Molecularly Imprinted Core-Shell CdSe@SiO2/CDs sebagai Ratiometric Fluorescent Probe untuk 4-Nitrophenol Sensing
Abstrak
4-Nitrophenol (4-NP) adalah polutan prioritas dalam air dan bersifat karsinogenik dan genotoksik bagi manusia dan satwa liar bahkan pada konsentrasi yang sangat rendah. Jadi, kami di sini membuat nanohybrid cangkang inti yang dicetak secara molekuler sebagai sensor fluoresen rasiometrik untuk deteksi 4-NP yang sangat sensitif dan selektif. Sensor ini berfungsi dengan mentransfer energi resonansi fluoresensi antara titik karbon fotoluminesen (CD) dan 4-NP. Sensor ini disintesis dengan menghubungkan CD yang berfungsi organosilan ke titik kuantum CdSe berlapis silika (CdSe@SiO2 ) melalui ikatan Si–O. Nanohibrida selanjutnya dimodifikasi dengan menambatkan lapisan polimer tercetak secara molekuler (MIP) pada sensor fluoresen rasiometrik melalui metode polimerisasi sol-gel yang mudah. Morfologi, struktur kimia, dan sifat optik dari probe fluoresen emisi ganda yang dicetak secara molekuler dicirikan oleh mikroskop elektron transmisi dan analisis spektroskopi. Probe kemudian diterapkan dalam deteksi 4-NP dan menunjukkan linearitas yang baik antara 0,051 dan 13,7 g/mL, di samping batas deteksi rendah 0,026 g/mL. Selain itu, kesederhanaan, keandalan, selektivitas tinggi, dan sensitivitas tinggi dari sensor yang dikembangkan menunjukkan bahwa kombinasi MIP dan fluoresensi rasiometrik memungkinkan persiapan sensor fluoresen yang sangat baik untuk mendeteksi analit jejak atau ultra jejak.
Latar Belakang
Nitrofenol adalah salah satu kontaminan lingkungan yang paling melimpah karena penggunaannya yang luas dalam produksi herbisida, pestisida, pewarna sintetis, dan obat-obatan [1]. Secara khusus, 4-nitrofenol (4-NP) adalah salah satu nitrofenol tersubstitusi yang paling beracun, bersifat karsinogenik dan genotoksik bagi manusia dan satwa liar bahkan pada konsentrasi yang sangat rendah [2]. Memang, Badan Perlindungan Lingkungan AS (EPA) telah mencantumkan 4-NP sebagai polutan prioritas dan telah menetapkan batas maksimum yang diizinkan sebesar 60 ng/mL 4-NP dalam air minum [3]. Dengan demikian, pengembangan metode sensitif dan selektif untuk mendeteksi 4-NP sangat penting. Sampai saat ini, berbagai metode analisis telah diusulkan untuk penentuan 4-NP dalam air, termasuk kromatografi [4, 5], deteksi elektrokimia [3, 6, 7], deteksi chemiluminescence [8], dan pemantauan fluoresensi [9,10] ,11]. Titik kuantum (QDs) biasanya diadopsi sebagai sinyal respons dalam pemantauan floresens dan juga banyak digunakan dalam pembangkitan hidrogen fotoelektrokimia, perangkat optoelektronik, dan pencitraan biologis karena sifat optik dan elektronik yang bergantung pada ukuran/komposisinya [12,13,14]. Metode fluoresensi untuk penentuan jumlah jejak 4-NP menguntungkan karena kesederhanaan, kecepatan, dan biaya rendah. Namun, metode tersebut umumnya didasarkan pada perubahan intensitas fluoresensi luminofor tunggal, yang mudah terganggu oleh fluktuasi intensitas cahaya eksitasi [15], konsentrasi probe [16], dan adanya pemadam fluoresensi seperti berat ion logam [17] dan spesies oksigen reaktif [18]. Dengan demikian, strategi berdasarkan fluoresensi rasiometrik dapat dianggap lebih unggul, karena mereka menghilangkan sebagian besar ambiguitas ini melalui kalibrasi sendiri dari dua atau lebih pita yang berbeda [19]. Menariknya, sejumlah probe fluoresensi rasiometrik telah menunjukkan sensitivitas deteksi yang ditingkatkan secara signifikan dibandingkan dengan probe titik kuantum emisi tunggal dan telah banyak digunakan dalam konstruksi probe fluoresen untuk mendeteksi polutan lingkungan, seperti Hg
2+
, hidrogen sulfida, dan sulfur dioksida [20,21,22].
Selain itu, polymerly imprinted polymers (MIPs) adalah matriks polimer yang dapat dibuat khusus untuk menunjukkan selektivitas tinggi terhadap molekul target dan biasanya digunakan dalam pemisahan, sensor, dan katalis [23, 24]. Pengembangan sensor fluoresen yang menunjukkan sensitivitas dan selektivitas tinggi sangat menarik, di mana sifat-sifat ini dijamin melalui fluoresensi rasiometrik dan strategi pencetakan molekul, masing-masing. Namun, laporan ke sensor fluoresen emisi ganda yang dicetak secara molekuler untuk penentuan jejak analit terbatas [25, 26].
Dengan demikian, kami di sini melaporkan pembangunan sensor fluoresen emisi ganda yang dicetak secara molekuler untuk deteksi sensitif dan selektif 4-NP berdasarkan transfer energi resonansi fluoresensi (FRET) antara 4-NP dan titik karbon fotoluminesen (CD). Dalam sensor fluorescent rasiometrik ini, CdSe QDs akan disematkan dalam cangkang silika (CdSe@SiO2 ) berfungsi sebagai sinyal referensi. Kami berharap bahwa lapisan silika tidak hanya akan melestarikan sifat fotoluminesensi dari QDs CdSe karena sifat inert dan transparansi optik [8], tetapi juga akan mencegah kebocoran logam berat beracun Cd dan Se [27]. Selanjutnya, CdSe@SiO2 QD selanjutnya akan dikelilingi dengan CD yang berfungsi organosilan (CdSe@SiO2 /CD). Sebagai kelas bahan fluoresen yang baru muncul, CD telah menarik perhatian yang signifikan karena biayanya yang rendah, kurangnya toksisitas, stabilitas fisikokimia dan fotokimia, dan sifat fotoluminesensi yang dapat disetel [28,29,30]. Lebih khusus lagi, CD dengan fungsi organosilan yang disintesis oleh pirolisis asam sitrat anhidrat dengan aminosilane menyimpan keunggulan CD murni dan dapat dengan mudah diimobilisasi pada CdSe@SiO2 melalui proses pemanasan sederhana [31]. Selain itu, molekul template dapat dengan mudah ditambatkan pada permukaan CdSe@SiO2 / CD melalui proses pencetakan molekul sol-gel [32]. Selanjutnya, dalam sistem yang kami usulkan, FRET dapat terjadi karena tumpang tindih spektrum emisi dari CD yang disiapkan dan spektrum penyerapan 4-NP, yang sangat penting untuk pendeteksian 4-NP. Pada akhirnya, kami bertujuan untuk menyiapkan CdSe@SiO2 . yang dicetak secara molekuler /CD nanohibrida (CdSe@SiO2 /CDs/MIP) setelah persiapan cangkang yang dicetak pada permukaan CdSe@SiO2 /CDs menggunakan 4-NP sebagai template. Morfologi, struktur kimia, dan sifat optik dari sensor disiapkan kemudian akan ditentukan oleh mikroskop elektron transmisi (TEM) dan analisis spektroskopi. Terakhir, kapasitas adsorpsi, sensitivitas, dan selektivitas sensor ini terhadap 4-NP akan diperiksa.
Metode
Materi
Tetraethoxysilane (TEOS), Triton X-100, dan petroleum eter diperoleh dari Tianjin Kemiou Chemical Reagent Co., Ltd. (Tianjin, Cina). Sikloheksana, 4-NP, alkohol heksil, amonium hidroksida (25 berat%), etil alkohol absolut, metilbenzena, dan alkohol isopropil dibeli dari Guangfu Chemical Reagent Co., Ltd. (Tianjin, China). 3-Aminopropyltrimetoxysilane (APTMS) dan asam sitrat anhidrat dibeli dari Aladdin Chemical Reagent Co., Ltd. (Shanghai, Cina). Semua reagen memiliki tingkat analitik dan digunakan seperti yang diterima tanpa pemurnian lebih lanjut. CdSe/ZnS QDs (CdSe QDs) yang dimodifikasi karboksil dibeli dari Wuhan Jiayuan Quantum Dot Technological Development Co., Ltd. (Wuhan, Cina). Semua air dimurnikan menggunakan sistem pemurnian air Sartorius Arium® Pro VF (resistivitas 18,2 MΩ).
Sintesis CdSe@SiO2
Sikloheksana (7,7 mL), Triton X-100 (1,77 mL), n-heksanol (1,8 mL), dan larutan CdSe QDs (400 μL, 8 μM) dicampur dengan pengadukan magnet yang kuat. Setelah suksesnya pembentukan mikroemulsi terbalik, TEOS (50 L) dan larutan amonium hidroksida (200 L, 25% berat) diperkenalkan. Sistem reaksi kemudian ditutup rapat dan pengadukan dilanjutkan pada suhu 25 °C selama 24 jam. Setelah waktu ini, isopropil alkohol (36 mL) ditambahkan untuk memecahkan emulsi, dan endapan yang dihasilkan dicuci dengan etanol beberapa kali sampai tidak ada sinyal fluoresensi yang terdeteksi di supernatan. Selama setiap prosedur pencucian, dispersi partikel menjadi sasaran sentrifugasi, diikuti dengan penghilangan supernatan dan redispersi endapan dalam etanol. Akhirnya, endapan didispersikan dalam toluena di bawah ultrasonikasi.
Sintesis CD yang Berfungsi Organosilan
CD yang berfungsi organosilan dibuat dengan pirolisis asam sitrat anhidrat dan APTMS. Dalam eksperimen biasa, APTMS (10 mL) dipanaskan hingga 185 °C, di mana asam sitrat anhidrat (0,5 g) ditambahkan dengan cepat di bawah pengadukan yang kuat, dan campuran yang dihasilkan dipertahankan pada suhu 185 °C selama 1 menit. Setelah waktu ini, larutan dibiarkan dingin hingga 25 °C, dan produk hijau tua yang diperoleh dimurnikan dengan ekstraksi dengan petroleum eter (× 5) menggunakan rasio volume 1:1. Fase yang lebih rendah dari cairan ekstrak adalah CD yang difungsikan dengan organosilane. Sekitar 2 mL CD yang difungsikan telah diperoleh.
Sintesis CdSe@SiO Emisi Ganda Berlapis MIP dan NIP2 /CD Nanohibrida
Sebagian dari CD dengan fungsi organosilane yang baru disiapkan (10 μL) ditambahkan ke dalam campuran toluena (25 mL) yang mengandung CdSe@SiO2 (5 mg). Setelah dipanaskan pada 113°C dengan aliran balik selama 12 jam sambil diaduk, campuran yang dihasilkan disentrifugasi, endapan yang mengandung CdSe@SiO2 /CD nanohibrida didispersikan dalam etanol (2 mL), dan 4-NP (0,2 mg) ditambahkan. Sistem kemudian dibiarkan bereaksi selama 2 jam pada 25 °C sambil diaduk. Setelah waktu ini, TEOS (25 L) dan amonium hidroksida (25 L) disuntikkan ke dalam campuran, yang dibiarkan bereaksi selama 5 jam lebih lanjut pada 25 °C. Akhirnya, produk yang diperoleh dikenai tiga siklus pengendapan/sentrifugasi dan dicuci dengan etanol untuk menghilangkan reaktan berlebih. Nanohibrida yang dihasilkan didispersikan dalam etanol untuk digunakan lebih lanjut.
Eksperimen kontrol juga dilakukan menggunakan non-imprinted polymer-coated (NIP-coated) CdSe@SiO2 /CD nanohibrida, yang dibuat menggunakan metode di atas tetapi tanpa penambahan molekul template.
Kapasitas Adsorpsi CdSe@SiO2 /CD/MIP dan CdSe@SiO2 /CD/NIP Nanohybrid Menuju 4-NP
4-NP (0,1 mg) ditambahkan ke larutan terpisah dari CdSe@SiO2 /CD/MIP dan CdSe@SiO2 /CD/NIP nanohibrida (1 mL, 1,5 mg/mL) sambil diaduk. Setelah 120 menit, larutan disentrifugasi (12.000 rpm, 15 menit), dan konsentrasi 4-NP dalam supernatan ditentukan dengan pengukuran UV-vis pada 400 nm. Kapasitas adsorpsi (\( Q \)) dari nanohibrida berlapis MIP dan berlapis NIP kemudian dihitung menggunakan Persamaan. 1.
dimana C0 dan Ct adalah konsentrasi 4-NP sebelum dan sesudah adsorpsi, masing-masing, V adalah volume larutan, dan W adalah massa nanohibrida.
Karakterisasi
TEM resolusi tinggi (HRTEM) dilakukan menggunakan mikroskop elektron transmisi JEM-2100 (JEOL Ltd., Akishima, Jepang) yang beroperasi pada tegangan akselerasi 200 kV. Spektroskopi Fourier Transform Infrared (FTIR) dilakukan pada spektrometer FTIR Nicolet Magna IR-560 (Nicolet Co., Madison, WI, USA) lebih dari 20 pemindaian, dengan resolusi 4 cm
− 1
. Pengukuran fluoresensi diperoleh menggunakan spektrofotometer fluoresensi Cary Eclipse (Agilent Technologies, Inc., USA) dalam sel kuarsa 1 cm × 1 cm. Spektroskopi UV–vis dilakukan pada spektrofotometer seri TU-1810 (Purkinje General Instrument Co. Ltd., Beijing, China) menggunakan sel kuarsa dengan jalur optik 1,0 cm.
Deteksi Fluoresen 4-NP
Untuk alikuot CdSe@SiO2 yang telah disiapkan /CD/MIP, nanohibrida dalam etanol (1 mL, 1,5 mg/mL) ditambahkan bagian lebih lanjut dari etanol (2 mL) dan jumlah 4-NP yang diinginkan. Konsentrasi akhir 4-NP dalam larutan diperoleh dengan perhitungan sederhana. Setelah pencampuran menyeluruh, intensitas fluoresensi diukur setelah 10 menit, dan spektrum fluoresensi direkam pada panjang gelombang eksitasi 350 nm dengan celah eksitasi/emisi 10 nm. Berkenaan dengan waktu inkubasi, itu ditetapkan sebagai 10 menit sesuai dengan waktu inkubasi yang diadopsi dalam karya yang dilaporkan dari probe fluorescent rasiometrik [33, 34]. Karena air ultra murni digunakan dalam pekerjaan ini sebagai pengganti larutan buffer, pH pendeteksian pekerjaan ini adalah sekitar pH 7,0, sesuai dengan pH kerja yang dioptimalkan dalam pendeteksian 4-NP dalam pekerjaan yang dilaporkan [10].
Hasil dan Diskusi
Sebelum menyiapkan sensor fluoresen rasiometrik untuk deteksi 4-NP, pertama-tama kami memeriksa spektrum emisi dan penyerapan berbagai bahan. Setelah pemeriksaan spektrum emisi CdSe QD dan CD (File tambahan 1:Gambar S1), terlihat bahwa tidak ada interferensi yang terjadi antara kedua spesies, dengan maksimum emisi yang diamati masing-masing pada 460 dan 615 nm. Selain itu, tumpang tindih yang diamati antara spektrum penyerapan 4-NP dan spektrum emisi CD (File tambahan 1:Gambar S2) menunjukkan bahwa FRET dapat terjadi di antara spesies ini, sehingga menyebabkan pendinginan fluoresensi CdSe@SiO2 /CD/MIP nanohibrida pada 455 nm. Selain itu, CdSe QD dan CD menunjukkan panjang gelombang eksitasi optimal yang sebanding (yaitu, 350 nm), sehingga spesies ini cocok untuk konstruksi sensor fluoresen rasiometrik untuk mendeteksi 4-NP. Dengan demikian, QD CdSe berfungsi sebagai sinyal referensi, sedangkan CD bertindak sebagai sinyal respons. Dengan demikian, respons fluoresensi rasiometrik dapat dideteksi setelah pendinginan CD oleh 4-NP sementara intensitas fluoresensi QD CdSe tetap konstan.
Rute sintetis yang digunakan untuk persiapan sensor fluoresen rasiometrik yang dicetak secara molekuler diilustrasikan dalam Skema 1. Awalnya, QD CdSe dilapisi dengan cangkang silika menggunakan metode mikroemulsi terbalik yang dimodifikasi [35] untuk mencegah kontak langsung CdSe QD dengan pelarut eksternal dan untuk mengontrol jarak antara CdSe QDs dan CD dengan menyesuaikan ketebalan cangkang silika [36]. Selanjutnya didapatkan CdSe@SiO2 QD didekorasi dengan CD yang berfungsi organosilan untuk memfasilitasi penautan CdSe@SiO2 dan CD melalui ikatan silikon-oksigen, serta untuk meningkatkan interaksi antara CD dan matriks silika yang dicetak secara molekuler [37]. Ini menghasilkan konstruksi yang berhasil dari nanohibrida fluoresen fluoresen rasio-emisi terstruktur inti-cangkang yang diinginkan. Selanjutnya, CdSe@SiO2 /CD nanohibrida dienkapsulasi dengan film tercetak silika melalui reaksi kondensasi sol-gel dari TEOS yang dikatalisis oleh larutan amonia berair [38]. Modifikasi ini diperlukan untuk mencegah kebocoran CD dari matriks dan untuk mempertahankan permeabilitas superior terhadap molekul template [37]. Setelah penghapusan molekul template dengan elusi pelarut, rongga yang saling melengkapi dalam bentuk, ukuran, dan permintaan elektron atau ikatan hidrogen tetap berada dalam matriks, sehingga memastikan pengenalan selektif dan pengikatan kooperatif ke molekul target [39]. Langkah terakhir ini menghasilkan sensor fluoresen emisi ganda target yang dicetak secara molekuler.
Representasi skematis dari proses yang digunakan untuk preparasi CdSe@SiO2 emisi ganda berlapis polimer yang dicetak secara molekuler2 /CD nanohibrida
Persiapan dan Karakterisasi CdSe@SiO2 /CD/MIP Nanohibrida
Setelah persiapan yang sukses, struktur morfologi dan sifat optik dari CdSe@SiO2 yang diperoleh diperoleh /CD/MIP nanohibrida dipelajari secara rinci. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 1a, b, QD CdSe berhasil dienkapsulasi dalam cangkang silika. Namun, CD tidak dapat diamati pada gambar HRTEM dari CdSe@SiO2 /CD nanopartikel (Gbr. 1c, d), karena CD yang disiapkan adalah nanopartikel amorf tanpa pinggiran kisi yang jelas [40, 41]. Selain itu, gambar yang ditunjukkan pada Gambar. 1a–f mengonfirmasi bahwa CdSe@SiO2 yang telah disiapkan , CdSe@SiO2 /CD, dan CdSe@SiO2 Spesies /CD/MIP adalah nanopartikel bulat seragam dengan diameter rata-rata 46,7 ± 2,5, 53,6 ± 2,7, dan 66,4 ± 2,0 nm, masing-masing (File tambahan 1:Gambar S3). Peningkatan diameter rata-rata ini bertepatan dengan pengendapan lapis demi lapis CD dan film yang dicetak silika pada CdSe@SiO2 nanopartikel. Setelah enkapsulasi oleh lapisan tercetak silika, permukaan CdSe@SiO2 /CD nanohibrida menjadi kasar, yang mungkin disebabkan oleh pertumbuhan lapisan ini yang tidak homogen. Karena metode sol-gel adalah metode yang digunakan secara luas untuk konstruksi film yang dicetak silika dengan ketebalan yang dapat disesuaikan [42], ketebalan lapisan tercetak yang dibuat ditentukan sesuai untuk mempromosikan terjadinya FRET. Sebenarnya, lapisan tercetak yang berisi donor (CD) dan akseptor (4-NP) berukuran ~ 12,8 nm, yang cukup untuk memungkinkan FRET dengan mudah mengambil tempat FRET [43, 44].
Karakterisasi nanopartikel hibrida yang disiapkan. Gambar HRTEM dari CdSe@SiO2 (a , b ), CdSe@SiO2 /CD (c , d ), dan CdSe@SiO2 /CD/MIP (e , f ) partikel nano. Dan spektrum FTIR (g ) dari CdSe@SiO2 (kurva A), CdSe@SiO2 /CDs (kurva B), CdSe@SiO2 /CDs/MIP (kurva C), dan 4-NP (kurva D)
Untuk mengkonfirmasi modifikasi kimia yang berhasil mengikuti setiap tahap, spektrum FTIR dari CdSe@SiO2 , CdSe@SiO2 /CD, dan CdSe@SiO2 /CD/MIP produk dicatat dan dibandingkan. Seperti ditunjukkan pada Gambar. 1g, ketiga spektrum FTIR menunjukkan karakteristik SiO2 puncaknya pada 1091 dan 468 cm
− 1
, yang masing-masing sesuai dengan getaran regangan simetris Si–O–Si dan getaran regangan anti-simetris Si–O. Selain itu, dibandingkan dengan spektrum FTIR CdSe@SiO2 , spektrum FTIR dari CdSe@SiO2 /CD nanopartikel mengandung tiga puncak tambahan, yaitu vibrasi regangan –C=ONR pada 1648 cm
− 1
, vibrasi ulur C–H pada 2940 cm
− 1
, dan karakteristik –NH2 puncaknya pada 1400–1460 cm
− 1
, yang berasal dari SiO yang dimodifikasi amino2 cangkang [45]. Selanjutnya dilakukan perbandingan spektrum 4-NP, CdSe@SiO2 /CD, dan CdSe@SiO2 /CD/MIP nanopartikel mengonfirmasi bahwa pencetakan 4-NP berhasil karena adanya puncak yang sesuai dengan getaran tekuk di luar bidang =C–H (860–800 cm
− 1
) dan vibrasi regangan asimetris –NO2 (1550, dan 1300 cm
− 1
) dalam spektrum 4-NP dan CdSe@SiO2 /CD/MIP nanopartikel.
Spektrum emisi fluoresensi dari CdSe@SiO2 prepared yang disiapkan /CD/MIP nanopartikel kemudian direkam sebelum dan setelah penghapusan molekul template (Gbr. 2a), dan fluoresensi CD dipadamkan secara signifikan dengan adanya 4-NP. Selanjutnya, setelah penghilangan molekul templat dengan pencucian dan elusi berikutnya, fluoresensi CD dipulihkan, dan tidak ada tumpang tindih yang diamati dengan pita emisi QD CdSe pada panjang gelombang eksitasi 350 nm. Oleh karena itu, jelas bahwa sensor fluoresen rasiometrik yang dicetak secara molekuler menunjukkan emisi ganda yang diselesaikan dengan baik dan cocok untuk deteksi rasiometrik 4-NP.
Fluoresensi nanopartikel hibrida yang disiapkan. a Spektrum emisi fluoresensi dari CdSe@SiO2 /CD/MIP nanopartikel sebelum (garis hitam) dan setelah (garis merah) pemindahan molekul template dan b foto-stabilitas mereka tersebar dalam etanol setelah penghilangan 4-NP. c Kapasitas adsorpsi CdSe@SiO2 /CD/MIP dan CdSe@SiO2 /CD/NIP nanohibrida. d Plot intensitas fluoresensi CdSe@SiO2 /CDs/MIP dan CdSe@SiO2 /CDs/NIP dengan 4-NP, masing-masing. (Fb0 dan Fb mewakili intensitas fluoresensi CdSe@SiO2 /CDs/MIP dan CdSe@SiO2 /CDs/NIP pada 455 nm dengan tidak adanya dan adanya berbagai jumlah 4-NP)
Stabilitas fluoresensi sensor kemudian dievaluasi dengan pengukuran fluoresensi berulang dari CdSe@SiO2 /CD/MIP sistem pada interval 2 menit. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2b, tidak ada perubahan signifikan dalam intensitas fluoresensi yang diamati selama 120 menit pada 615 nm, sehingga menunjukkan stabilitas foto jangka panjang dari probe [46]. Selain itu, intensitas fluoresensi CD mempertahankan> 95% dari respons aslinya pada 455 nm, dan sedikit penurunan ini diharapkan tidak memiliki efek signifikan pada penentuan 4-NP. Oleh karena itu, hasil ini menunjukkan bahwa lapisan yang dicetak secara molekuler secara efektif ditambatkan pada permukaan CdSe@SiO2 /CD nanopartikel dan CD serta QD CdSe terlindungi dengan baik.
Deteksi Spesifik dan Selektif 4-NP
Untuk menyelidiki afinitas pengikatan CdSe@SiO2 /CD/MIP dan CdSe@SiO2 /CD/NIP nanohybrid, uji adsorpsi dilakukan menggunakan template 4-NP. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2c, kapasitas adsorpsi CdSe@SiO2 /CD/MIP dan CdSe@SiO2 /CD/NIP terhadap 4-NP masing-masing adalah 9,1 dan 1,58 mg/g. Kapasitas adsorpsi superior dari nanohibrida yang dicetak secara molekuler ini dapat dikaitkan dengan pembentukan rongga khusus untuk 4-NP selama proses pencetakan. Selain itu, kapasitas adsorpsi yang lebih rendah dari CdSe@SiO2 /CD/NIP nanohibrida kemungkinan disebabkan oleh kurangnya situs pengenalan dan efek dominan adsorpsi nonspesifik yang berasal dari interaksi ikatan hidrogen antara 4-NP dan –NH2 kelompok di permukaan CD yang berfungsi organosilan [8].
Untuk jumlah tertentu dari donor CD, efisiensi pendinginan fluoresensi dapat dikontrol baik dengan menyetel tumpang tindih spektral antara donor dan akseptor atau dengan menyesuaikan jumlah akseptor di sekitar donor dalam jarak 10 nm [47]. Dalam hal ini, untuk kedua CdSe@SiO2 /CD/MIP dan CdSe@SiO2 /CD/NIP nanohibrida, FRET dapat terjadi antara CD dan 4-NP dalam larutan dalam jarak 10 nm dari CD, yang dapat menghasilkan efisiensi pendinginan yang cukup besar. Namun, dengan keuntungan dari lapisan yang dicetak secara molekuler, kemampuan adsorpsi CdSe@SiO2 /CD/MIP nanohibrida ditingkatkan secara efektif (Gbr. 2c); dengan demikian, lebih banyak molekul 4-NP akan tersedia dalam 10 nm CD daripada dalam kasus CdSe@SiO2 /CD/NIP nanohybrids, yang memungkinkan FRET berlangsung lebih luas. Pengenalan khusus dari nanohibrida yang dicetak secara molekuler dengan demikian diselidiki dengan perbandingan respons fluoresensi CdSe@SiO2 /CD/MIP dan CdSe@SiO2 /CD/NIP dengan berbagai konsentrasi 4-NP. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2d, setelah meningkatkan konsentrasi 4-NP, nilai (Fb0Bb )/Fb0 (yaitu, efisiensi pendinginan fluoresensi) meningkat untuk kedua CdSe@SiO2 /CD/MIP dan CdSe@SiO2 /CD/NIP. Dalam ekspresi di atas, Fb0 dan Fb mewakili intensitas fluoresensi CdSe@SiO2 /CD/MIP (atau CdSe@SiO2 /CD/NIP) spesies pada 455 nm tanpa adanya dan adanya berbagai konsentrasi 4-NP [48]. Selanjutnya, dengan membandingkan kemiringan linier (yaitu, konstanta pendinginan) dari dua plot, kita dapat menyimpulkan bahwa molekul template memiliki efek yang lebih signifikan pada pendinginan fluoresensi CdSe@SiO2 /CD/MIP daripada CdSe@SiO2 /CD/NIP pada konsentrasi 4-NP yang sama, yang selanjutnya menunjukkan pengenalan spesifik yang sangat baik dan afinitas pengikatan CdSe@SiO2 /CD/MIP nanohibrida menuju 4-NP [9, 49].
Untuk mengilustrasikan selektivitas CdSe@SiO2 /CD/MIP terhadap molekul template 4-NP, eksperimen kontrol dilakukan menggunakan senyawa dengan struktur atau sifat optik yang serupa (yaitu, fenol, 2-NP, dan hidrokuinon). Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 3, efisiensi pendinginan fluoresensi ((Fb0Bb )/Fb0 ) dari analog lebih kecil dari 4-NP, kemungkinan karena sifat optik dan struktur kimianya yang berbeda dibandingkan dengan 4-NP [9]. Memang, spektrum penyerapan yang diperoleh untuk fenol dan hidrokuinon berbeda secara signifikan dari 4-NP dan tidak menunjukkan tumpang tindih dengan spektrum emisi CD (data tidak ditampilkan). Dalam kasus 2-NP, meskipun spektrum serapan dan sifat kimianya mirip dengan 4-NP, itu adalah kecocokan yang kurang sempurna untuk situs 4-NP yang dicetak, menghasilkan pengurangan tiga kali lipat dalam efisiensi pendinginan yang diamati. . Oleh karena itu, hasil ini menunjukkan bahwa sensor fluoresen yang disiapkan di sini selektif terhadap 4-NP dengan adanya analog sehingga dapat diterapkan lebih lanjut pada deteksi selektif 4-NP.
Selektivitas probe fluoresen rasiometrik yang disiapkan. Tanggapan fluoresensi dari CdSe@SiO2 /CD/MIP dan CdSe@SiO2 /CD/NIP nanohibrida menuju 4,8 μg/mL larutan 4-NP, fenol, 2-NP (2-nitrofenol), dan hidrokuinon
Deteksi 4-NP
Akhirnya, kami memeriksa perubahan profil fluoresensi CdSe@SiO2 /CD/MIP pada penambahan jumlah 4-NP yang berbeda. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 4a, intensitas fluoresensi pada 455 nm sangat sensitif terhadap konsentrasi 4-NP, menunjukkan penurunan seiring dengan peningkatan konsentrasi 4-NP. Selain itu, tidak ada perubahan nyata yang diamati pada fluoresensi CdSe QDs pada 615 nm, yang menunjukkan bahwa CdSe QDs dienkapsulasi dalam SiO2 cocok untuk digunakan sebagai sinyal referensi. Selanjutnya, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 4b, plot Fb /Br terhadap konsentrasi 4-NP antara 0,051 dan 13,7 μg/mL menunjukkan linearitas yang baik selain koefisien korelasi yang tinggi (R2
= 0.985). Dalam ekspresi ini, Fb dan Fr mewakili intensitas fluoresensi CdSe@SiO2 /CD/MIP nanohybrid masing-masing pada 455 dan 615 nm. Berdasarkan hasil ini, batas deteksi dihitung menjadi 0,026 μg/mL (3δ/k ), yang secara signifikan lebih rendah dari batas yang diizinkan dalam air minum, sebagaimana ditentukan oleh EPA AS (yaitu, 60 ng/mL), sehingga menunjukkan bahwa sensor fluoresen rasiometrik yang dicetak secara molekuler menunjukkan potensi untuk digunakan dalam aplikasi praktis. Jika dibandingkan dengan rentang linier dan batas deteksi dari metode yang dilaporkan sebelumnya (lihat Tabel 1), tampak jelas bahwa sistem kami sebanding atau lebih unggul dari metode elektrokimia dan fluoresen yang dilaporkan dalam konteks rentang deteksi dan batas deteksi 4-NP. Selain itu, sensitivitas, selektivitas, dan batas deteksi memiliki potensi untuk ditingkatkan dengan kuantifikasi lebih lanjut dan optimalisasi kondisi penentuan, seperti ketebalan lapisan yang dicetak, rasio CD terhadap CdSe QDs, rasio template terhadap monomer, waktu inkubasi, dan pH [10].
Deteksi 4-NP. a Spektrum fluoresensi CdSe@SiO2 /CD/MIP nanohibrida diperoleh pada peningkatan konsentrasi 4-NP di bawah panjang gelombang eksitasi 350 nm. b Pengaruh konsentrasi 4-NP pada rasio Fr untuk Fb untuk CdSe@SiO yang dilapisi MIP2 /CD nanohibrida. Konsentrasi 4-NP dari 0,051, 2,1, 4,8, 6,7, 8,9, 11,52, dan 13,7 g/mL digunakan. Bb dan Fr mewakili intensitas fluoresensi CdSe@SiO2 /CD/MIP nanohibrida masing-masing pada 455 dan 615 nm
Kesimpulan
Singkatnya, kami berhasil menyiapkan sensor fluoresen dual-emisi inti 4-nitrofenol (4-NP) baru (yaitu, rasiometrik) untuk deteksi sensitif dan selektif 4-NP. Sensor baru ini menunjukkan sensitivitas tinggi fluoresensi rasiometrik dan selektivitas tinggi dari polimer yang dicetak secara molekuler (MIP). Seperti yang diharapkan, dengan adanya 4-NP, fluoresensi titik karbon (CD) padam melalui transfer energi resonansi fluoresensi (FRET) antara 4-NP dan CD fotoluminesen, sedangkan intensitas fluoresensi titik kuantum CdSe hadir dalam sistem ini tetap relatif konstan. Dengan demikian, sensor ini terbukti menjadi platform yang efektif untuk deteksi 4-NP yang andal dan cepat pada konsentrasi mulai dari 0,051 hingga 13,7 μg/mL, dengan batas deteksi yang sangat rendah yaitu 0,026 μg/mL. Selanjutnya, kesederhanaan, keandalan, selektivitas tinggi, dan sensitivitas tinggi dari CdSe@SiO2 yang dikembangkan /CD/MIP nanohybrid sensor demonstrate that the combination of MIPs and ratiometric fluorescence allows the preparation of fluorescent sensors for the detection of trace or ultra-trace analytes.
