本发明涉及荧光化学阵列传感器构建，更具体地说，本发明涉及一种同时检测多种重金属的高通量阵列传感器的构建方法。
背景技术：
1、随着工业化和城市化的快速发展，大量具有毒性高、生物蓄积性强、难降解等特点的重金属离子被释放到环境中，对大气、水体和土壤造成严重污染，常见的重金属离子hg2+、pb2+、cr3+、cd2+和co2+等还可通过各种暴露途径进入生态系统，最终侵入人体，研究表明，重金属污染与神经退行性疾病、肝损伤和肾功能障碍等一系列疾病有关。可见，重金属污染已成为环境安全和人类健康的重大威胁，因此，要应对重金属污染带来的挑战，就必须准确识别重金属离子。
2、目前一些标准仪器方法包括电感耦合等离子体质谱法(icp-ms)、原子吸收光谱法(aas)和原子发射光谱法(aes)已被广泛用于检测重金属离子，但其进一步的应用受到耗时、成本高和操作复杂等限制，此外，研究人员还致力于开发新型化学传感技术如电化学、比色法和荧光检测等，以准确检测分析重金属。然而，大多数化学传感器具有较强的专一性，通常只能用来检测一种重金属离子，无法应对在当前复杂的环境中污染物的复合污染，因此，如何实现多种重金属离子的同时检测是目前环境分析领域的一个重要的研究方向。
3、在不断探索中，受到哺乳动物嗅觉以及味觉系统的启发，阵列传感器的设计成为实现这一目标的重要方向。在哺乳动物的嗅觉和味觉系统中有大量的交叉反应性受体，它们与各种味道和气味分子相互作用，是哺乳动物所拥有的强大而敏感的嗅觉系统的基础，因此，由一系列传感单元组成的阵列传感器通过物理或化学反应对不同的目标分析物表现出不同的响应，而这些独特的响应可以构成目标分析物专一的指纹图谱，基于产生的指纹图谱，使用线性判别分析(lda)和层次聚类分析(hca)等机器学习的方法进行分析，可以实现多种目标分析物的区分和鉴别。
4、迄今为止，已经有不少研究团队开发高通量阵列传感器用于多组分分析物的检测分析，其中，基于金属纳米团簇开发的阵列传感器在环境污染物检测领域得到广泛的关注。金属纳米团簇通常由几个到上百个金属原子组成，尺寸接近电子的费米波长，能够发生连续能级分裂，具有出色的光稳定性、大的斯托克斯位移及其低毒性等优点，金属纳米团簇作为响应材料，将其与不同的基团进行功能化修饰，产生多个传感单元，每个传感单元与目标分析物产生不同的信号响应以供进一步分析。近年来，关于金属纳米团簇传感元件的构建主要集中于金纳米团簇和银纳米团簇上，所花费的成本较高，对于实现商品化不友好，与金、银相比，铜的价格十分优廉，并且具有低毒，良好的生物相容性以及优异的荧光性的优点，然而目前对铜纳米团簇的关注较少。
5、为了解决上述问题，现提供一种技术方案。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种同时检测多种重金属的高通量阵列传感器的构建方法，通过合成三种不同配体修饰的铜纳米簇材料，构建一个荧光传感器阵列，将三种铜纳米簇与目标重金属离子混合孵育，并在特定波长下测量它们的荧光强度；采用线性判别分析和层次聚类分析的机器学习方法，分析和识别不同的重金属离子，通过高通量阵列以及机器学习的方法对不同重金属离子进行分析，实现了复杂环境中不同重金属离子的定性和定量。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
2、一种同时检测多种重金属的高通量阵列传感器的构建方法，包括以下具体步骤：
3、步骤一，合成三种不同配体修饰的铜纳米簇材料，测定三种铜纳米簇材料的荧光光谱，选择确定的激发波长和发射波长，并在选定的波长下测定三种铜纳米簇材料的荧光强度；
4、步骤二，构建荧光传感器阵列，混合孵育三种铜纳米簇材料与目标分析物，并在选定的波长下测定加入目标分析物后三种铜纳米簇材料的荧光强度；
5、步骤三，对获得的荧光响应数据进行归一化处理，并基于机器学习的方法对获得的数据进行分析。
6、作为本发明进一步的方案，在步骤一中，使用的三种配体分别为溶菌酶、半谷氨酸和抗坏血酸，通过一锅水热合成法合成的由三种不同配体修饰的铜纳米簇材料分别为lys-cuncs、cys-cuncs和aa-cuncs。
7、作为本发明进一步的方案，在步骤一中，通过紫外-可见吸收光谱测定lys-cuncs、cys-cuncs和aa-cuncs铜纳米簇材料在激发波长300-460nm和发射波长400-650nm条件下的荧光强度，通过透射电子显微镜测定lys-cuncs、cys-cuncs和aa-cuncs铜纳米簇材料的形状和尺寸范围，通过x射线光电子能谱测定lys-cuncs、cys-cuncs和aa-cuncs铜纳米簇材料中cu、n、s、c和o组分的存在，以验证三种铜纳米簇材料制备成功。
8、作为本发明进一步的方案，在步骤二中，使用lys-cuncs、cys-cuncs和aa-cuncs铜纳米簇材料创建传感器阵列，将100μl的lys-cuncs、cys-cuncs和aa-cuncs铜纳米簇材料与10μl目标分析物在96孔板中混合孵育10分钟后，在激发波长300-460nm和发射波长400-650nm的条件下测定加入目标分析物时lys-cuncs、cys-cuncs和aa-cuncs铜纳米簇材料的荧光强度，目标分析物为hg、pb、cr、co、cd、as、se、zn、mn重金属离子。
9、作为本发明进一步的方案，在步骤三中，荧光响应数据为三种铜纳米簇材料与目标分析物混合后荧光强度的变化，其中，对获得的荧光响应数据进行归一化处理的公式为：
10、
11、式中，f为加入目标分析物时三种铜纳米簇材料的荧光强度，f0为不加入目标分析物时三种铜纳米簇材料的荧光强度。
12、作为本发明进一步的方案，在步骤三中，通过3种铜纳米团簇作为荧光传感器，针对9种重金属离子进行荧光响应数据检测，每个重金属离子的检测进行5次重复实验，获得具有135个数据的15×9矩阵，利用线性判别分析(lda)对此数据矩阵进行分析，识别并提取加入和不加入目标分析物的铜纳米簇的荧光强度测量值生成的新变量作为关键的区分因素，用于不同重金属离子的分类与鉴别，利用三维模型直观展示线性判别分析中得到的关键区分因素，并根据显著因素对不同重金属离子种类进行分类，并通过层次聚类分析(hca)测定重金属离子的分类准确率。
13、本发明一种同时检测多种重金属的高通量阵列传感器的构建方法的技术效果和优点：本发明利用不同重金属离子与铜纳米簇相互作用，根据不同的荧光响应特征，通过高通量阵列以及机器学习的方法对不同金属离子进行了分析，实现了复杂环境中不同金属离子的定性和定量。
1.一种同时检测多种重金属的高通量阵列传感器的构建方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
2.根据权利要求1所述的一种同时检测多种重金属的高通量阵列传感器的构建方法，其特征在于，在步骤一中，使用的三种配体分别为溶菌酶、半谷氨酸和抗坏血酸。
3.根据权利要求2所述的一种同时检测多种重金属的高通量阵列传感器的构建方法，其特征在于，在步骤一中，合成的由三种不同配体修饰的铜纳米簇材料分别为lys-cuncs、cys-cuncs和aa-cuncs。
4.根据权利要求3所述的一种同时检测多种重金属的高通量阵列传感器的构建方法，其特征在于，测定lys-cuncs、cys-cuncs和aa-cuncs铜纳米簇材料在激发波长300-460nm和发射波长400-650nm条件下的荧光强度。
5.根据权利要求4所述的一种同时检测多种重金属的高通量阵列传感器的构建方法，其特征在于，测定lys-cuncs、cys-cuncs和aa-cuncs铜纳米簇材料的形状和尺寸范围，通过x射线光电子能谱测定lys-cuncs、cys-cuncs和aa-cuncs铜纳米簇材料中cu、n、s、c和o组分的存在，以验证三种铜纳米簇材料制备成功。
6.根据权利要求1所述的一种同时检测多种重金属的高通量阵列传感器的构建方法，其特征在于，在步骤二中，使用lys-cuncs、cys-cuncs和aa-cuncs铜纳米簇材料创建传感器阵列。
7.根据权利要求6所述的一种同时检测多种重金属的高通量阵列传感器的构建方法，其特征在于，将100μl的lys-cuncs、cys-cuncs和aa-cuncs铜纳米簇材料与10μl目标分析物在96孔板中混合孵育10分钟后，在激发波长300-460nm和发射波长400-650nm的条件下测定加入目标分析物时lys-cuncs、cys-cuncs和aa-cuncs铜纳米簇材料的荧光强度，目标分析物为hg、pb、cr、co、cd、as、se、zn、mn重金属离子。
8.根据权利要求1所述的一种同时检测多种重金属的高通量阵列传感器的构建方法，其特征在于，在步骤三中，荧光响应数据为三种铜纳米簇材料与目标分析物混合后荧光强度的变化，其中，对获得的荧光响应数据进行归一化处理的公式为：
9.根据权利要求1所述的一种同时检测多种重金属的高通量阵列传感器的构建方法，其特征在于，在步骤三中，通过3种铜纳米团簇作为荧光传感器，针对9种重金属离子进行荧光响应数据检测。
10.根据权利要求9所述的一种同时检测多种重金属的高通量阵列传感器的构建方法，其特征在于，每种重金属离子的检测进行5次重复实验，获得具有135个数据的15×9矩阵，利用线性判别分析(lda)对此数据矩阵进行分析，识别并提取加入和不加入目标分析物的铜纳米簇的荧光强度测量值生成的新变量作为关键的区分因素，用于不同重金属离子的分类与鉴别，利用三维模型直观展示线性判别分析中得到的关键区分因素，并根据显著因素对不同重金属离子种类进行分类，并通过层次聚类分析(hca)测定重金属离子的分类准确率。
