本發(fā)明涉及熒光成像領(lǐng)域，具體涉及了一種水溶性近紅外二區(qū)熒光納米傳感器的制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
1、在活體植物中檢測脅迫誘導(dǎo)信號(hào)具有挑戰(zhàn)，因?yàn)檫@些信號(hào)的濃度很低，而且經(jīng)常與其他各種活性物質(zhì)共存。目前感知脅迫誘導(dǎo)信號(hào)的方法主要依賴于植物提取物分離和純化后的組化試劑，這些方法通常具有破壞性，而且無法實(shí)時(shí)跟蹤內(nèi)源動(dòng)態(tài)信號(hào)?；蚓幋a的脅迫信號(hào)分子傳感器作為一種非破壞性方法，主要集中在模式植物中觸發(fā)的脅迫特異性信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑上，表型表達(dá)和篩選耗時(shí)。
2、鑒于大多數(shù)作物都是非模式植物，研究這些作物的脅迫信號(hào)模式對(duì)現(xiàn)有的檢測技術(shù)提出了更高的要求?；诩{米技術(shù)的傳感器與物種無關(guān)，可通過電子設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測植物健康狀況，從而檢測各種野生型植物的應(yīng)激反應(yīng)，無需進(jìn)行基因工程。但是，現(xiàn)有脅迫特異性信號(hào)檢測的熒光納米傳感器技術(shù)存在熒光信號(hào)弱、探針易光漂白和植物自熒光背景強(qiáng)的缺陷和不足。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足與缺陷，本發(fā)明提出了一種水溶性近紅外二區(qū)熒光納米傳感器的制備方法和應(yīng)用，克服了現(xiàn)有的植物脅迫感知方法耗時(shí)長、背景高、無法進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測等缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了植物脅迫信息的實(shí)時(shí)原位監(jiān)測。
2、本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：
3、本發(fā)明方法是以近紅外二區(qū)熒光納米微球和多金屬氧酸鹽為主要組成部分，通過靜電吸附實(shí)現(xiàn)近紅外二區(qū)熒光納米傳感器的自組裝，所制得的納米傳感器具有粒徑均一、光穩(wěn)定性好、熒光信號(hào)強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
4、本發(fā)明旨在制備一種粒徑均一的近紅外二區(qū)熒光納米傳感器，主要包括具有近紅外二區(qū)熒光信號(hào)的納米微球的制備，具有熒光淬滅性能的多金屬氧酸鹽的制備，以及熒光納米微球和多金屬氧酸鹽的組裝。
5、所述方法包括如下步驟：
6、(1)通過有機(jī)溶劑溶脹方式合成帶正電的近紅外二區(qū)熒光納米微球；
7、(2)利用鉬酸銨合成多金屬氧酸鹽；
8、(3)結(jié)合帶正電的近紅外二區(qū)熒光納米微球和多金屬氧酸鹽組裝制備納米傳感器。
9、所述步驟(1)具體為：
10、(11)將聚苯乙烯微球溶于含有表面活性劑的水溶液中，經(jīng)超聲分散后，再加入有機(jī)溶劑溶解的aie染料，在室溫下磁力攪拌進(jìn)行溶脹，形成反應(yīng)混合溶液，再將反應(yīng)混合溶液用超純水離心洗滌，得到初步的近紅外熒光聚苯乙烯納米微球；
11、所述aie染料的分子結(jié)構(gòu)式如下：
12、
13、(12)將初步的近紅外熒光聚苯乙烯納米微球分散在聚乙烯亞胺水溶液中再次進(jìn)行超聲分散，之后用超純水洗滌，以除去未包覆的聚乙烯亞胺，得到帶正電的近紅外熒光聚苯乙烯納米微球。
14、作為優(yōu)選，所述表面活性劑為聚氧乙烯十八醇、聚氧乙烯十六烷基醇、十二烷基硫酸鈉、十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、n-十六烷基-n-乙基硫酸鈉等，表面活性劑與聚苯乙烯微球之間的體積比為(1-10):1000；
15、作為優(yōu)選，所述用于溶解aie染料的有機(jī)溶劑為三氯甲烷、二氯甲烷、丙酮、甲醇、甲苯、正己烷、1-甲氧基-2-丙醇等。
16、作為優(yōu)選，所述步驟(11)中，含aie染料的有機(jī)溶液與溶有聚苯乙烯微球、含有表面活性劑的水溶液之間的體積比為(2-10):(1-2)，磁力攪拌溶脹時(shí)間為30-120min，超聲功率為50-200w，超聲時(shí)間為3-10min；
17、作為優(yōu)選，所述步驟(12)中，聚乙烯亞胺的分子量為800-25000，聚乙烯亞胺水溶液中的聚乙烯亞胺濃度為1-10mg/ml，超聲功率為50-200w，超聲時(shí)間為30-60min。
18、所述步驟(2)具體為：
19、(21)將鉬酸銨溶于超純水，在持續(xù)攪拌下分別加入其他金屬水溶液，隨后向上述溶液中再加入抗壞血酸溶液，繼續(xù)攪拌反應(yīng)；
20、這里是鉬酸銨分別與其他金屬合成產(chǎn)物，比如鉬酸銨和fecl3合成多金屬氧酸鹽，鉬酸銨和cucl2合成多金屬氧酸鹽。
21、(22)接著加入乙醇沉淀多金屬氧酸鹽，然后離心收集沉淀物，用超純水和乙醇將沉淀物洗滌，洗滌后在凍干機(jī)中干燥，獲得多金屬氧酸鹽。
22、作為優(yōu)選，所述其他金屬水溶液為fecl3或cucl2等水溶液，鉬酸銨與其他金屬水溶液中的金屬的摩爾比為(1-3):(1-3)，抗壞血酸溶液中的抗壞血酸濃度為50-200mg/ml。
23、所述步驟(3)具體為：將制備好的近紅外二區(qū)熒光納米微球溶于超純水，在磁力攪拌下同時(shí)加入制備好的多金屬氧酸鹽，通過靜電吸附作用，多金屬氧酸鹽吸附在納米微球表面，組裝為納米傳感器；作為優(yōu)選，所述的近紅外二區(qū)熒光納米微球和多金屬氧酸鹽的質(zhì)量比為(1-2):(10-200)，靜電吸附時(shí)間為6-24h。
24、本發(fā)明的近紅外二區(qū)是指1000-1700nm。
25、所述的水溶性型近紅外二區(qū)熒光納米傳感器用于在植物活體熒光成像中檢測過氧化氫。
26、本發(fā)明方法制備的水溶性近紅外二區(qū)熒光納米傳感器在植物活體熒光成像中可以實(shí)時(shí)監(jiān)測脅迫產(chǎn)生的過氧化氫信號(hào)，可為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)提供新的光學(xué)工具。
27、本發(fā)明是主要包括聚苯乙烯聚集誘導(dǎo)熒光微球以及多金屬氧酸鹽兩部分。制備方法包括以下步驟：通過溶脹法將具有近紅外二區(qū)熒光發(fā)射的聚集誘導(dǎo)發(fā)光染料封裝在聚苯乙烯微球內(nèi)部，制備得到具有近紅外二區(qū)熒光信號(hào)的納米微球；將熒光納米微球與多金屬氧酸鹽混合，充分?jǐn)嚢韬箅x心取沉淀物，洗滌、干燥得到水溶性近紅外二區(qū)熒光納米傳感器。
28、本發(fā)明設(shè)置近紅外二區(qū)(1000-1700nm)熒光成像，使得植物體內(nèi)色素在近紅外二區(qū)的自發(fā)熒光較弱，可有效避免監(jiān)測過程中的信號(hào)混淆，從而能夠?qū)χ参锏拿{迫響應(yīng)進(jìn)行靈敏傳感。相較于傳統(tǒng)可見光(400-700nm)和近紅外一區(qū)(700-900nm)熒光，光子能夠更深入地穿透植物組織，顯著提升成像的空間分辨率和信噪比。
29、本法律利用聚集誘導(dǎo)發(fā)光(aie)分子在聚集狀態(tài)下熒光顯著增強(qiáng)，不僅解決了熒光探針因?yàn)榫奂缧?yīng)導(dǎo)致的信號(hào)衰減問題，還表現(xiàn)出更強(qiáng)的抗光漂白性和光穩(wěn)定性，適合植物體內(nèi)長期動(dòng)態(tài)監(jiān)測。從而將近紅外二區(qū)aie納米微球與脅迫信號(hào)分子響應(yīng)的熒光淬滅劑進(jìn)行共組裝，開發(fā)可激活的熒光傳感器，對(duì)直觀顯示植物的脅迫信息具有重要意義。
30、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：
31、(1)本發(fā)明以聚苯乙烯微球?yàn)槟０?，用溶脹法制備得到近紅外二區(qū)熒光納米微球，合成的微球粒徑均一，熒光信號(hào)強(qiáng)，穩(wěn)定性好，具有大規(guī)模合成的潛力，滿足批量生產(chǎn)的需求。
32、(2)本發(fā)明采用aie分子作為熒光信號(hào)源，避免了普通熒光染料裝載到一定濃度時(shí)會(huì)發(fā)生熒光淬滅現(xiàn)象的問題，具有更強(qiáng)的熒光信號(hào)和更強(qiáng)的光穩(wěn)定性。
33、(3)本發(fā)明合成的納米傳感器具有過氧化氫可激活的近紅外二區(qū)熒光，與可見光和近紅外一區(qū)的傳感器相比，具有更好的組織穿透效果和更高的空間分辨率。
34、(4)本發(fā)明將近紅外二區(qū)熒光納米微球和多金屬氧酸鹽組裝為納米傳感器，可以對(duì)活體植物產(chǎn)生的過氧化氫信號(hào)進(jìn)行無損監(jiān)測，通過電子設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測植物的健康狀況，從而檢測各種植物的應(yīng)激反應(yīng)，無需進(jìn)行復(fù)雜的基因工程。