荧光硅纳米颗粒及其在汞离子检测和指纹显现中的应用技术领域
本发明属于化学及检测技术领域，具体涉及荧光硅纳米颗粒及其用于显现潜指纹
和检测汞离子的方法。
背景技术
人的指纹是由遗传和环境共同作用的，由于指纹重复率极低，大约150亿分之一，
故称其为“人体身份证”。对于遗留在客体表面上的指纹的提取和鉴定是侦破案件的重要的
依据；在事故的凋查和处理中，一些事故或自然灾害的受难者或死亡者，因伤势或其他原因
用肉眼无法辨认时，提取他们的指纹，往往能提供确切的识别；在民事活动中，将个人的指
纹数据输入身份证、信用卡和图书借书卡中，可用来识别登记注册者与持有者是否同；随着
科学技术的发展指纹识别技术不仅应用在门禁，考勤系统中，市场上有了更多识别指纹的
应用：如笔记本电脑，手机，汽车，银行支付都可应用指纹识别技术。在临床医学中指纹可为
筛查和诊断疾病提供信息和依据；随着计算机技术的普及和指纹自动识别系统的应用，指
纹技术即将在人们的生活中得到越来越广泛的应用。
目前应用于现场指纹显现的方法主要有：物理显现法，物理化学显现法，化学显现
法，光学检验法，热处理法。尽管有大量的潜指纹的显现方法，但是在实际应用中依然存在
一些特殊情况，无法充分表征得到指纹。例如：粉末显现法，刷显时对指纹造成了不可恢复
性的破坏，并且，粉末颗粒对于长期从事指纹鉴定的工作人员有较强的毒副作用。荧光显现
法具有特殊的优势，可以显现一些分辨不明显的背景表面的潜指纹，目前使用的光致发光
技术同时产生的背景荧光对常规的光致发光生物印迹识别的干扰很大，难达到预期的要
求。因此，无毒化和高灵敏度现场生物印迹显现技术的研发已成为法庭科学研究的重点和
世界各国刑事技术人员的努力方向。
此外，重金属污染对环境以及人类健康造成危害，检测水生态系统中的重金属离
子变成了一个重要的研究。其中，汞是一种高毒性且在环境中污染相当普遍的重金属离子
汞接触可以不同程度上造成一系列有害影响，如大脑损伤，肾脏衰竭，神经系统及免疫系统
伤。汞在工厂污染，固体垃圾，矿上废水等环境污染中广泛存在。目前应用于对汞离子的检
测的方法主要有：分光光度法，原子发射光谱法，原子吸收光谱法，原子荧光光谱法，生物传
感器法等。这些方法往往存在仪器昂贵，分析周期长样品预处理复杂检测费用昂贵等问题，
已经难以适应汞离子检测方便快捷灵敏度等方面的要求。
硅纳米颗粒具有独特光学性能，与微电子工艺兼容，生物相容性好，表面活性高等
优异性质，在生物呈像，光电器件，纳米催化等多领域有着巨大的应用潜力，从而成为目前
国际硅材料研究的前沿领域。本发明制备的具有荧光性质的硅纳米颗粒由于它特有的光学
性质，将其作为显现试剂显现潜指纹，显现过程快操作简单，材料易储存并且材料成本很
低，从制备到显现过程中无任何毒副作用，适于大规模应用，将其作为荧光探针检测水环境
下的汞离子的检测，检测的灵敏度高，选择性高，制备简单，材料无毒，成本低等优点。
发明内容
本发明的目的是提供一种荧光硅纳米颗粒，用这种具有荧光性质的硅纳米颗粒作
为荧光探针可检测汞离子，可以显现潜指纹。
荧光硅纳米颗粒，它是3-氨丙基三甲基硅烷用还原剂还原后，用水稀释50-500倍，
透析袋内透析，得到的荧光硅纳米颗粒；所述的还原剂为谷胱苷肽、牛血清白蛋白、抗坏血
酸钠或羧酸；
所述的还原剂为叶酸；
所述的还原，是将4-6 mL的3-氨丙基三甲基硅烷，2.0-5.0 mL的50-100 mM叶酸水溶
液，分别依次加入到6-10 mL的超纯水中，混合；在15-70℃条件下，静置10-50分钟；透析袋
内透析12-24小时，得到纯化的硅纳米颗粒，用水稀释50-500倍测试荧光光谱。
荧光硅纳米颗粒在汞离子检测中的应用。
荧光硅纳米颗粒检测汞离子的方法，它包括：1）荧光硅纳米颗粒用水稀释100-500
倍，制成荧光硅纳米颗粒溶液；2）除去样品水溶液不溶性杂质，与荧光硅纳米颗粒溶液等体
积混合；3）紫外线光激发，荧光分光光度计检测。
荧光硅纳米颗粒在指纹显现中的应用。
荧光硅纳米颗粒指纹显现的方法,它包括：1）荧光硅纳米颗粒用水稀释50-500倍，
制成荧光硅纳米颗粒溶液；2）加到可能存在指纹和\或潜指纹样品的基底表面；3）凝固后，
紫外线光激发。
本发明提供了荧光硅纳米颗粒及在离子检测和指纹显现中的应用，用具有荧光性
质的硅纳米颗粒作为显现材料显现潜指纹和作为荧光探针对汞离子进行检测。利用叶酸作
为还原剂将3-氨丙基三甲氧基硅烷还原，制备了具有荧光发射的硅纳米颗粒。在紫外灯下，
具有荧光性质的硅纳米颗粒可以作为显现试剂来显现潜指纹，显现结果清晰，制备方法简
单，材料无毒，成本低，适用于各种客体表面的潜指纹显现，在紫外灯下，在黑色基底下也能
清楚显现潜指纹。具有荧光性质的硅纳米颗粒可以作为荧光探针检测水环境下的汞离子，
检测的灵敏度高，选测性高，制备简单，材料无毒，成本低等优点。
本发明具有如下优点：
1.灵敏高、快速、易操作，制备简单，成本低。
2.合成、检测过程无任何毒副作用。
3.不破坏潜指纹的潜在信息，不影响潜指纹的DNA鉴定。
附图说明
图1.具有荧光性质的硅纳米颗粒的荧光的激发和发射光谱图以及在自然光和紫
外灯下的照片；
图2.具有荧光性质的硅纳米颗粒与不同的离子混合的荧光光谱图(图a)及在紫外灯下
的照片（图b）；
图3.具有荧光性质的硅纳米颗粒显现的潜指纹图片（a.叶酸还原的硅纳米颗粒显现硅
片表面潜指纹的图片，b. 叶酸还原的硅纳米颗粒显现凹凸不光滑基底表面潜指纹的图片，
c.抗坏血酸还原的硅纳米颗粒硅片表面潜指纹的图片）；
本发明具有如下优点：
1.灵敏高、快速、易操作，制备简单，成本低。
2.合成、检测过程无任何毒副作用。
3.不破坏潜指纹的潜在信息，不影响潜指纹的DNA鉴定。
具体实施方式
实施例1：具有荧光性质的硅纳米颗粒的制备
首先在常温下配制100 mM的叶酸水溶液，然后将4.0 mL的3-氨丙基三甲基硅烷，与2.0
mL的100 mM叶酸水溶液分别依次加入到10 mL的超纯水中，充分混合后，在25℃下静置30分
钟，叶酸溶液与3-氨丙基三甲基硅烷互溶，混合溶液变为黄色澄清的溶胶状溶液。将所制备
的硅纳米颗粒溶液转移到分子量为1000的透析袋内透析24小时，得到纯化的硅纳米颗粒，
将硅纳米颗粒溶液用水稀释50-500倍，稀释后溶液在紫外灯下发蓝色的荧光。荧光分光光
度计（型号：PerkinElmer LS-55）测其荧光谱，在330-370 nm处激发，在450 nm处有发射峰
（如图1）。
在荧光硅纳米颗粒的制备过程中，还原剂叶酸可以用谷胱苷肽、牛血清白蛋白、抗
坏血酸钠等具有还原性的小分子蛋白、羧酸替换，不同还原剂会制备出不同的荧光发射的
硅纳米颗粒，例如：用抗坏血酸钠作为还原剂得到的硅纳米颗粒在紫外光源下呈现绿色荧
光，测其荧光光谱，在350-400 nm处激发，在450-510 nm处有发射峰。
实施例2：用具有荧光性质的硅纳米颗粒作为荧光探针检测汞离子
用具有荧光性质的硅纳米颗粒作为荧光探针检测汞离子，检测时，取用水稀释100-500
的倍硅纳米颗粒溶液作为荧光检测探针，从自然界的水体中采集水样如湖水等来进行重金
属汞离子的测试，采集的水样用0.2 μm的滤膜首先过滤，除去不溶性杂质。然后将样品与硅
纳米颗粒荧光探针等体积混合，若存在重金属汞离子，硅纳米颗粒荧光探针的荧光与空白
样品相比，会发生明显的荧光淬灭，用荧光分光光度计对样品进行测试，得到测试样品的荧
光光谱，存在汞离子的样品荧光光谱与空白样品比较，荧光强度会发生明显的降低，在紫外
光源下观察，会发现存在汞离子的样品荧光亮度明显下降甚至淬灭。
为了验证硅纳米颗粒荧光探针的检测灵敏度，硅纳米颗粒荧光探针与精确配制的
浓度为1 nM-100 μM的汞离子溶液分别按体积比1:1混合，然后，将获得的样品分别用荧光
分光光度计（型号：PerkinElmer LS-55）测试荧光光谱，经比较，荧光光谱图表明样品荧光
光谱的强度随着Hg2+浓度的升高而降低，从紫外灯下观察，硅纳米颗粒荧光探针的荧光强度
也随着Hg2+浓度的升高而降低，直至荧光发生猝灭。硅纳米颗粒荧光探针对Hg2+的检测具有
较高的灵敏度，硅纳米颗粒荧光探针的荧光强度与Hg2+浓度（1 nM-10 μM）在范围内呈线性
关系，检测最低浓度可达1 nM，这个标准低于国际标准中要求所允许的饮用水中对汞离子
浓度的最低值（10 nM）。
为了验证硅纳米颗粒荧光探针对Hg2+的选择性，在同等条件下，将其它金属离子的
水溶液（包括Ag+, Ba2+, Ca2+, Cd2+, Cu2+, Fe2+, Co2+, Cr3+, Mg2+, Mn2+, Ni2+, Pb2+,
Zn2+和Cr6+）与硅纳米颗粒荧光探针混合，用荧光分光光度计测试混合后样品的荧光光谱，
从荧光光谱图（附图2）可以看出，相同的浓度下，其它离子与硅纳米颗粒荧光探针混合后，
荧光强度有的也出现了变化，但均不能使荧光硅纳米颗粒探针的荧光淬灭，只有Hg2+使硅纳
米颗粒探针的荧光完全淬灭，因此，证明了硅纳米颗粒荧光探针表现出对Hg2+具备良好的选
择性。
实施例3
所制备的具有荧光性质的硅纳米颗粒用于潜指纹的显现时，取用水稀释100倍后的硅
纳米颗粒作为显现试剂，滴加到可能存在潜指纹样品的基底表面（如硅片、桌面、瓷砖、塑料
及黑色的不光滑基底表面），由于表面张力作用，硅纳米颗粒溶液在样品的表面迅速均匀地
铺展开，硅纳米颗粒会覆盖在载有指纹样品的基底上，5分钟后，硅纳米颗粒溶液慢慢在载
有指纹印迹的黑色塑料板、硅片等基底表面上凝固，硅纳米颗粒在载有指纹样品的基底上
形成了一层均匀透明的硅溶胶薄膜，在紫外光源（紫外灯为365 nm）的激发下，凝固的硅纳
米颗粒溶胶薄膜仍发射蓝光，由于凝固在基底表面上的具有荧光的硅纳米颗粒溶胶是透明
的，能将溶胶薄膜覆盖的基底上的潜指纹的指纹纹线清晰地呈现出来，从而达到荧光显现
潜指纹的目的。该方法的特点是，硅纳米颗粒的溶胶在指纹样品表面形成凝固的透明的荧
光薄膜，在紫外光源下，通过荧光来显现指纹的纹线，与目前常用的荧光法（包括上转换荧
光纳米粉末，半导体量子点粉末或溶液）相比，具有样品荧光强度稳定，保持时间长，不易脱
落等优点，在应用中操作简便，无污染。