Core-Shell CdSe@SiO2/CDs à empreinte moléculaire en tant que sonde fluorescente ratiométrique pour la détection du 4-nitrophénol

Contexte

Les nitrophénols sont parmi les contaminants environnementaux les plus abondants en raison de leur utilisation répandue dans la production d'herbicides, de pesticides, de colorants synthétiques et de produits pharmaceutiques [1]. En particulier, le 4-nitrophénol (4-NP) est l'un des nitrophénols substitués les plus toxiques, étant à la fois cancérigène et génotoxique pour l'homme et la faune, même à de très faibles concentrations [2]. En effet, l'Environmental Protection Agency (EPA) des États-Unis a classé le 4-NP comme polluant prioritaire et a spécifié une limite maximale autorisée de 60 ng/mL de 4-NP dans l'eau potable [3]. Ainsi, le développement de méthodes sensibles et sélectives pour la détection de 4-NP est d'une importance particulière. À ce jour, diverses méthodes analytiques ont été proposées pour la détermination du 4-NP dans l'eau, notamment la chromatographie [4, 5], la détection électrochimique [3, 6, 7], la détection par chimiluminescence [8] et la surveillance de la fluorescence [9,10 ,11]. Les points quantiques (QD) sont généralement adoptés comme signal de réponse dans la surveillance de la fluorescence et sont également largement utilisés dans la génération photoélectrochimique d'hydrogène, les dispositifs optoélectroniques et l'imagerie biologique en raison de leurs propriétés optiques et électroniques dépendantes de la taille/composition [12,13,14]. Les méthodes de fluorescence pour la détermination de traces de 4-NP sont avantageuses en raison de leur simplicité, de leur rapidité et de leur faible coût. Cependant, de telles méthodes sont généralement basées sur le changement d'intensité de fluorescence d'un seul luminophore, qui est facilement perturbé par une fluctuation de l'intensité lumineuse d'excitation [15], la concentration de la sonde [16] et la présence d'extincteurs de fluorescence tels que les les ions métalliques [17] et les espèces réactives de l'oxygène [18]. En tant que telles, les stratégies basées sur la fluorescence ratiométrique peuvent être considérées comme supérieures, car elles éliminent la majorité de ces ambiguïtés grâce à l'auto-étalonnage de deux ou plusieurs bandes différentes [19]. Il est intéressant de noter qu'un certain nombre de sondes de fluorescence ratiométriques ont présenté des sensibilités de détection considérablement améliorées par rapport aux sondes à points quantiques à émission unique et ont donc été largement utilisées dans la construction de sondes fluorescentes pour la détection de polluants environnementaux, tels que Hg ²⁺ , sulfure d'hydrogène et dioxyde de soufre [20,21,22].

De plus, les polymères à empreinte moléculaire (MIP) sont des matrices polymères qui peuvent être conçues sur mesure pour présenter des sélectivités élevées envers les molécules cibles et sont couramment utilisées dans la séparation, les capteurs et les catalyseurs [23, 24]. Le développement de capteurs fluorescents présentant des sensibilités et des sélectivités élevées est d'un intérêt particulier, où ces propriétés sont garanties par des stratégies de fluorescence ratiométrique et d'impression moléculaire, respectivement. Cependant, les rapports sur de tels capteurs fluorescents à double émission à empreinte moléculaire pour la détermination d'analytes à l'état de traces sont limités [25, 26].

Ainsi, nous rapportons ici la construction d'un capteur fluorescent à double émission à empreinte moléculaire pour la détection sensible et sélective du 4-NP basé sur le transfert d'énergie par résonance de fluorescence (FRET) entre le 4-NP et les points de carbone photoluminescents (CD). Dans ce capteur à fluorescence ratiométrique, les QD CdSe seront intégrés dans des coques de silice (CdSe@SiO₂ ) pour servir de signal de référence. Nous nous attendons à ce que le revêtement de silice préserve non seulement les propriétés de photoluminescence des QD de CdSe en raison de sa nature inerte et de sa transparence optique [8], mais prévienne également les fuites des métaux lourds toxiques Cd et Se [27]. De plus, le CdSe@SiO₂ Les QD seront en outre entourés de CD à fonction organosilane (CdSe@SiO₂ /CD). En tant que classe nouvellement émergente de matériaux fluorescents, les CD ont attiré une attention considérable en raison de leur faible coût, de leur manque de toxicité, de leurs stabilités physico-chimiques et photochimiques et de leurs propriétés de photoluminescence ajustables [28,29,30]. Plus précisément, les CD à fonction organosilane synthétisés par pyrolyse d'acide citrique anhydre avec de l'aminosilane réservent les avantages des CD vierges et peuvent être facilement immobilisés sur CdSe@SiO₂ via un simple processus de chauffage [31]. De plus, les molécules modèles peuvent être facilement ancrées sur les surfaces de CdSe@SiO₂ /CDs via un procédé d'impression moléculaire sol-gel [32]. De plus, dans notre système proposé, le FRET peut avoir lieu en raison du chevauchement du spectre d'émission des CD préparés et du spectre d'absorption du 4-NP, ce qui est crucial pour la détection du 4-NP. En fin de compte, nous visons à préparer CdSe@SiO₂ à empreinte moléculaire /CD nanohybrides (CdSe@SiO₂ /CDs/MIP) suite à la préparation des coques imprimées à la surface du CdSe@SiO₂ /CDs utilisant 4-NP comme modèle. La morphologie, la structure chimique et les propriétés optiques du capteur préparé seront ensuite déterminées par microscopie électronique à transmission (MET) et analyse spectroscopique. Enfin, la capacité d'adsorption, la sensibilité et la sélectivité de ce capteur vis-à-vis du 4-NP seront examinées.

Méthodes

Matériaux

Le tétraéthoxysilane (TEOS), le Triton X-100 et l'éther de pétrole ont été obtenus auprès de Tianjin Kemiou Chemical Reagent Co., Ltd. (Tianjin, Chine). Le cyclohexane, le 4-NP, l'alcool hexylique, l'hydroxyde d'ammonium (25 % en poids), l'alcool éthylique absolu, le méthylbenzène et l'alcool isopropylique ont été achetés auprès de Guangfu Chemical Reagent Co., Ltd. (Tianjin, Chine). Le 3-aminopropyltrimétoxysilane (APTMS) et l'acide citrique anhydre ont été achetés chez Aladdin Chemical Reagent Co., Ltd. (Shanghai, Chine). Tous les réactifs étaient de qualité analytique et ont été utilisés tels quels sans autre purification. Les QD CdSe/ZnS modifiés par carboxyle (QD CdSe) ont été achetés auprès de Wuhan Jiayuan Quantum Dot Technological Development Co., Ltd. (Wuhan, Chine). Toutes les eaux ont été purifiées à l'aide d'un système de purification d'eau Sartorius Arium® Pro VF (résistivité 18,2 MΩ).

Synthèse de CdSe@SiO₂

Du cyclohexane (7,7 mL), du Triton X-100 (1,77 mL), du n-hexanol (1,8 mL) et une solution de CdSe QD (400 μL, 8 μM) ont été mélangés sous agitation magnétique vigoureuse. Après la formation réussie de la microémulsion inverse, du TEOS (50 μL) et une solution d'hydroxyde d'ammonium (200 μL, 25 % en poids) ont été introduits. Le système réactionnel a ensuite été scellé et l'agitation a été poursuivie à 25°C pendant 24 h. Après ce temps, de l'alcool isopropylique (36 mL) a été ajouté pour briser l'émulsion, et le précipité résultant a été lavé plusieurs fois avec de l'éthanol jusqu'à ce qu'aucun signal de fluorescence ne soit détecté dans le surnageant. Au cours de chaque procédure de lavage, la dispersion de particules a été soumise à une centrifugation, suivie de l'élimination du surnageant et de la redispersion du précipité dans l'éthanol. Enfin, le précipité a été dispersé dans du toluène sous ultrasonication.

Synthèse de CD à fonction organosilane

Les CD à fonction organosilane ont été préparées par pyrolyse d'acide citrique anhydre et d'APTMS. Dans une expérience typique, l'APTMS (10 mL) a été chauffé à 185 °C, point auquel de l'acide citrique anhydre (0,5 g) a été ajouté rapidement sous agitation vigoureuse, et le mélange résultant a été maintenu à 185 °C pendant 1 min. Après ce temps, la solution a été laissée à refroidir à 25°C, et le produit vert foncé obtenu a été purifié par extraction avec de l'éther de pétrole (x 5) en utilisant un rapport en volume de 1:1. La phase inférieure de la liqueur d'extrait était constituée des CD préparés à fonction organosilane. Environ 2 mL de CD fonctionnalisés ont été obtenus.

Synthèse du CdSe@SiO à double émission MIP et NIP₂ /CD Nanohybrides

Une partie des CD à fonction organosilane fraîchement préparés (10 μL) a été ajoutée à un mélange de toluène (25 mL) contenant du CdSe@SiO₂ (5 mg). Après chauffage à 113 °C sous reflux pendant 12 h sous agitation, le mélange résultant a été soumis à une centrifugation, le précipité contenant le CdSe@SiO₂ Les nanohybrides /CD ont été dispersés dans de l'éthanol (2 mL) et du 4-NP (0,2 mg) a été ajouté. On a ensuite laissé le système réagir pendant 2 h à 25°C sous agitation. Après ce temps, du TEOS (25 μL) et de l'hydroxyde d'ammonium (25 μL) ont été injectés dans le mélange, qui a été laissé réagir pendant 5 h supplémentaires à 25 °C. Enfin, le produit obtenu a été soumis à trois cycles de précipitation/centrifugation et lavé avec de l'éthanol pour éliminer tout excès de réactifs. Les nanohybrides résultants ont été dispersés dans de l'éthanol pour une utilisation ultérieure.

Des expériences de contrôle ont également été réalisées en utilisant du CdSe@SiO₂ revêtu de polymère non imprimé (revêtement NIP) /CD nanohybrides, qui ont été préparés en utilisant la méthode ci-dessus mais sans l'ajout de la molécule modèle.

Capacités d'adsorption du CdSe@SiO₂ /CD/MIP et CdSe@SiO₂ /CD/NIP Nanohybrides Vers 4-NP

4-NP (0,1 mg) a été ajouté à des solutions séparées de CdSe@SiO₂ /CD/MIP et CdSe@SiO₂ /CD/NIP nanohybrides (1 mL, 1,5 mg/mL) sous agitation. Après 120 min, les solutions ont été soumises à une centrifugation (12 000 tr/min, 15 min) et les concentrations de 4-NP dans les surnageants ont été déterminées par des mesures UV-vis à 400 nm. Les capacités d'adsorption (\( Q \)) des nanohybrides recouverts de MIP et de NIP ont ensuite été calculées à l'aide de l'Eq. 1.

où C ₀ et C _t sont les concentrations de 4-NP avant et après adsorption, respectivement, V est le volume de la solution, et W est la masse des nanohybrides.

Caractérisation

La MET à haute résolution (HRTEM) a été réalisée à l'aide d'un microscope électronique à transmission JEM-2100 (JEOL Ltd., Akishima, Japon) fonctionnant à une tension d'accélération de 200 kV. La spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) a été réalisée sur un spectromètre Nicolet Magna IR-560 FTIR (Nicolet Co., Madison, WI, USA) sur 20 scans, avec une résolution de 4 cm ^− 1 . Les mesures de fluorescence ont été obtenues à l'aide d'un spectrophotomètre à fluorescence Cary Eclipse (Agilent Technologies, Inc., USA) dans une cellule de quartz de 1 cm × 1 cm. La spectroscopie UV-vis a été réalisée sur un spectrophotomètre de la série TU-1810 (Purkinje General Instrument Co. Ltd., Pékin, Chine) en utilisant une cellule en quartz avec un chemin optique de 1,0 cm.

Détection fluorescente de 4-NP

À une aliquote du CdSe@SiO₂ préparé /CD/MIP, nanohybride dans l'éthanol (1 mL, 1,5 mg/mL) a été ajouté une portion supplémentaire d'éthanol (2 mL) et la quantité souhaitée de 4-NP. La concentration finale de 4-NP dans la solution a été obtenue par un simple calcul. Après un mélange minutieux, l'intensité de fluorescence a été mesurée après 10 min et les spectres de fluorescence ont été enregistrés à une longueur d'onde d'excitation de 350 nm avec des fentes d'excitation/émission de 10 nm. En ce qui concerne le temps d'incubation, il a été fixé à 10 min selon le temps d'incubation adopté dans les travaux rapportés de la sonde fluorescente ratiométrique [33, 34]. Comme de l'eau ultrapure a été utilisée dans ce travail au lieu de solutions tampons, le pH de détection de ce travail était d'environ 7,0, conformément au pH de travail optimisé dans la détection de 4-NP dans un travail rapporté [10].

Résultats et discussion

Avant la préparation du capteur fluorescent ratiométrique pour la détection 4-NP, nous avons d'abord examiné les spectres d'émission et d'absorption de divers matériaux. Après examen des spectres d'émission des QD CdSe et des CD (Fichier supplémentaire 1 :Figure S1), il est apparu qu'aucune interférence n'avait eu lieu entre les deux espèces, leurs maxima d'émission étant observés à 460 et 615 nm, respectivement. De plus, le chevauchement observé entre le spectre d'absorption du 4-NP et le spectre d'émission des CD (Fichier supplémentaire 1 :Figure S2) indique que le FRET pourrait avoir lieu entre ces espèces, conduisant ainsi à l'extinction de la fluorescence du CdSe@SiO2 /CD/MIP nanohybrides à 455 nm. De plus, les QD et CD de CdSe présentaient des longueurs d'onde d'excitation optimales comparables (c'est-à-dire 350 nm), et donc ces espèces étaient adaptées à la construction du capteur fluorescent ratiométrique pour la détection de 4-NP. En tant que tels, les QD CdSe servaient de signal de référence, tandis que les CD servaient de signal de réponse. Ainsi, une réponse de fluorescence ratiométrique peut être détectée lors de l'extinction des CD par 4-NP tandis que l'intensité de fluorescence des QD CdSe reste constante.

La voie synthétique employée pour la préparation du capteur fluorescent ratiométrique à empreinte moléculaire est illustrée dans le schéma 1. Initialement, les QD CdSe étaient recouverts d'une coque de silice en utilisant une méthode de microémulsion inverse modifiée [35] pour empêcher le contact direct des QD CdSe avec le solvants externes et de contrôler la distance entre les QDs CdSe et les CDs en ajustant l'épaisseur de la coque de silice [36]. Par la suite, le CdSe@SiO₂ obtenu Les QD ont été décorés avec des CD fonctionnalisés en organosilane pour faciliter la liaison de CdSe@SiO₂ et les CD via des liaisons silicium-oxygène, ainsi que pour améliorer les interactions entre les CD et la matrice de silice à empreinte moléculaire [37]. Cela a abouti à la construction réussie des nanohybrides fluorescents ratiométriques à double émission et structurés à noyau-coque souhaités. De plus, le CdSe@SiO₂ /CD nanohybrides ont été encapsulés avec un film imprimé de silice par la réaction de condensation sol-gel de TEOS catalysée par une solution aqueuse d'ammoniaque [38]. Cette modification était nécessaire pour empêcher la fuite des CD de la matrice et pour maintenir une perméabilité supérieure aux molécules matrices [37]. Après élimination des molécules modèles par élution au solvant, des cavités de forme, de taille et de demande électronique ou de liaison hydrogène complémentaires restent dans la matrice, assurant ainsi une reconnaissance sélective et une liaison coopérative à la molécule cible [39]. Cette dernière étape a produit le capteur fluorescent à double émission à empreinte moléculaire cible.

Représentation schématique du processus utilisé pour la préparation du CdSe@SiO₂ à double émission revêtu de polymère à empreinte moléculaire /CD nanohybrides

Préparation et Caractérisation de CdSe@SiO₂ /CD/MIP Nanohybride

Suite à leur préparation réussie, la structure morphologique et les propriétés optiques du CdSe@SiO₂ obtenu Les nanohybrides /CD/MIP ont été étudiés en détail. Comme le montrent les figures 1a, b, les QD CdSe ont été encapsulés avec succès dans les coques de silice. Cependant, les CD n'ont pas pu être observés dans les images HRTEM du CdSe@SiO₂ /CD nanoparticules (Fig. 1c, d), car les CD préparés étaient des nanoparticules amorphes sans franges de réseau évidentes [40, 41]. De plus, les images montrées dans les Fig. 1a–f confirment que le CdSe@SiO₂ tel que préparé , CdSe@SiO₂ /CD, et CdSe@SiO₂ Les espèces /CD/MIP étaient des nanoparticules sphériques uniformes avec des diamètres moyens de 46,7 ± 2,5, 53,6 ± 2,7 et 66,4 ± 2,0 nm, respectivement (Fichier supplémentaire 1 :Figure S3). Cette augmentation du diamètre moyen coïncide avec le dépôt couche par couche de CD et de films imprimés en silice sur le CdSe@SiO₂ nanoparticules. Après encapsulation par la couche imprimée de silice, la surface du CdSe@SiO₂ Les nanohybrides /CD sont devenus rugueux, ce qui peut être attribué à la croissance inhomogène de cette couche. Comme la méthode sol-gel est une méthode largement utilisée pour la construction de film imprimé de silice avec une épaisseur réglable [42], l'épaisseur de la couche imprimée fabriquée a été déterminée en conséquence pour favoriser la mise en place du FRET. En fait, la couche imprimée contenant le donneur (CD) et l'accepteur (4-NP) mesurait ~ 12,8 nm, ce qui est suffisant pour permettre au FRET d'avoir facilement lieu FRET [43, 44].

Caractérisation des nanoparticules hybrides préparées. Images HRTEM du CdSe@SiO₂ (un , b ), CdSe@SiO₂ /CD (c , d ), et CdSe@SiO₂ /CD/MIP (e , f ) nanoparticules. Et les spectres FTIR (g ) de CdSe@SiO₂ (courbe A), CdSe@SiO₂ /CDs (courbe B), CdSe@SiO₂ /CDs/MIP (courbe C) et 4-NP (courbe D)

Pour confirmer la réussite de la modification chimique après chaque étape, les spectres FTIR du CdSe@SiO₂ , CdSe@SiO₂ /CD, et CdSe@SiO₂ Les produits /CD/MIP ont été enregistrés et comparés. Comme le montre la figure 1g, les trois spectres FTIR ont montré la caractéristique SiO₂ pics à 1091 et 468 cm ^− 1 , qui correspond respectivement à la vibration d'étirement symétrique de Si–O–Si et à la vibration d'étirement antisymétrique de Si–O. De plus, par rapport au spectre FTIR de CdSe@SiO₂ , le spectre FTIR du CdSe@SiO₂ Les nanoparticules /CD contenaient trois pics supplémentaires, à savoir la vibration d'étirement de -C=ONR à 1648 cm ^− 1 , la vibration d'étirement de C–H à 2940 cm ^− 1 , et une caractéristique –NH₂ pic à 1400–1460 cm ^− 1 , qui provient du SiO₂ amino-modifié coquille [45]. De plus, la comparaison des spectres de 4-NP, CdSe@SiO₂ /CD, et CdSe@SiO₂ Les nanoparticules /CD/MIP ont confirmé que l'impression 4-NP était réussie en raison de la présence de pics correspondant à la vibration de flexion hors du plan de =C–H (860–800 cm ^− 1 ) et la vibration d'étirement asymétrique de –NO₂ (1550 et 1300 cm ^− 1 ) dans les spectres du 4-NP et du CdSe@SiO₂ /CD/MIP nanoparticules.

Les spectres d'émission de fluorescence du CdSe@SiO₂ préparé Les nanoparticules /CD/MIP ont ensuite été enregistrées avant et après le retrait des molécules modèles (Fig. 2a), et la fluorescence des CD a été éteinte de manière significative en présence de 4-NP. De plus, après élimination des molécules modèles par lavage et élution ultérieure, la fluorescence des CD a été récupérée et aucun chevauchement n'a été observé avec la bande d'émission des QD de CdSe à une longueur d'onde d'excitation de 350 nm. Il était donc évident que le capteur fluorescent ratiométrique à empreinte moléculaire présentait une double émission bien résolue et convenait à la détection ratiométrique de 4-NP.

Fluorescence des nanoparticules hybrides préparées. un Spectres d'émission de fluorescence du CdSe@SiO₂ /CD/MIP nanoparticules avant (ligne noire) et après (ligne rouge) l'élimination des molécules modèles et b leur photo-stabilité s'est dispersée dans l'éthanol suite à l'élimination du 4-NP. c Capacités d'adsorption du CdSe@SiO₂ /CD/MIP et CdSe@SiO₂ /CD/NIP nanohybrides. d Les tracés de l'intensité de fluorescence de CdSe@SiO₂ /CDs/MIP et CdSe@SiO₂ /CDs/NIP avec 4-NP, respectivement. (F_b0 et F_b représentent l'intensité de fluorescence de CdSe@SiO₂ /CDs/MIP et CdSe@SiO₂ /CDs/NIP à 455 nm en l'absence et en présence de diverses quantités de 4-NP)

La stabilité de fluorescence du capteur a ensuite été évaluée par des mesures de fluorescence répétées du CdSe@SiO₂ Système /CD/MIP à intervalles de 2 minutes. Comme le montre la figure 2b, aucun changement significatif de l'intensité de fluorescence n'a été observé sur 120 min à 615 nm, suggérant ainsi la photo-stabilité à long terme de la sonde [46]. De plus, l'intensité de fluorescence des CD a conservé> 95 % de sa réponse d'origine à 455 nm, et cette légère diminution ne devrait pas avoir d'effet significatif sur la détermination de 4-NP. Ces résultats démontrent donc que la couche à empreinte moléculaire était bien ancrée à la surface du CdSe@SiO₂ /CD nanoparticules et que les CD et les QD CdSe étaient bien protégés.

Détection spécifique et sélective du 4-NP

Pour étudier l'affinité de liaison du CdSe@SiO₂ /CD/MIP et CdSe@SiO₂ /CD/NIP nanohybrides, les tests d'adsorption ont été réalisés en utilisant le modèle 4-NP. Comme le montre la Fig. 2c, les capacités d'adsorption de CdSe@SiO₂ /CD/MIP et CdSe@SiO₂ /CD/NIP vers 4-NP étaient respectivement de 9,1 et 1,58 mg/g. Cette capacité d'adsorption supérieure des nanohybrides à empreinte moléculaire pourrait être attribuée à la formation de cavités spécifiques au 4-NP pendant le processus d'impression. De plus, la capacité d'adsorption inférieure du CdSe@SiO₂ Le nanohybride /CD/NIP était probablement causé par le manque de sites de reconnaissance et l'effet dominant de l'adsorption non spécifique provenant des interactions de liaison hydrogène entre le 4-NP et le -NH₂ groupes à la surface des CD à fonction organosilane [8].

Pour une quantité donnée de donneur CD, l'efficacité d'extinction de la fluorescence peut être contrôlée soit en ajustant le chevauchement spectral entre le donneur et l'accepteur, soit en ajustant le nombre d'accepteurs autour du donneur à une distance de 10 nm [47]. Dans ce cas, pour les deux CdSe@SiO₂ /CD/MIP et CdSe@SiO₂ /CD/NIP nanohybrides, le FRET pourrait avoir lieu entre les CD et le 4-NP dans la solution à moins de 10 nm des CD, ce qui peut entraîner une efficacité de trempe considérable. Cependant, avec l'avantage des couches à empreinte moléculaire, la capacité d'adsorption de CdSe@SiO₂ Les nanohybrides /CD/MIP ont été efficacement améliorés (Fig. 2c) ; ainsi, un plus grand nombre de molécules 4-NP serait disponible à moins de 10 nm des CD que dans le cas du CdSe@SiO₂ /CD/NIP nanohybrides, qui permettent au FRET d'avoir lieu dans une plus grande mesure. La reconnaissance particulière des nanohybrides à empreinte moléculaire a ainsi été étudiée par la comparaison des réponses de fluorescence de CdSe@SiO₂ /CD/MIP et CdSe@SiO₂ /CD/NIP avec diverses concentrations de 4-NP. Comme le montre la figure 2d, lors de l'augmentation de la concentration de 4-NP, la valeur de (F _b0 −F _b )/F _b0 (c'est-à-dire l'efficacité d'extinction de la fluorescence) a augmenté à la fois pour CdSe@SiO₂ /CD/MIP et CdSe@SiO₂ /CD/NIP. Dans l'expression ci-dessus, F _b0 et F _b représentent les intensités de fluorescence du CdSe@SiO₂ /CD/MIP (ou CdSe@SiO₂ /CD/NIP) à 455 nm en l'absence et en présence de diverses concentrations de 4-NP [48]. De plus, en comparant les pentes linéaires (c'est-à-dire les constantes d'extinction) des deux graphiques, nous avons pu conclure que les molécules modèles avaient un effet plus significatif sur l'extinction de la fluorescence de CdSe@SiO₂ /CD/MIP que celui de CdSe@SiO₂ /CD/NIP à des concentrations égales de 4-NP, ce qui suggère en outre l'excellente reconnaissance spécifique et l'affinité de liaison du CdSe@SiO₂ /CD/MIP nanohybride vers 4-NP [9, 49].

Pour illustrer la sélectivité de CdSe@SiO₂ /CD/MIP vers la molécule matrice 4-NP, des expériences de contrôle ont été réalisées en utilisant des composés ayant des structures ou des propriétés optiques similaires (c'est-à-dire le phénol, le 2-NP et l'hydroquinone). Comme le montre la Fig. 3, les efficacités d'extinction de la fluorescence ((F _b0 −F _b )/F _b0 ) des analogues étaient plus petits que celui du 4-NP, probablement en raison de leurs propriétés optiques et structures chimiques différentes de celles du 4-NP [9]. En effet, les spectres d'absorption obtenus pour le phénol et l'hydroquinone différaient significativement du 4-NP et ne présentaient aucun chevauchement avec les spectres d'émission des CD (données non présentées). Dans le cas du 2-NP, bien que ses spectres d'absorption et ses propriétés chimiques soient similaires à ceux du 4-NP, il correspondait moins parfaitement aux sites 4-NP imprimés, ce qui a entraîné une réduction de trois fois de l'efficacité d'extinction observée. . Ces résultats ont donc indiqué que le capteur fluorescent préparé ici est sélectif vis-à-vis du 4-NP en présence d'analogues et peut donc être appliqué davantage à la détection sélective du 4-NP.

La sélectivité de la sonde fluorescente ratiométrique préparée. Réponses en fluorescence du CdSe@SiO₂ /CD/MIP et CdSe@SiO₂ /CD/NIP nanohybrides vers 4,8 μg/mL de solutions de 4-NP, phénol, 2-NP (2-nitrophénol) et hydroquinone

Détection de 4-NP

Enfin, nous avons examiné l'évolution du profil de fluorescence de CdSe@SiO₂ /CD/MIP lors de l'ajout de différentes quantités de 4-NP. Comme le montre la figure 4a, l'intensité de fluorescence à 455 nm était très sensible à la concentration de 4-NP, présentant une diminution à mesure que la concentration de 4-NP augmentait. De plus, aucun changement évident n'a été observé dans la fluorescence des QD CdSe à 615 nm, ce qui suggère que les QD CdSe encapsulés dans un SiO₂ peuvent être utilisés comme signal de référence. De plus, comme le montre la figure 4b, le tracé de F _b /F _r contre les concentrations de 4-NP comprises entre 0,051 et 13,7 μg/mL présentait une bonne linéarité en plus d'un coefficient de corrélation élevé (R ² = 0.985). Dans cette expression, F _b et F _r représentent les intensités de fluorescence du CdSe@SiO₂ /CD/MIP nanohybride à 455 et 615 nm, respectivement. Sur la base de ces résultats, la limite de détection a été calculée à 0,026 μg/mL (3δ/k ), ce qui est nettement inférieur à la limite autorisée dans l'eau potable, telle que spécifiée par l'US EPA (c'est-à-dire 60 ng/mL), indiquant ainsi que notre capteur fluorescent ratiométrique à empreinte moléculaire présente un potentiel d'utilisation dans des applications pratiques. Par rapport aux plages linéaires et aux limites de détection des méthodes précédemment rapportées (voir le tableau 1), il est évident que notre système est comparable ou supérieur aux méthodes électrochimiques et fluorescentes rapportées dans le contexte de la plage de détection 4-NP et de la limite de détection. De plus, la sensibilité, la sélectivité et la limite de détection ont le potentiel d'être améliorées par une quantification et une optimisation supplémentaires des conditions de détermination, telles que l'épaisseur de la couche imprimée, le rapport des CD aux QD CdSe, le rapport du modèle au monomère, le temps d'incubation, et pH [10].

La détection de 4-NP. un Spectres de fluorescence du CdSe@SiO₂ /CD/MIP nanohybrides obtenus à des concentrations croissantes de 4-NP sous une longueur d'onde d'excitation de 350 nm. b Effet de la concentration de 4-NP sur le rapport de F _r à F _b pour le CdSe@SiO₂ à revêtement MIP /CD nanohybrides. Des concentrations de 4-NP de 0,051, 2,1, 4,8, 6,7, 8,9, 11,52 et 13,7 μg/mL ont été utilisées. F _b et F _r représentent les intensités de fluorescence du CdSe@SiO₂ /CD/MIP nanohybrides à 455 et 615 nm, respectivement

Conclusions

En résumé, nous avons préparé avec succès un nouveau capteur fluorescent à double émission (c. Ce nouveau capteur présentait à la fois la haute sensibilité de la fluorescence ratiométrique et la haute sélectivité d'un polymère à empreinte moléculaire (MIP). Comme prévu, en présence de 4-NP, la fluorescence des points de carbone (CD) a été éteinte par transfert d'énergie de résonance de fluorescence (FRET) entre le 4-NP et les CD photoluminescents, tandis que l'intensité de fluorescence des points quantiques de CdSe présents dans ce système est resté relativement constant. En tant que tel, ce capteur s'est avéré être une plate-forme efficace pour la détection fiable et rapide du 4-NP à des concentrations allant de 0,051 à 13,7 μg/mL, avec une limite de détection particulièrement basse de 0,026 μg/mL. De plus, la simplicité, la fiabilité, la haute sélectivité et la haute sensibilité du CdSe@SiO₂ développé Le capteur nanohybride /CD/MIP démontre que la combinaison de MIP et de fluorescence ratiométrique permet la préparation de capteurs fluorescents pour la détection de traces ou d'ultra-traces d'analytes.