CdSe Core-Shell com impressão molecular @ SiO2 / CDs como uma sonda fluorescente raciométrica para detecção de 4-nitrofenol

Resumo

O 4-nitrofenol (4-NP) é um poluente prioritário na água e é cancerígeno e genotóxico para humanos e animais selvagens, mesmo em concentrações muito baixas. Assim, aqui fabricamos um novo nanohíbrido núcleo-casca com impressão molecular como um sensor fluorescente raciométrico para a detecção altamente sensível e seletiva de 4-NP. Este sensor funcionava pela transferência de energia de ressonância de fluorescência entre pontos de carbono fotoluminescentes (CDs) e 4-NP. Este sensor foi sintetizado ligando CDs funcionalizados com organossilano a pontos quânticos de CdSe revestidos de sílica (CdSe @ SiO ₂ ) por meio de ligações Si – O. Os nano-híbridos foram posteriormente modificados pela ancoragem de uma camada de polímero com impressão molecular (MIP) no sensor fluorescente raciométrico por meio de um método de polimerização sol-gel fácil. A morfologia, estrutura química e propriedades ópticas da sonda fluorescente de emissão dupla com impressão molecular resultante foram caracterizadas por microscopia eletrônica de transmissão e análise espectroscópica. A sonda foi então aplicada na detecção de 4-NP e exibiu boa linearidade entre 0,051 e 13,7 μg / mL, além de um baixo limite de detecção de 0,026 μg / mL. Além disso, a simplicidade, confiabilidade, alta seletividade e alta sensibilidade do sensor desenvolvido demonstram que a combinação de MIPs e fluorescência raciométrica permite a preparação de excelentes sensores fluorescentes para a detecção de analitos de traços ou ultra traços.

Histórico

Os nitrofenóis estão entre os contaminantes ambientais mais abundantes devido ao seu amplo uso na produção de herbicidas, pesticidas, corantes sintéticos e produtos farmacêuticos [1]. Em particular, o 4-nitrofenol (4-NP) é um dos nitrofenóis substituídos mais tóxicos, sendo carcinogênico e genotóxico para humanos e animais selvagens, mesmo em concentrações muito baixas [2]. De fato, a Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (EPA) listou o 4-NP como poluente prioritário e especificou um limite máximo permitido de 60 ng / mL de 4-NP na água potável [3]. Assim, o desenvolvimento de métodos sensíveis e seletivos para a detecção de 4-NP é de particular importância. Até o momento, vários métodos analíticos foram propostos para a determinação de 4-NP em água, incluindo cromatografia [4, 5], detecção eletroquímica [3, 6, 7], detecção de quimioluminescência [8] e monitoramento de fluorescência [9,10 , 11]. Os pontos quânticos (QDs) são geralmente adotados como sinal de resposta no monitoramento de fluorescência e também são amplamente utilizados na geração fotoeletroquímica de hidrogênio, dispositivos optoeletrônicos e imagens biológicas devido às suas propriedades óticas e eletrônicas dependentes de tamanho / composição [12,13,14]. Os métodos de fluorescência para a determinação de quantidades vestigiais de 4-NP são vantajosos devido à sua simplicidade, rapidez e baixo custo. No entanto, tais métodos são geralmente baseados na mudança na intensidade de fluorescência de um único luminóforo, que é facilmente perturbado por uma flutuação na intensidade da luz de excitação [15], a concentração da sonda [16] e a presença de supressores de fluorescência, como pesados íons metálicos [17] e espécies reativas de oxigênio [18]. Assim, estratégias baseadas em fluorescência raciométrica podem ser consideradas superiores, pois eliminam a maioria dessas ambigüidades por meio da autocalibração de duas ou mais bandas diferentes [19]. Curiosamente, uma série de sondas de fluorescência raciométrica exibiram sensibilidades de detecção significativamente melhoradas em comparação com sondas de pontos quânticos emissivos únicos e, portanto, têm sido amplamente utilizadas na construção de sondas fluorescentes para a detecção de poluentes ambientais, como Hg ^{2 +} , sulfeto de hidrogênio e dióxido de enxofre [20,21,22].

Além disso, os polímeros impressos molecularmente (MIPs) são matrizes poliméricas que podem ser feitas sob medida para exibir altas seletividades para moléculas alvo e são comumente usados ​​em separação, sensores e catalisadores [23, 24]. O desenvolvimento de sensores fluorescentes exibindo altas sensibilidades e seletividades é de particular interesse, onde essas propriedades são garantidas por meio de fluorescência raciométrica e estratégias de impressão molecular, respectivamente. No entanto, os relatórios sobre esses sensores fluorescentes de emissão dupla impressos molecularmente para a determinação de analitos traço são limitados [25, 26].

Assim, aqui relatamos a construção de um sensor fluorescente de emissão dupla com impressão molecular para a detecção sensível e seletiva de 4-NP com base na transferência de energia de ressonância de fluorescência (FRET) entre 4-NP e pontos de carbono fotoluminescentes (CDs). Neste sensor fluorescente raciométrico, CdSe QDs serão incorporados em cascas de sílica (CdSe @ SiO ₂ ) para servir como um sinal de referência. Esperamos que o revestimento de sílica não apenas preserve as propriedades fotoluminescentes dos CdSe QDs devido à sua natureza inerte e transparência óptica [8], mas também evite o vazamento dos metais pesados ​​tóxicos Cd e Se [27]. Além disso, o CdSe @ SiO ₂ Os QDs serão posteriormente cercados por CDs funcionalizados com organossilano (CdSe @ SiO ₂ / CDs). Como uma classe emergente de materiais fluorescentes, os CDs têm atraído atenção significativa devido ao seu baixo custo, falta de toxicidade, estabilidade físico-química e fotoquímica e propriedades fotoluminescentes ajustáveis ​​[28,29,30]. Mais especificamente, CDs funcionalizados com organossilano sintetizados pela pirólise de ácido cítrico anidro com aminossilano reservam as vantagens de CDs puros e podem ser facilmente imobilizados em CdSe @ SiO ₂ por meio de um processo de aquecimento simples [31]. Além disso, as moléculas de modelo podem ser facilmente ancoradas nas superfícies de CdSe @ SiO ₂ / CDs por meio de um processo de impressão molecular sol-gel [32]. Além disso, em nosso sistema proposto, FRET pode ocorrer devido à sobreposição do espectro de emissão dos CDs preparados e do espectro de absorção do 4-NP, que é crucial para a detecção do 4-NP. Em última análise, pretendemos preparar CdSe @ SiO ₂ com impressão molecular / CD nanohíbridos (CdSe @ SiO ₂ / CDs / MIP) após a preparação dos invólucros impressos na superfície do CdSe @ SiO ₂ / CDs usando 4-NP como modelo. A morfologia, estrutura química e propriedades ópticas do sensor preparado serão então determinadas por microscopia eletrônica de transmissão (TEM) e análise espectroscópica. Finalmente, a capacidade de adsorção, sensibilidade e seletividade deste sensor para 4-NP serão examinadas.

Métodos

Materiais

Tetraetoxissilano (TEOS), Triton X-100 e éter de petróleo foram obtidos de Tianjin Kemiou Chemical Reagent Co., Ltd. (Tianjin, China). Ciclohexano, 4-NP, álcool hexílico, hidróxido de amônio (25% em peso), álcool etílico absoluto, metilbenzeno e álcool isopropílico foram adquiridos de Guangfu Chemical Reagent Co., Ltd. (Tianjin, China). 3-Aminopropiltrimetoxisilano (APTMS) e ácido cítrico anidro foram adquiridos de Aladdin Chemical Reagent Co., Ltd. (Shanghai, China). Todos os reagentes eram de grau analítico e foram usados ​​como recebidos sem purificação adicional. CdSe / ZnS QDs modificados com carboxil (CdSe QDs) foram adquiridos de Wuhan Jiayuan Quantum Dot Technological Development Co., Ltd. (Wuhan, China). Toda a água foi purificada usando um sistema de purificação de água Sartorius Arium® Pro VF (resistividade de 18,2 MΩ).

Síntese de CdSe @ SiO ₂

Ciclohexano (7,7 mL), Triton X-100 (1,77 mL), n-hexanol (1,8 mL) e uma solução de CdSe QDs (400 μL, 8 μM) foram misturados sob agitação magnética vigorosa. Após a formação bem-sucedida da microemulsão reversa, TEOS (50 μL) e uma solução de hidróxido de amônio (200 μL, 25% em peso) foram introduzidos. O sistema de reação foi então selado e a agitação continuou a 25 ° C durante 24 h. Após este tempo, foi adicionado álcool isopropílico (36 mL) para quebrar a emulsão, e o precipitado resultante foi lavado com etanol várias vezes até que nenhum sinal de fluorescência foi detectado no sobrenadante. Durante cada lavagem, a dispersão das partículas foi submetida à centrifugação, seguida da remoção do sobrenadante e redispersão do precipitado em etanol. Finalmente, o precipitado foi disperso em tolueno sob ultra-som.

Síntese de CDs funcionalizados com organosilano

Os CDs organossilanos funcionalizados foram preparados pela pirólise de ácido cítrico anidro e APTMS. Em um experimento típico, APTMS (10 mL) foi aquecido a 185 ° C, ponto em que ácido cítrico anidro (0,5 g) foi adicionado rapidamente sob agitação vigorosa, e a mistura resultante foi mantida a 185 ° C por 1 min. Após este tempo, a solução foi deixada resfriar a 25 ° C, e o produto verde escuro obtido foi purificado por extração com éter de petróleo (x 5) usando uma proporção de volume de 1:1. A fase inferior do licor de extrato foram os CDs funcionalizados com organossilano preparados. Foram obtidos aproximadamente 2 mL de CDs funcionalizados.

Síntese do CdSe de emissão dupla revestido com MIP e NIP @ SiO ₂ / CD Nano-híbridos

Uma porção dos CDs organosilanos funcionalizados recentemente preparados (10 μL) foi adicionada a uma mistura de tolueno (25 mL) contendo CdSe @ SiO ₂ (5 mg). Após aquecimento a 113 ° C sob refluxo durante 12 h com agitação, a mistura resultante foi submetida a centrifugação, o precipitado contendo o CdSe @ SiO ₂ / CD nanohíbridos foram dispersos em etanol (2 mL) e 4-NP (0,2 mg) foi adicionado. O sistema foi então deixado reagir durante 2 h a 25 ° C sob agitação. Após este tempo, TEOS (25 μL) e hidróxido de amônio (25 μL) foram injetados na mistura, que foi deixada reagir por mais 5 h a 25 ° C. Finalmente, o produto obtido foi submetido a três ciclos de precipitação / centrifugação e lavado com etanol para remover o excesso de reagentes. Os nano-híbridos resultantes foram dispersos em etanol para uso posterior.

Os experimentos de controle também foram realizados usando CdSe @ SiO ₂ revestido com polímero não impresso (revestido com NIP) / CD nano-híbridos, que foram preparados usando o método acima, mas sem a adição da molécula modelo.

Capacidades de adsorção do CdSe @ SiO ₂ / CD / MIP e CdSe @ SiO ₂ / CD / Nano-híbridos NIP em direção a 4-NP

4-NP (0,1 mg) foi adicionado a soluções separadas do CdSe @ SiO ₂ / CD / MIP e CdSe @ SiO ₂ / CD / NIP nano-híbridos (1 mL, 1,5 mg / mL) sob agitação. Após 120 min, as soluções foram submetidas a centrifugação (12.000 rpm, 15 min), e as concentrações de 4-NP nos sobrenadantes foram determinadas por medidas de UV-vis a 400 nm. As capacidades de adsorção (\ (Q \)) dos nano-híbridos revestidos com MIP e NIP foram calculados usando a Eq. 1
$$ Q =\ left ({C} _0- {C} _ {\ mathrm {t}} \ right) V / W $$ (1)
onde C ₀ e C _t são as concentrações de 4-NP antes e depois da adsorção, respectivamente, V é o volume da solução, e W é a massa dos nano-híbridos.

Caracterização

TEM de alta resolução (HRTEM) foi realizado usando um microscópio eletrônico de transmissão JEM-2100 (JEOL Ltd., Akishima, Japão) operando em uma tensão de aceleração de 200 kV. A espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) foi realizada em um espectrômetro Nicolet Magna IR-560 FTIR (Nicolet Co., Madison, WI, EUA) ao longo de 20 varreduras, com uma resolução de 4 cm ^{- 1} . As medidas de fluorescência foram obtidas usando um espectrofotômetro de fluorescência Cary Eclipse (Agilent Technologies, Inc., EUA) em uma célula de quartzo de 1 cm x 1 cm. A espectroscopia UV-vis foi realizada em um espectrofotômetro da série TU-1810 (Purkinje General Instrument Co. Ltd., Pequim, China) usando uma célula de quartzo com um caminho óptico de 1,0 cm.

Detecção fluorescente de 4-NP

Para uma alíquota do CdSe @ SiO ₂ preparado / CD / MIP, nanohíbrido em etanol (1 mL, 1,5 mg / mL) foi adicionada uma porção adicional de etanol (2 mL) e a quantidade desejada de 4-NP. A concentração final de 4-NP na solução foi obtida por um cálculo simples. Após mistura completa, a intensidade de fluorescência foi medida após 10 min, e os espectros de fluorescência foram registrados em um comprimento de onda de excitação de 350 nm com fendas de excitação / emissão de 10 nm. Com relação ao tempo de incubação, este foi estabelecido em 10 min de acordo com o tempo de incubação adotado nos trabalhos relatados de sonda fluorescente raciométrica [33, 34]. Como água ultrapura foi usada neste trabalho ao invés de soluções tampão, o pH de detecção deste trabalho foi em torno de pH 7,0, de acordo com o pH de trabalho otimizado na detecção de 4-NP em um trabalho relatado [10].

Resultados e discussão

Antes da preparação do sensor fluorescente raciométrico para detecção de 4-NP, primeiro examinamos os espectros de emissão e absorção de vários materiais. Após o exame dos espectros de emissão dos CdSe QDs e dos CDs (Arquivo adicional 1:Figura S1), foi aparente que nenhuma interferência ocorreu entre as duas espécies, com seus máximos de emissão sendo observados em 460 e 615 nm, respectivamente. Além disso, a sobreposição observada entre o espectro de absorção de 4-NP e o espectro de emissão dos CDs (arquivo adicional 1:Figura S2) indica que FRET pode ocorrer entre essas espécies, levando assim à extinção de fluorescência do CdSe @ SiO ₂ / CD / MIP nano-híbridos a 455 nm. Além disso, os CdSe QDs e CDs exibiram comprimentos de onda de excitação ótimos comparáveis ​​(isto é, 350 nm) e, portanto, essas espécies eram adequadas para a construção do sensor fluorescente raciométrico para a detecção de 4-NP. Como tal, os CdSe QDs serviram como um sinal de referência, enquanto os CDs atuaram como um sinal de resposta. Assim, uma resposta de fluorescência raciométrica pode ser detectada após a extinção dos CDs por 4-NP, enquanto a intensidade de fluorescência dos CdSe QDs permanece constante.

A rota sintética empregada para a preparação do sensor fluorescente raciométrico com impressão molecular é ilustrada no Esquema 1. Inicialmente, os CdSe QDs foram revestidos com uma casca de sílica usando um método de microemulsão reversa modificado [35] para evitar o contato direto dos CdSe QDs com o solventes externos e para controlar a distância entre os CdSe QDs e os CDs ajustando a espessura da casca de sílica [36]. Posteriormente, o CdSe @ SiO obtido ₂ Os QDs foram decorados com CDs funcionalizados com organossilano para facilitar a ligação de CdSe @ SiO ₂ e os CDs via ligações silício-oxigênio, bem como para aumentar as interações entre os CDs e a matriz de sílica com impressão molecular [37]. Isto resultou na construção bem-sucedida dos desejados nano-híbridos fluorescentes raciométricos de dupla emissão estruturados com núcleo-concha. Além disso, o CdSe @ SiO ₂ / CD nanohíbridos foram encapsulados com filme impresso de sílica através da reação de condensação sol-gel de TEOS catalisada por uma solução aquosa de amônia [38]. Esta modificação foi necessária para prevenir o vazamento dos CDs da matriz e para manter uma permeabilidade superior às moléculas do molde [37]. Após a remoção das moléculas do molde por eluição com solvente, cavidades que são complementares em forma, tamanho e demanda eletrônica ou de ligação de hidrogênio permanecem na matriz, garantindo assim o reconhecimento seletivo e a ligação cooperativa à molécula alvo [39]. Esta etapa final produziu o sensor fluorescente de dupla emissão impresso molecularmente.

Representação esquemática do processo empregado para a preparação do CdSe de emissão dupla revestido com polímero molecularmente impresso @ SiO ₂ / CD nanohíbridos

Preparação e caracterização de CdSe @ SiO ₂ / CD / MIP Nanohybrid

Após sua preparação bem-sucedida, a estrutura morfológica e as propriedades ópticas do CdSe @ SiO obtido ₂ / CD / MIP nano-híbridos foram estudados em detalhes. Conforme mostrado na Fig. 1a, b, os CdSe QDs foram encapsulados com sucesso nas conchas de sílica. No entanto, os CDs não puderam ser observados nas imagens HRTEM do CdSe @ SiO ₂ / CD nanopartículas (Fig. 1c, d), como os CDs preparados eram nanopartículas amorfas sem franjas de rede óbvias [40, 41]. Além disso, as imagens mostradas na Fig. 1a-f confirmam que o CdSe @ SiO ₂ conforme preparado , CdSe @ SiO ₂ / CD e CdSe @ SiO ₂ As espécies / CD / MIP eram nanopartículas esféricas uniformes com diâmetros médios de 46,7 ± 2,5, 53,6 ± 2,7 e 66,4 ± 2,0 nm, respectivamente (Arquivo adicional 1:Figura S3). Este aumento no diâmetro médio coincide com a deposição camada por camada de CDs e filme impresso de sílica no CdSe @ SiO ₂ nanopartículas. Após o encapsulamento pela camada impressa em sílica, a superfície do CdSe @ SiO ₂ / CD nanohíbridos tornaram-se ásperos, o que pode ser atribuído ao crescimento não homogêneo desta camada. Como o método sol-gel é um método amplamente utilizado para a construção de filme estampado em sílica com espessura ajustável [42], a espessura da camada estampada fabricada foi determinada de acordo para promover a ocorrência de FRET. Na verdade, a camada impressa contendo o doador (CDs) e o aceitador (4-NP) mede ~ 12,8 nm, o que é suficiente para permitir que FRET ocorra facilmente FRET [43, 44].

Caracterização das nanopartículas híbridas preparadas. Imagens HRTEM do CdSe @ SiO ₂ ( a , b ), CdSe @ SiO ₂ / CD ( c , d ), e CdSe @ SiO ₂ / CD / MIP ( e , f ) nanopartículas. E os espectros FTIR ( g ) de CdSe @ SiO ₂ (curva A), CdSe @ SiO ₂ / CDs (curva B), CdSe @ SiO ₂ / CDs / MIP (curva C) e 4-NP (curva D)

Para confirmar a modificação química bem-sucedida após cada estágio, os espectros de FTIR do CdSe @ SiO ₂ , CdSe @ SiO ₂ / CD e CdSe @ SiO ₂ Os produtos / CD / MIP foram gravados e comparados. Como mostrado na Fig. 1g, todos os três espectros de FTIR mostraram a característica SiO ₂ picos em 1091 e 468 cm ^{- 1} , que correspondeu à vibração de alongamento simétrico de Si – O – Si e à vibração de alongamento anti-simétrico de Si – O, respectivamente. Além disso, em comparação com o espectro FTIR de CdSe @ SiO ₂ , o espectro FTIR do CdSe @ SiO ₂ As nanopartículas de / CD continham três picos adicionais, nomeadamente a vibração de alongamento de –C =ONR a 1648 cm ^{- 1} , a vibração de alongamento de C – H em 2940 cm ^{- 1} , e uma característica –NH ₂ pico em 1400–1460 cm ^{- 1} , que se origina do SiO modificado com amino ₂ shell [45]. Além disso, a comparação dos espectros de 4-NP, CdSe @ SiO ₂ / CD e CdSe @ SiO ₂ As nanopartículas / CD / MIP confirmaram que a impressão 4-NP foi bem-sucedida devido à presença de picos correspondentes à vibração de flexão fora do plano de =C – H (860–800 cm ^{- 1} ) e a vibração de alongamento assimétrico de –NO ₂ (1550 e 1300 cm ^{- 1} ) nos espectros de 4-NP e CdSe @ SiO ₂ Nanopartículas de / CD / MIP.

Os espectros de emissão de fluorescência do CdSe @ SiO ₂ preparado As nanopartículas de / CD / MIP foram então registradas antes e após a remoção das moléculas de molde (Fig. 2a), e a fluorescência das CDs foi extinta significativamente na presença de 4-NP. Além disso, após a remoção das moléculas de molde por lavagem e eluição subsequente, a fluorescência dos CDs foi recuperada, e nenhuma sobreposição foi observada com a banda de emissão dos QDs CdSe em um comprimento de onda de excitação de 350 nm. Era, portanto, aparente que o sensor fluorescente raciométrico com impressão molecular exibia uma emissão dupla bem resolvida e era adequado para a detecção raciométrica de 4-NP.

Fluorescência das nanopartículas híbridas preparadas. a Espectros de emissão de fluorescência do CdSe @ SiO ₂ / CD / Nanopartículas de MIP antes (linha preta) e depois (linha vermelha) da remoção das moléculas do modelo e b sua foto-estabilidade dispersa em etanol após a remoção de 4-NP. c Capacidades de adsorção do CdSe @ SiO ₂ / CD / MIP e CdSe @ SiO ₂ / CD / NIP nanohybrids. d Os gráficos da intensidade de fluorescência de CdSe @ SiO ₂ / CDs / MIP e CdSe @ SiO ₂ / CDs / NIP com 4-NP, respectivamente. (F _b0 e F _b representam a intensidade de fluorescência de CdSe @ SiO ₂ / CDs / MIP e CdSe @ SiO ₂ / CDs / NIP a 455 nm na ausência e presença de várias quantidades de 4-NP)

A estabilidade de fluorescência do sensor foi então avaliada por medições de fluorescência repetidas do CdSe @ SiO ₂ Sistema / CD / MIP em intervalos de 2 minutos. Como mostrado na Fig. 2b, nenhuma mudança significativa na intensidade de fluorescência foi observada ao longo de 120 min a 615 nm, sugerindo assim a fotoestabilidade de longo prazo da sonda [46]. Além disso, a intensidade de fluorescência dos CDs reteve> 95% de sua resposta original a 455 nm, e não se esperava que essa ligeira diminuição tivesse um efeito significativo na determinação de 4-NP. Esses resultados, portanto, demonstram que a camada impressa molecularmente foi efetivamente ancorada na superfície do CdSe @ SiO ₂ / CD nanopartículas e que os CDs e CdSe QDs estavam bem protegidos.

Detecção específica e seletiva de 4-NP

Para investigar a afinidade de ligação do CdSe @ SiO ₂ / CD / MIP e CdSe @ SiO ₂ / CD / NIP nano-híbridos, os testes de adsorção foram conduzidos usando o modelo 4-NP. Conforme mostrado na Fig. 2c, as capacidades de adsorção de CdSe @ SiO ₂ / CD / MIP e CdSe @ SiO ₂ / CD / NIP para 4-NP foram 9,1 e 1,58 mg / g, respectivamente. Esta capacidade de adsorção superior dos nano-híbridos com impressão molecular pode ser atribuída à formação de cavidades específicas do 4-NP durante o processo de impressão. Além disso, a capacidade de adsorção inferior do CdSe @ SiO ₂ / CD / NIP nanohíbrido foi provavelmente causado pela falta de locais de reconhecimento e o efeito dominante de adsorção inespecífica originada de interações de ligações de hidrogênio entre 4-NP e –NH ₂ grupos na superfície dos CDs funcionalizados com organossilano [8].

Para qualquer determinada quantidade de doador de CD, a eficiência de extinção de fluorescência pode ser controlada pelo ajuste da sobreposição espectral entre o doador e o aceitador ou ajustando o número de aceitadores em torno do doador a uma distância de 10 nm [47]. Neste caso, para CdSe @ SiO ₂ / CD / MIP e CdSe @ SiO ₂ / CD / NIP nanohybrids, o FRET pode ocorrer entre os CDs e o 4-NP na solução dentro de 10 nm dos CDs, o que pode resultar em uma eficiência de têmpera considerável. No entanto, com a vantagem das camadas impressas molecularmente, a capacidade de adsorção de CdSe @ SiO ₂ / CD / MIP nanohíbridos foram efetivamente melhorados (Fig. 2c); assim, um número maior de moléculas de 4-NP estaria disponível dentro de 10 nm dos CDs do que no caso do CdSe @ SiO ₂ / CD / NIP nanohybrids, que permitem FRET ocorrer em maior medida. O reconhecimento especial dos nano-híbridos com impressão molecular foi assim investigado pela comparação das respostas de fluorescência de CdSe @ SiO ₂ / CD / MIP e CdSe @ SiO ₂ / CD / NIP com várias concentrações de 4-NP. Conforme mostrado na Fig. 2d, ao aumentar a concentração de 4-NP, o valor de ( F _b0 - F _b ) / F _b0 (ou seja, a eficiência de supressão de fluorescência) aumentou para ambos CdSe @ SiO ₂ / CD / MIP e CdSe @ SiO ₂ / CD / NIP. Na expressão acima, F _b0 e F _b representam as intensidades de fluorescência do CdSe @ SiO ₂ / CD / MIP (ou CdSe @ SiO ₂ / CD / NIP) espécies em 455 nm na ausência e presença de várias concentrações de 4-NP [48]. Além disso, após a comparação das inclinações lineares (isto é, as constantes de extinção) dos dois gráficos, podemos concluir que as moléculas de modelo tiveram um efeito mais significativo na extinção de fluorescência de CdSe @ SiO ₂ / CD / MIP do que CdSe @ SiO ₂ / CD / NIP em concentrações iguais de 4-NP, o que sugere ainda o excelente reconhecimento específico e afinidade de ligação do CdSe @ SiO ₂ / CD / MIP nanohíbrido em direção a 4-NP [9, 49].

Para ilustrar a seletividade de CdSe @ SiO ₂ / CD / MIP em relação à molécula modelo 4-NP, os experimentos de controle foram realizados usando compostos com estruturas ou propriedades ópticas semelhantes (isto é, fenol, 2-NP e hidroquinona). Como mostrado na Fig. 3, as eficiências de extinção de fluorescência (( F _b0 - F _b ) / F _b0 ) dos análogos eram menores do que 4-NP, provavelmente devido às suas diferentes propriedades ópticas e estruturas químicas em comparação com as do 4-NP [9]. Na verdade, os espectros de absorção obtidos para fenol e hidroquinona diferiram significativamente do 4-NP e não exibiram sobreposição com os espectros de emissão dos CDs (dados não mostrados). No caso de 2-NP, embora seus espectros de absorção e propriedades químicas fossem semelhantes aos de 4-NP, era uma combinação menos perfeita para os locais impressos de 4-NP, resultando em uma redução de três vezes na eficiência de têmpera observada . Estes resultados indicaram, portanto, que o sensor fluorescente aqui preparado é seletivo para 4-NP na presença de análogos e, portanto, pode ser posteriormente aplicado à detecção seletiva de 4-NP.

A seletividade da sonda fluorescente raciométrica preparada. Respostas de fluorescência do CdSe @ SiO ₂ / CD / MIP e CdSe @ SiO ₂ / CD / NIP nano-híbridos para soluções de 4,8 μg / mL de 4-NP, fenol, 2-NP (2-nitrofenol) e hidroquinona

Detecção de 4-NP

Finalmente, examinamos a mudança no perfil de fluorescência de CdSe @ SiO ₂ / CD / MIP após a adição de diferentes quantidades de 4-NP. Conforme mostrado na Fig. 4a, a intensidade de fluorescência em 455 nm foi altamente sensível à concentração de 4-NP, exibindo uma diminuição conforme a concentração de 4-NP foi aumentada. Além disso, nenhuma mudança óbvia foi observada na fluorescência dos CdSe QDs em 615 nm, o que sugeriu que os CdSe QDs encapsulados em um SiO ₂ são adequados para uso como um sinal de referência. Além disso, como mostrado na Fig. 4b, o gráfico de F _b / F _r contra concentrações de 4-NP entre 0,051 e 13,7 μg / mL exibiram boa linearidade, além de um alto coeficiente de correlação ( R ² =0,985). Nesta expressão, F _b e F _r representam as intensidades de fluorescência do CdSe @ SiO ₂ / CD / MIP nanohíbrido a 455 e 615 nm, respectivamente. Com base nesses resultados, o limite de detecção foi calculado em 0,026 μg / mL ( 3δ / k ), que é significativamente menor do que o limite permitido em água potável, conforme especificado pela US EPA (ou seja, 60 ng / mL), indicando assim que nosso sensor fluorescente raciométrico com impressão molecular exibe potencial para uso em aplicações práticas. Quando comparado com as faixas lineares e limites de detecção de métodos relatados anteriormente (ver Tabela 1), é aparente que nosso sistema é comparável ou superior aos métodos eletroquímicos e fluorescentes relatados no contexto da faixa de detecção 4-NP e limite de detecção. Além disso, a sensibilidade, seletividade e limite de detecção têm o potencial de ser melhorados por quantificação e otimização adicionais das condições de determinação, como espessura da camada impressa, razão de CDs para CdSe QDs, razão de molde para monômero, tempo de incubação, e pH [10].

A detecção de 4-NP. a Espectros de fluorescência do CdSe @ SiO ₂ / CD / MIP nano-híbridos obtidos em concentrações crescentes de 4-NP sob um comprimento de onda de excitação de 350 nm. b Efeito da concentração de 4-NP na proporção de F _r para F _b para o CdSe revestido com MIP @ SiO ₂ / CD nanohíbridos. Concentrações de 4-NP de 0,051, 2,1, 4,8, 6,7, 8,9, 11,52 e 13,7 μg / mL foram empregadas. F _b e F _r representam as intensidades de fluorescência do CdSe @ SiO ₂ / CD / Nano-híbridos MIP em 455 e 615 nm, respectivamente

Conclusões

Em resumo, preparamos com sucesso um novo sensor fluorescente de dupla emissão (isto é, raciométrico) com impressão de 4-nitrofenol (4-NP) para a detecção sensível e seletiva de 4-NP. Este novo sensor exibiu a alta sensibilidade da fluorescência raciométrica e a alta seletividade de um polímero com impressão molecular (MIP). Como esperado, na presença de 4-NP, a fluorescência dos pontos de carbono (CDs) foi extinta através da transferência de energia de ressonância de fluorescência (FRET) entre 4-NP e os CDs fotoluminescentes, enquanto a intensidade de fluorescência dos pontos quânticos CdSe presentes em este sistema permaneceu relativamente constante. Como tal, este sensor provou ser uma plataforma eficaz para a detecção rápida e confiável de 4-NP em concentrações que variam de 0,051 a 13,7 μg / mL, com um limite de detecção particularmente baixo de 0,026 μg / mL. Além disso, a simplicidade, confiabilidade, alta seletividade e alta sensibilidade do CdSe @ SiO desenvolvido ₂ O sensor nano-híbrido / CD / MIP demonstra que a combinação de MIPs e fluorescência raciométrica permite a preparação de sensores fluorescentes para a detecção de analitos de traços ou ultra traços.

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