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摘 要

为更好的检测汞离子，我们研究出了一种简单、灵敏的水凝胶微球传感器。将荧光探针1封装在超支化聚乙二醇丙烯酸酯与巯基海藻酸钠复合水凝胶基质中，通过自制芯片自组装形成的水凝胶微球，来检测汞离子。小分子荧光探针1稳定地存在水凝胶基质内，不会泄露且金属离子可自由出入水凝胶微球。该水凝胶传感器保留了小分子荧光探针1对汞离子的高灵敏度和高选择性。我们通过荧光显微镜能够方便的对微球进行荧光分析。在荧显微镜绿色激发下，水凝胶微球遇汞离子发出红色荧光，通过灰度图可以对荧光强度进行定量分析。水凝胶微球传感器的荧光强度值与汞离子浓度呈良好的的线性关系，在显微镜下所测得的对Hg² 的检出限经计算为120 nM。用KI溶液处理微球，发现微球可以重复利用。我们还将水凝胶微球用于实际样品中汞离子的检测，回收率实验表明其表现结果较稳定。

关键词：水凝胶微球 荧光探针 汞离子 自组装 荧光显微镜

A hydrogel microsphere-based sensor for dual and highly selective detection of Hg²

Abstract

In order to detect aluminum ions and mercury ions better, we have developed a simple and sensitive hydrogel microsphere sensor. The fluorescent probe 1 is encapsulated in a composite hydrogel matrix of hyperbranched polyethylene glycol acrylate and sodium mercaptoalginate, and the hydrogel microspheres formed by self-assembly of self-made chips are used to detect mercury ions. The small-molecule fluorescent probe 1 stably exists in the hydrogel matrix, does not leak, and metal ions can freely enter and exit the hydrogel microspheres. The hydrogel sensor retains the high sensitivity and selectivity of the small molecule fluorescent probe 1 to mercury ions. We can easily perform fluorescence analysis of microspheres through a fluorescence microscope. Under the green excitation of the fluorescent microscope, the hydrogel microspheres emit red fluorescence when encountering mercury ions, and the fluorescence intensity can be quantitatively analyzed through the grayscale image. The fluorescence intensity value of the hydrogel microsphere sensor showed a good linear relationship with the mercury ion concentration, and the detection limit of Hg2 measured under the microscope was calculated to be 120 nM. The microspheres were treated with KI solution and found to be reusable. We also used hydrogel microspheres for the detection of mercury ions in actual samples, and the recovery experiment showed that the performance results were relatively stabl.

Keywords: hydrogel microspheres; fluorescent probe; mercury ionoge; self-assembly; fluorescence microscope

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第一章 综述 1

1.1概述 1

1.2荧光探针 1

1.2.1 荧光探针技术 1

1.2.2 荧光探针的发展 2

1.2.3 荧光探针的要求 2

1.2.4 荧光探针的分类 2

1.2.5 检测金属离子的荧光传感器概述 4

1.3 水凝胶 6

1.3.1 水凝胶简介 6

1.3.2 水凝胶的应用 7

第二章 水凝胶微球荧光传感器的设计及制备 9

2.1 前言 9

2.2 实验部分 10

2.2.1 实验仪器和试剂 11

2.2.2 微流体芯片装置设计 12

2.2.3 检测铝离子和汞离子的小分子探针1和2的合成 12

2.2.4 水凝胶前驱体溶液与油相溶液的准备 13

2.2.5 水凝胶微球传感器的制备 13

2.2.6 水凝胶微球对于荧光探针的密封性检测 14

第三章 水凝胶微球荧光传感器对铝离子和汞离子的检测及应用 17

3.1 前言 17

3.2 实验部分 17

3.2.1 仪器和试剂 17

3.2.2 荧光图像的采集标准 18

3.3 结果与讨论 18

3.3.1 水凝胶微球型传感器对金属离子的选择性 18

3.3.2 水凝胶微球的抗干扰性实验 20

3.3.4 水凝胶微球传感器对汞离子的检测限 22

3.3.5 水凝胶微球的可重复利用性 23

3.3.6 水凝胶微球型传感器在实际水样中的应用 24

第四章 结论与展望 26

4.1 结论 26

4.2 展望 27

参考文献 28

致谢 31

第一章 综述

1.1概述

伴随着人类工业的发展，重金属离子污染会导致严重的健康问题。作为一种高毒性、强生物富集性和持久性的环境污染物，汞离子已被列为全球性污染物。汞离子在水生环境中的浓度已从几十年前的0.5μg/ L增加到目前的9.0μg/ L，并且通过水生微生物作用会使得汞离子形成剧毒的有机汞( 如: 甲基汞)。它会通过食物链在人体内富集，继而损坏人的内分泌系统、人体自身免疫系统和中枢神经系统的平衡等^[1-2]。由于汞会导致生理代谢紊乱和发病，因此迫切需要开发高度选择性和灵敏的传感器，以使得能够快速检测环境和生物样品中的汞离子^[3]。

至今，早已开发出很多传统方法来检测Hg² 。其中包括电感耦合等离子体质、毛细管电泳、原子吸收光谱、原子发射光谱谱、X射线荧光光谱等^[4-5]。但是，这些方法中所使用的仪器需要复杂的分析方法且具有很高的购置成本，包括浪费时间的预处理步骤以及需要训练有素的分析人员来操作仪器。近年来，由于快速响应、高选择性、高灵敏度等优点，使用荧光光谱法检测含有金属离子的分析物已变得更加流行。

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