CdTe 量子点/聚乳酸纳米纤维荧光探针的制备及其对氯霉素的检测

顾天勋，邱华，李晓强

(江南大学 生态纺织教育部重点实验室，江苏 无锡 214122)

氯霉素(CAP)属于具有广谱抑菌作用的抗生素类药，因其严重的毒副作用，如造血系统的毒性反应、骨髓抑制等，已被许多国家和地区列为禁用药物。目前，测定氯霉素的方法主要有:紫外分光光度法、高效液相色谱法、气相色谱法、荧光法等［1-4］。江虹等以曙红Y 为探针，用共振瑞利散射法测定了药物中氯霉素、甲砜霉素的含量［5］。尽管这些方法有很高的灵敏性和准确性，但是却需要培训专门的技术人员、耗费昂贵的检测费用、操作繁琐，且样品必须送往专业实验室进行数据分析等。因此，需要建立快速有效的氯霉素残留检测新方法，以保障人们的生命安全。

由Ⅱ-Ⅵ族元素组成的量子点是三维受限的无机半导体纳米晶体［6-8］，因具有独特的光学性质和化学性质，尤其是作为生物荧光探针［9-12］，而得到了广泛的应用。量子点的优异性能包括激发光谱宽，连续分布、具有对称分布的发射光谱和宽度窄的激发光谱［13-14］，并且，通过控制量子点的粒径大小可以制备出不同发射波长的量子点。有文章报道，用水溶液状态下的量子点对氯霉素的检测，但是溶液状态下的量子点不稳定容易发生团聚，影响量子点的发光性能，而且量子点的制备属于比较繁琐的实验，且具有一定的成本，所以怎样固定量子点以改善其稳定性，同时能够对药物进行检测有显示意义。

本文采用巯基乙酸作为稳定剂，在水溶液中制备了碲化镉量子点，通过静电纺丝方法将量子点结合于纤维膜中，对其进行固定，从而明显改善量子点的稳定性，避免了长时间保存而发生团聚;并且静电纺丝纳米纤维膜具有超大的比表面积，固定在纳米纤维膜上的量子点可以和氯霉素充分接触，达到药物检测的目的。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

碲粉、氯化镉、硼氢化钠、巯基乙酸、氢氧化钠、聚乳酸均为分析纯;氯霉素，标准品(纯度为99.5%);实验用水为二次蒸馏水。

JEM-2100F 透射电子显微镜;SU-1510 扫描电子显微镜;F-4600 荧光分光光度计;Nicolet iS10 傅里叶红外变换光谱仪;FM-400 荧光显微镜。

1.2 荧光探针的制备

1.2.1 水溶性量子点的合成 在50 mL 圆底烧瓶中加入0.16 g 硼氢化钠，30 mL 去离子水，0.15 g 碲粉，稍晃动，将瓶口塞紧，在木塞上插入导管，另一端水封，将烧瓶置于超声波容器中(图1)，在超声条件下反应2 h，发现水封的烧杯中有气泡冒出，溶液逐渐变为紫色，得前驱体。

取一个三颈烧瓶，持续通入氮气20 min 除氧，然后往烧瓶中加入0.386 g 氯化镉，140 mL 去离子水，继续通氮除氧30 min。注入0.37 mL 巯基乙酸，有白色沉淀生成，用1 mol/L 的氢氧化钠调节pH值，当pH 接近9.0 时，溶液中的白色沉淀消失。快速向烧瓶溶液中注入前驱体，在100 ℃加热冷凝回流3 h。随着回流，溶液颜色变深。

图1 前驱体制备装置Fig.1 Schematic diagram of the device for precursor synthesis

1.2.2 CdTe 量子点/聚乳酸(PLA)纳米纤维荧光探针的制备 取2.0 g PLA 于25 mL 烧杯中，加入18 g 三氟乙醇，在室温下搅拌1 h，使PLA 充分溶解。加入0.1 g 的CdTe 量子点，继续搅拌1 h。取搅拌液于注射器中，调节静电纺丝参数，电压15 kV，距离15 cm，纺丝流速1.5 mL/h，室温下纺丝。

1.3 氯霉素的测定

将CdTe 量子点/PLA 荧光探针投入氯霉素标准溶液中，室温下放置20 min，取出用纯N2吹干，对荧光探针进行性能表征。

2 结果与讨论

2.1 CdTe 量子点结构与形貌表征

2.1.1 TEM 分析 图2 为CdTe 量子点TEM 图。

图2 CdTe 量子点透射电镜图Fig.2 TEM graph of the CdTe quantum dots

由图2 可知，CdTe 量子点的形貌近似为球形，被一层巯基乙酸包覆。在制备量子点时加入巯基乙酸能够很好的阻止量子点发生团聚，分布均匀，且分散性较好，没有出现明显的聚集现象。而且巯基乙酸修饰的量子点因为会有—OH 的存在，所以水溶性比较好，有很好的生物相容性。

2.1.2 FTIR 分析 CdTe 量子点FTIR 图见图3。

图3 CdTe 量子点溶液红外光谱图Fig.3 IR photographs of CdTe quantum dots

由图3 可知，2 900 ～3 000 cm－1的宽峰是羧基官能团中的—OH 伸缩振动，2 567 cm－1的较弱的峰是—SH 的伸缩振动峰，1 723 cm－1的较强的伸缩振动峰是CO。图中巯基乙酸-量子点的红外光谱2 567 cm－1的—SH 的伸缩振动峰消失，说明在合成量子点过程中，巯基乙酸的—SH 与Cd2+发生配位作用，使得制得的量子点表面缺陷减少，且非辐射中心减少，能很好的提高量子点的稳定性和发光强度。

2.2 CdTe 量子点/PLA 纳米纤维荧光探针结构与性能表征

2.2.1 SEM 和TEM 分析 图4(a)、(b)分别为CdTe 量子点/PLA 纳米纤维荧光探针的SEM 和TEM 图谱。

图4 CdTe 量子点/PLA 纳米纤维荧光探针扫描电镜图以及透射电镜图Fig.4 SEM and TEM photographs of CdTe quantum dots and CdTe QDs/PLA nanofibers

由图4(a)和4(b)可以看出，量子点能够很好的附着在纳米纤维膜上。

2.2.2 EDS 分析 图5 为CdTe 量子点/PLA 纳米纤维荧光探针的EDS 图谱。EDS 显示CdTe 量子点/PLA 纳米纤维元素百分比。

图5 CdTe 量子点/PLA 纳米纤维荧光探针能谱图Fig.5 Energy dispersive X-ray spectrometer photographs of CdTe QDs/PLA nanofiber

由图5 可知，溶液中有Cd 和Te 的存在，说明所合成的物质当中有这两种元素。钠元素是在调节pH 值时加入的NaOH，C 和O 是所用纺丝液聚乳酸，硫元素的存在主要是因为CdTe 水溶性量子点外层包覆的巯基乙酸含有硫元素。巯基乙酸的存在，使得量子点趋于稳定，不太容易发生团聚。尽管如此，水溶液中的量子点不稳定，经过一段时间还会发生部分团聚，需要其它固定量子点的方法。利用静电纺丝，成功地将量子点固定在纳米纤维膜上。

2.2.3 荧光显微镜图分析 图6 表示了CdTe 量子点/PLA 纳米纤维荧光探针的荧光显微镜图。

图6 CdTe 量子点/PLA 纳米纤维荧光探针的荧光显微镜图Fig.6 Fluorescence microscope photographs of CdTe QDs/PLA nanofibers(a)可见光下;(b)365 nm 激发

巯基乙酸包覆的量子点在放置一段时间后，量子点会发生团聚现象，导致量子点的发射波长增大，直至肉眼无法观测到量子点的荧光效应。而通过静电纺丝制备的量子点/PLA 纤维在室温下放置3 个月后，量子点纤维的发射波长几乎没有变化。图6(a)和图6(b)分布是可见光下的CdTe 量子点/PLA纳米纤维显微图和在365 nm 激发下的荧光显微镜图，测得的荧光发射波长为570 nm。从图6(b)可以看出，纳米纤维中确实有CdTe 量子点存在，且荧光效果比较明显，量子点分布均匀，这说明了PLA确实对量子点起到了很好的固定作用。

2.3 CdTe 量子点/PLA 纳米纤维荧光探针与氯霉素作用后的荧光光谱分析

2.3.1 荧光光谱分析 图7 为荧光探针与氯霉素作用后的荧光光谱图。

由图7 可知，激发波长365 nm，发射波长570 nm，氯霉素浓度30 μg/mL。

图7 CdTe 量子点/PLA 纳米纤维荧光探针与氯霉素作用后的荧光光谱图Fig.7 Fluorospectro photometer photographs of the reaction between CdTe QDs/PLA nanofibers and chloramphenicol

当量子点表面的有机配体被其他的极性硫醇取代后，量子点表面的晶格缺陷增大，非辐射重组的发生增加，使量子点的荧光发生猝灭。因此可知，氯霉素改变了CdTe 量子点的表面状态，增大了表面缺陷和非辐射重组的发生，从而使CdTe 量子点发生荧光猝灭。说明量子点与氯霉素发生了荧光共振能量转移，也证明了CdTe 量子点/PLA 纳米纤维荧光探针可以对氯霉素进行检测，且检测效果比较明显。并且量子点经过纳米纤维的固定，CdTe 量子点/PLA 纳米纤维作为稳定的荧光探针可以保存很长一段时间而不会团聚变质。

2.3.2 荧光探针对氯霉素的测定曲线 图8(a)为

CdTe 量子点/PLA 纳米纤维荧光强度随氯霉素浓度变化图，(b)为标准曲线。

图8 (a)CdTe 量子点/PLA 纳米纤维荧光强度随氯霉素浓度变化图，(b)为标准曲线Fig.8 Fluorescence intensity with chloramphenicol concentration variation and stanard curve

由图8(a)可知，在一定浓度范围内，量子点的荧光强度会随氯霉素含量的增加而下降，从而达到检测氯霉素的目的。

由图8(b)可知，曲线在10 ～80 μg/mL 范围内线性关系良好，回归方程为:ΔF =5.384c +47.865(ΔF 为荧光强度变化)，相关系数为0.998 5，检测限为0.814 μg/mL。

实验证明，通过此种方法可以对氯霉素进行准确、有效、直观的检测。

3 结论

利用静电纺丝技术制备CdTe 量子点/PLA 纳米纤维荧光探针，基于氯霉素对CdTe 量子点的猝灭作用，建立了一种测定氯霉素的新方法。此荧光探针既解决了水溶液状态下CdTe 量子点不稳定易团聚的缺陷，又能在检测氯霉素上起到同样的效果。经测定，体系的荧光猝灭强度与氯霉素浓度在10 ～80 μg/mL 范围内呈良好线性关系。该方法灵敏度高，操作简单，选择性好，对氯霉素的检测有很好的应用价值。

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