Finalmente, se examinará la capacidad de adsorción, sensibilidad y selectividad de este sensor hacia 4-NP.
Métodos
Materiales
Se obtuvieron tetraetoxisilano (TEOS), Triton X-100 y éter de petróleo de Tianjin Kemiou Chemical Reagent Co., Ltd. (Tianjin, China). Se adquirieron ciclohexano, 4-NP, alcohol hexílico, hidróxido de amonio (25% en peso), alcohol etílico absoluto, metilbenceno y alcohol isopropílico de Guangfu Chemical Reagent Co., Ltd. (Tianjin, China). Se adquirieron 3-aminopropiltrimetoxisilano (APTMS) y ácido cítrico anhidro de Aladdin Chemical Reagent Co., Ltd. (Shanghai, China). Todos los reactivos fueron de calidad analítica y se usaron tal como se recibieron sin purificación adicional. Los CdSe / ZnS QD modificados con carboxilo (CdSe QD) se adquirieron de Wuhan Jiayuan Quantum Dot Technological Development Co., Ltd. (Wuhan, China). Toda el agua se purificó utilizando un sistema de purificación de agua Sartorius Arium® Pro VF (resistividad de 18,2 MΩ).
Síntesis de CdSe @ SiO 2
Se mezclaron ciclohexano (7,7 ml), Triton X-100 (1,77 ml), n-hexanol (1,8 ml) y una solución de CdSe QD (400 μL, 8 μM) con agitación magnética vigorosa. Después de la formación exitosa de la microemulsión inversa, se introdujeron TEOS (50 μL) y una solución de hidróxido de amonio (200 μL, 25% en peso). A continuación, se selló el sistema de reacción y se continuó agitando a 25ºC durante 24 h. Después de este tiempo, se añadió alcohol isopropílico (36 ml) para romper la emulsión y el precipitado resultante se lavó con etanol varias veces hasta que no se detectó señal de fluorescencia en el sobrenadante. Durante cada procedimiento de lavado, la dispersión de partículas se sometió a centrifugación, seguido de la eliminación del sobrenadante y la redispersión del precipitado en etanol. Finalmente, el precipitado se dispersó en tolueno bajo ultrasonidos.
Síntesis de CD funcionalizados con organosilano
Los CD funcionalizados con organosilano se prepararon mediante pirólisis de ácido cítrico anhidro y APTMS. En un experimento típico, se calentó APTMS (10 ml) a 185 ° C, momento en el que se añadió rápidamente ácido cítrico anhidro (0,5 g) con agitación vigorosa y la mezcla resultante se mantuvo a 185 ° C durante 1 min. Después de este tiempo, la solución se dejó enfriar a 25ºC y el producto de color verde oscuro obtenido se purificó mediante extracción con éter de petróleo (x 5) usando una relación en volumen de 1:1. La fase inferior del licor de extracto fueron las CD preparadas funcionalizadas con organosilano. Se obtuvieron aproximadamente 2 mL de CD funcionalizados.
Síntesis del CdSe @ SiO de doble emisión recubierto de MIP y NIP 2 / CD nanohíbridos
Se añadió una porción de los CD funcionalizados con organosilano recién preparados (10 μL) a una mezcla de tolueno (25 ml) que contenía CdSe @ SiO 2 (5 mg). Después de calentar a 113 ° C con reflujo durante 12 h con agitación, la mezcla resultante se sometió a centrifugación, el precipitado que contenía el CdSe @ SiO 2 Se dispersaron nanohíbridos / CD en etanol (2 ml) y se añadió 4-NP (0,2 mg). A continuación, se dejó reaccionar el sistema durante 2 ha 25ºC con agitación. Pasado este tiempo, se inyectaron TEOS (25 μL) e hidróxido de amonio (25 μL) en la mezcla, que se dejó reaccionar durante 5 h más a 25 ° C. Finalmente, el producto obtenido se sometió a tres ciclos de precipitación / centrifugación y se lavó con etanol para eliminar cualquier exceso de reactivos. Los nanohíbridos resultantes se dispersaron en etanol para su uso posterior.
También se llevaron a cabo experimentos de control utilizando CdSe @ SiO 2 recubierto con polímero no impreso (recubierto con NIP) / Nanohíbridos CD, que se prepararon utilizando el método anterior pero sin la adición de la molécula plantilla.
Capacidades de adsorción del CdSe @ SiO 2 / CD / MIP y CdSe @ SiO 2 / Nanohíbridos CD / NIP Hacia 4-NP
Se añadió 4-NP (0,1 mg) para separar las soluciones de CdSe @ SiO 2 / CD / MIP y CdSe @ SiO 2 / Nanohíbridos CD / NIP (1 ml, 1,5 mg / ml) con agitación. Después de 120 min, las soluciones se sometieron a centrifugación (12.000 rpm, 15 min) y las concentraciones de 4-NP en los sobrenadantes se determinaron mediante mediciones de UV-vis a 400 nm. A continuación, se calcularon las capacidades de adsorción (\ (Q \)) de los nanohíbridos recubiertos con MIP y recubiertos con NIP usando la Ec. 1.
$$ Q =\ left ({C} _0- {C} _ {\ mathrm {t}} \ right) V / W $$ (1)donde C 0 y C t son las concentraciones de 4-NP antes y después de la adsorción, respectivamente, V es el volumen de la solución y W es la masa de nanohíbridos.
Caracterización
La TEM de alta resolución (HRTEM) se realizó utilizando un microscopio electrónico de transmisión JEM-2100 (JEOL Ltd., Akishima, Japón) que opera a un voltaje de aceleración de 200 kV. La espectroscopía de infrarrojos por transformada de Fourier (FTIR) se llevó a cabo en un espectrómetro Nicolet Magna IR-560 FTIR (Nicolet Co., Madison, WI, EE. UU.) Durante 20 exploraciones, con una resolución de 4 cm - 1 . Las medidas de fluorescencia se obtuvieron usando un espectrofotómetro de fluorescencia Cary Eclipse (Agilent Technologies, Inc., EE. UU.) En una celda de cuarzo de 1 cm x 1 cm. La espectroscopia UV-vis se realizó en un espectrofotómetro de la serie TU-1810 (Purkinje General Instrument Co. Ltd., Beijing, China) utilizando una celda de cuarzo con una trayectoria óptica de 1,0 cm.
Detección fluorescente de 4-NP
A una alícuota del CdSe @ SiO 2 preparado / CD / MIP, nanohíbrido en etanol (1 mL, 1,5 mg / mL) se añadió una porción adicional de etanol (2 mL) y la cantidad deseada de 4-NP. La concentración final de 4-NP en la solución se obtuvo mediante un cálculo simple. Después de mezclar a fondo, se midió la intensidad de la fluorescencia después de 10 min y se registraron los espectros de fluorescencia a una longitud de onda de excitación de 350 nm con rendijas de excitación / emisión de 10 nm. Con respecto al tiempo de incubación, se fijó en 10 min de acuerdo con el tiempo de incubación adoptado en los trabajos reportados de sonda fluorescente radiométrica [33, 34]. Como en este trabajo se usó agua ultrapura en lugar de soluciones tampón, el pH de detección de este trabajo fue de aproximadamente 7,0, de acuerdo con el pH de trabajo optimizado en la detección de 4-NP en un trabajo informado [10].
Resultados y discusión
Antes de la preparación del sensor fluorescente radiométrico para la detección de 4-NP, primero examinamos los espectros de emisión y absorción de varios materiales. Tras el examen de los espectros de emisión de los CdSe QD y los CD (archivo adicional 1:Figura S1), resultó evidente que no se produjo ninguna interferencia entre las dos especies, con sus máximos de emisión observados a 460 y 615 nm, respectivamente. Además, la superposición observada entre el espectro de absorción de 4-NP y el espectro de emisión de los CD (archivo adicional 1:Figura S2) indica que FRET podría tener lugar entre estas especies, lo que conduce a la extinción de la fluorescencia del CdSe @ SiO 2 / Nanohíbridos CD / MIP a 455 nm. Además, los QD y CD de CdSe exhibieron longitudes de onda de excitación óptimas comparables (es decir, 350 nm), por lo que estas especies eran adecuadas para la construcción del sensor fluorescente radiométrico para la detección de 4-NP. Como tal, los CdSe QD sirvieron como señal de referencia, mientras que los CD actuaron como señal de respuesta. Por lo tanto, se puede detectar una respuesta de fluorescencia radiométrica tras la extinción de los CD por 4-NP mientras que la intensidad de fluorescencia de los QD de CdSe permanece constante.
La ruta sintética empleada para la preparación del sensor fluorescente radiométrico impreso molecularmente se ilustra en el esquema 1. Inicialmente, los CdSe QD se recubrieron con una capa de sílice utilizando un método de microemulsión inversa modificado [35] para evitar el contacto directo de los CdSe QD con el disolventes externos y para controlar la distancia entre los CdSe QD y los CD ajustando el grosor de la capa de sílice [36]. Posteriormente, el CdSe @ SiO 2 obtenido Los QD se decoraron con CD funcionalizados con organosilano para facilitar el enlace de CdSe @ SiO 2 y los CD a través de enlaces de silicio-oxígeno, así como para mejorar las interacciones entre los CD y la matriz de sílice impresa molecularmente [37]. Esto resultó en la construcción exitosa de los nanohíbridos fluorescentes radiométricos de emisión dual con estructura núcleo-capa deseados. Además, el CdSe @ SiO 2 Los nanohíbridos CD / CD se encapsularon con una película impresa en sílice a través de la reacción de condensación sol-gel de TEOS catalizada por una solución acuosa de amoníaco [38]. Esta modificación fue necesaria para evitar la fuga de los CD de la matriz y para mantener una permeabilidad superior a las moléculas de la plantilla [37]. Después de la eliminación de las moléculas molde por elución con solvente, las cavidades que son complementarias en forma, tamaño y demanda electrónica o de enlaces de hidrógeno permanecen en la matriz, asegurando así el reconocimiento selectivo y la unión cooperativa a la molécula diana [39]. Este paso final produjo el sensor fluorescente de emisión dual impreso molecularmente objetivo.
Representación esquemática del proceso empleado para la preparación del CdSe @ SiO 2 de emisión dual recubierto de polímero con impresión molecular / Nanohíbridos CD
Preparación y caracterización de CdSe @ SiO 2 / CD / MIP nanohíbrido
Tras su exitosa preparación, la estructura morfológica y las propiedades ópticas del CdSe @ SiO 2 obtenido Se estudiaron en detalle los nanohíbridos CD / MIP. Como se muestra en la Fig. 1a, b, los CdSe QD se encapsularon con éxito en las cáscaras de sílice. Sin embargo, los CD no se pudieron observar en las imágenes HRTEM del CdSe @ SiO 2 / Nanopartículas de CD (Fig. 1c, d), ya que las CD preparadas eran nanopartículas amorfas sin franjas de celosía obvias [40, 41]. Además, las imágenes que se muestran en la Fig. 1a-f confirman que el CdSe @ SiO 2 preparado , CdSe @ SiO 2 / CD y CdSe @ SiO 2 / CD / MIP especies eran nanopartículas esféricas uniformes con diámetros promedio de 46,7 ± 2,5, 53,6 ± 2,7 y 66,4 ± 2,0 nm, respectivamente (archivo adicional 1:Figura S3). Este aumento en el diámetro promedio coincide con la deposición capa por capa de CD y películas impresas con sílice en el CdSe @ SiO 2 nanopartículas. Después del encapsulado por la capa impresa con sílice, la superficie del CdSe @ SiO 2 / Los nanohíbridos CD se volvieron rugosos, lo que puede atribuirse al crecimiento no homogéneo de esta capa. Como el método sol-gel es un método ampliamente utilizado para la construcción de películas impresas con sílice con espesor ajustable [42], el espesor de la capa impresa fabricada se determinó en consecuencia para promover la aparición de FRET. En realidad, la capa impresa que contiene el donante (CD) y el aceptor (4-NP) mide ~ 12,8 nm, lo que es suficiente para permitir que FRET tenga lugar fácilmente FRET [43, 44].
Caracterización de las nanopartículas híbridas preparadas. Imágenes HRTEM del CdSe @ SiO 2 ( a , b ), CdSe @ SiO 2 / CD ( c , d ) y CdSe @ SiO 2 / CD / MIP ( e , f ) nanopartículas. Y los espectros FTIR ( g ) de CdSe @ SiO 2 (curva A), CdSe @ SiO 2 / CD (curva B), CdSe @ SiO 2 / CD / MIP (curva C) y 4-NP (curva D)
Para confirmar la modificación química exitosa después de cada etapa, los espectros FTIR del CdSe @ SiO 2 , CdSe @ SiO 2 / CD y CdSe @ SiO 2 / Los productos CD / MIP se registraron y compararon. Como se muestra en la Fig. 1g, los tres espectros FTIR mostraron SiO 2 característico picos a 1091 y 468 cm - 1 , que correspondió a la vibración de estiramiento simétrico de Si – O – Si y la vibración de estiramiento antisimétrico de Si – O, respectivamente. Además, en comparación con el espectro FTIR de CdSe @ SiO 2 , el espectro FTIR del CdSe @ SiO 2 Las nanopartículas de / CD contenían tres picos adicionales, a saber, la vibración de estiramiento de –C =ONR a 1648 cm - 1 , la vibración de estiramiento de C – H a 2940 cm - 1 y una característica –NH 2 pico a 1400-1460 cm - 1 , que se origina a partir del SiO 2 modificado con amino concha [45]. Además, la comparación de los espectros de 4-NP, CdSe @ SiO 2 / CD y CdSe @ SiO 2 Las nanopartículas / CD / MIP confirmaron que la impresión 4-NP fue exitosa debido a la presencia de picos correspondientes a la vibración de flexión fuera del plano de =C – H (860–800 cm - 1 ) y la vibración de estiramiento asimétrico de –NO 2 (1550 y 1300 cm - 1 ) en los espectros de 4-NP y CdSe @ SiO 2 / Nanopartículas CD / MIP.
Los espectros de emisión de fluorescencia del CdSe @ SiO 2 preparado A continuación, se registraron nanopartículas de / CD / MIP antes y después de la eliminación de las moléculas molde (Fig. 2a), y la fluorescencia de las CD se apagó significativamente en presencia de 4-NP. Además, después de eliminar las moléculas molde mediante lavado y elución posterior, se recuperó la fluorescencia de las CD y no se observó superposición con la banda de emisión de las CdSe QD a una longitud de onda de excitación de 350 nm. Por lo tanto, era evidente que el sensor fluorescente radiométrico impreso molecularmente presentaba una emisión dual bien resuelta y era adecuado para la detección radiométrica de 4-NP.
Fluorescencia de las nanopartículas híbridas preparadas. un Espectros de emisión de fluorescencia del CdSe @ SiO 2 / Nanopartículas CD / MIP antes (línea negra) y después (línea roja) de la eliminación de las moléculas de la plantilla y b su fotoestabilidad dispersa en etanol tras la eliminación de 4-NP. c Capacidades de adsorción del CdSe @ SiO 2 / CD / MIP y CdSe @ SiO 2 / Nanohíbridos CD / NIP. d Los gráficos de la intensidad de fluorescencia de CdSe @ SiO 2 / CDs / MIP y CdSe @ SiO 2 / CD / NIP con 4-NP, respectivamente. (F b0 y F b representan la intensidad de fluorescencia de CdSe @ SiO 2 / CDs / MIP y CdSe @ SiO 2 / CD / NIP a 455 nm en ausencia y presencia de varias cantidades de 4-NP)
A continuación, se evaluó la estabilidad de la fluorescencia del sensor mediante mediciones repetidas de fluorescencia del CdSe @ SiO 2 / Sistema CD / MIP a intervalos de 2 min. Como se muestra en la Fig. 2b, no se observó ningún cambio significativo en la intensidad de la fluorescencia durante 120 min a 615 nm, lo que sugiere la fotoestabilidad a largo plazo de la sonda [46]. Además, la intensidad de fluorescencia de las CD retuvo> 95% de su respuesta original a 455 nm, y no se esperaba que esta ligera disminución tuviera un efecto significativo en la determinación de 4-NP. Por lo tanto, estos resultados demuestran que la capa impresa molecularmente se ancló eficazmente en la superficie del CdSe @ SiO 2 / CD y que los CD y CdSe QD estuvieran bien protegidos.
Detección específica y selectiva de 4-NP
Para investigar la afinidad de unión del CdSe @ SiO 2 / CD / MIP y CdSe @ SiO 2 / Nanohíbridos CD / NIP, las pruebas de adsorción se realizaron utilizando la plantilla 4-NP. Como se muestra en la Fig. 2c, las capacidades de adsorción de CdSe @ SiO 2 / CD / MIP y CdSe @ SiO 2 / CD / NIP hacia 4-NP fueron 9.1 y 1.58 mg / g respectivamente. Esta capacidad superior de adsorción de los nanohíbridos impresos molecularmente podría atribuirse a la formación de cavidades específicas de 4-NP durante el proceso de impresión. Además, la capacidad de adsorción inferior del CdSe @ SiO 2 / El nanohíbrido CD / NIP probablemente fue causado por la falta de sitios de reconocimiento y el efecto dominante de la adsorción inespecífica que se origina en las interacciones de enlaces de hidrógeno entre 4-NP y –NH 2 grupos en la superficie de los CD funcionalizados con organosilano [8].
Para cualquier cantidad dada de donante de CD, la eficacia de extinción de la fluorescencia se puede controlar ajustando la superposición espectral entre el donante y el aceptor o ajustando el número de aceptores alrededor del donante dentro de una distancia de 10 nm [47]. En este caso, tanto para CdSe @ SiO 2 / CD / MIP y CdSe @ SiO 2 / Nanohíbridos CD / NIP, el FRET podría tener lugar entre los CD y el 4-NP en la solución dentro de los 10 nm de los CD, lo que puede resultar en una eficiencia de extinción considerable. Sin embargo, con la ventaja de las capas impresas molecularmente, la capacidad de adsorción de CdSe @ SiO 2 / Los nanohíbridos CD / MIP se mejoraron eficazmente (Fig. 2c); por lo tanto, estaría disponible una mayor cantidad de moléculas de 4-NP dentro de los 10 nm de los CD que en el caso del CdSe @ SiO 2 / Nanohíbridos CD / NIP, que permiten que FRET tenga lugar en mayor medida. El reconocimiento especial de los nanohíbridos impresos molecularmente se investigó mediante la comparación de las respuestas de fluorescencia de CdSe @ SiO 2 / CD / MIP y CdSe @ SiO 2 / CD / NIP con varias concentraciones de 4-NP. Como se muestra en la Fig.2d, al aumentar la concentración de 4-NP, el valor de ( F b0 - F b ) / F b0 (es decir, la eficiencia de extinción de la fluorescencia) aumentó tanto para CdSe @ SiO 2 / CD / MIP y CdSe @ SiO 2 / CD / NIP. En la expresión anterior, F b0 y F b representan las intensidades de fluorescencia del CdSe @ SiO 2 / CD / MIP (o CdSe @ SiO 2 / CD / NIP) a 455 nm en ausencia y presencia de diversas concentraciones de 4-NP [48]. Además, al comparar las pendientes lineales (es decir, las constantes de extinción) de las dos gráficas, podríamos concluir que las moléculas de plantilla tuvieron un efecto más significativo en la extinción de la fluorescencia de CdSe @ SiO 2 / CD / MIP que el de CdSe @ SiO 2 / CD / NIP a concentraciones iguales de 4-NP, lo que sugiere además el excelente reconocimiento específico y la afinidad de unión del CdSe @ SiO 2 / Nanohíbrido CD / MIP hacia 4-NP [9, 49].
Para ilustrar la selectividad de CdSe @ SiO 2 / CD / MIP hacia la molécula plantilla 4-NP, se llevaron a cabo experimentos de control utilizando compuestos con estructuras o propiedades ópticas similares (es decir, fenol, 2-NP e hidroquinona). Como se muestra en la Fig.3, las eficiencias de extinción de la fluorescencia (( F b0 - F b ) / F b0 ) de los análogos eran más pequeños que los del 4-NP, probablemente debido a sus diferentes propiedades ópticas y estructuras químicas en comparación con los del 4-NP [9]. De hecho, los espectros de absorción obtenidos para el fenol y la hidroquinona difirieron significativamente del 4-NP y no mostraron superposición con los espectros de emisión de los CD (datos no mostrados). En el caso de 2-NP, aunque sus espectros de absorción y propiedades químicas eran similares a los de 4-NP, era una coincidencia menos perfecta para los sitios 4-NP impresos, lo que resulta en una reducción de tres veces en la eficiencia de extinción observada. . Por lo tanto, estos resultados indicaron que el sensor fluorescente preparado en este documento es selectivo hacia 4-NP en presencia de análogos y, por lo tanto, puede aplicarse adicionalmente a la detección selectiva de 4-NP.
La selectividad de la sonda fluorescente radiométrica preparada. Respuestas de fluorescencia del CdSe @ SiO 2 / CD / MIP y CdSe @ SiO 2 / Nanohíbridos CD / NIP hacia soluciones de 4.8 μg / mL de 4-NP, fenol, 2-NP (2-nitrofenol) e hidroquinona
Detección de 4-NP
Finalmente, examinamos el cambio en el perfil de fluorescencia de CdSe @ SiO 2 / CD / MIP tras la adición de diferentes cantidades de 4-NP. Como se muestra en la Fig. 4a, la intensidad de fluorescencia a 455 nm fue muy sensible a la concentración de 4-NP, mostrando una disminución a medida que se incrementó la concentración de 4-NP. Además, no se observó ningún cambio obvio en la fluorescencia de las CdSe QD a 615 nm, lo que sugirió que las CdSe QD encapsuladas en un SiO 2 son adecuados para su uso como señal de referencia. Además, como se muestra en la Fig. 4b, la gráfica de F b / F r contra concentraciones de 4-NP entre 0.051 y 13.7 μg / mL exhibieron una buena linealidad además de un alto coeficiente de correlación ( R 2 =0,985). En esta expresión, F b y F r representan las intensidades de fluorescencia del CdSe @ SiO 2 / Nanohíbrido CD / MIP a 455 y 615 nm, respectivamente. Según estos resultados, se calculó que el límite de detección era de 0,026 μg / ml ( 3δ / k ), que es significativamente más bajo que el límite permitido en el agua potable, según lo especificado por la EPA de EE. UU. (es decir, 60 ng / ml), lo que indica que nuestro sensor fluorescente radiométrico de impresión molecular presenta potencial para su uso en aplicaciones prácticas. Cuando se compara con los rangos lineales y los límites de detección de los métodos informados anteriormente (ver Tabla 1), es evidente que nuestro sistema es comparable o superior a los métodos electroquímicos y fluorescentes informados en el contexto del rango de detección de 4-NP y el límite de detección. Además, la sensibilidad, la selectividad y el límite de detección tienen el potencial de mejorarse mediante una mayor cuantificación y optimización de las condiciones de determinación, como el grosor de la capa impresa, la relación de CD a CdSe QD, la relación de plantilla a monómero, tiempo de incubación, y pH [10].
La detección de 4-NP. un Espectros de fluorescencia del CdSe @ SiO 2 / Nanohíbridos CD / MIP obtenidos a concentraciones crecientes de 4-NP bajo una longitud de onda de excitación de 350 nm. b Efecto de la concentración de 4-NP en la proporción de F r a F b para el CdSe @ SiO 2 revestido con MIP / Nanohíbridos CD. Se emplearon concentraciones de 4-NP de 0.051, 2.1, 4.8, 6.7, 8.9, 11.52 y 13.7 μg / mL. F b y F r representan las intensidades de fluorescencia del CdSe @ SiO 2 / Nanohíbridos CD / MIP a 455 y 615 nm, respectivamente
Conclusiones
En resumen, preparamos con éxito un nuevo sensor fluorescente de emisión dual (es decir, radiométrico) core-shell impreso con 4-nitrofenol (4-NP) para la detección sensible y selectiva de 4-NP. Este nuevo sensor exhibió tanto la alta sensibilidad de la fluorescencia radiométrica como la alta selectividad de un polímero impreso molecularmente (MIP). Como era de esperar, en presencia de 4-NP, la fluorescencia de los puntos de carbono (CD) se apagó mediante transferencia de energía de resonancia de fluorescencia (FRET) entre 4-NP y los CD fotoluminiscentes, mientras que la intensidad de fluorescencia de los puntos cuánticos de CdSe presentes en este sistema se mantuvo relativamente constante. Como tal, este sensor demostró ser una plataforma eficaz para la detección rápida y confiable de 4-NP en concentraciones que van desde 0.051 a 13.7 μg / mL, con un límite de detección particularmente bajo de 0.026 μg / mL. Además, la simplicidad, confiabilidad, alta selectividad y alta sensibilidad del CdSe @ SiO 2 desarrollado /CD/MIP nanohybrid sensor demonstrate that the combination of MIPs and ratiometric fluorescence allows the preparation of fluorescent sensors for the detection of trace or ultra-trace analytes.
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