一種具有銅離子和硫陰離子雙識別功能的水分散性熒光聚合物納米粒子及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有銅離子和硫陰離子雙識別功能的水分散性熒光聚合物納米粒子及其制備方法和應(yīng)用，該水分散性熒光聚合物納米粒子是以苯乙烯、對氯甲基苯乙烯和烯丙基熒光素為單體，以1,4,7,10-四氮雜環(huán)十二烷為表面功能化試劑，采用一步細(xì)乳液聚合方法與納米粒子表面修飾技術(shù)相結(jié)合制備而成。該水分散性熒光聚合物納米粒子在水中具有很好的分散性，能對銅離子和硫陰離子實現(xiàn)雙選擇性熒光檢測。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明得到的水分散性熒光聚合物納米粒子在純水介質(zhì)中可分別實現(xiàn)對微量銅離子和微量硫陰離子的高靈敏度、高選擇性檢測，且合成路線簡單，使用方便，適于放大合成和實際生產(chǎn)應(yīng)用，在生物和環(huán)境檢測領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種具有銅離子和硫陰離子雙識別功能的水分散性熒光聚合物納米粒子及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及材料制備及生物和環(huán)境離子檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說，涉及具有銅離子和硫陰離子雙識別功能的水分散性熒光聚合物納米粒子及其制備方法，以及該水分散性納米粒子在水中銅離子和硫陰離子檢測的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]銅在生命體中參與電子傳遞、氧化還原等一系列重要的生理過程，對銅離子的直接快速檢測一直以來都是科學(xué)研究的熱點。在另外一方面，硫化物對有機(jī)體具有嚴(yán)重的危害性，分析硫化物特別是硫陰離子(S2-)的殘留對環(huán)境污染物的檢測、化學(xué)過程的控制以及食品質(zhì)量安全的監(jiān)控都有著極其重要的作用。
[0003]除傳統(tǒng)的原子吸收光譜、離子選擇性電極等檢測方法以外，目前在國際上也廣泛采用熒光分子傳感器的方法來檢測銅離子和硫陰離子，尤其是跟蹤其在生命活動中的作用過程。熒光分子傳感器是指那些能夠?qū)⒎肿?離子結(jié)合信息轉(zhuǎn)換成易被檢測的熒光信號，進(jìn)而獲得對離子的識別功能的熒光物質(zhì)。熒光分子傳感器對離子的分析和檢測具有以下優(yōu)點:通過熒光強(qiáng)度的變化可以直觀體現(xiàn)離子的存在，且具有高的靈敏度；熒光測量方法是非入侵的，對樣品不具有破壞性，是其他分析方法如原子吸收光譜、離子選擇性電極分析等無法比擬的。
[0004]突光分子傳感器的識別機(jī)理一般包括光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移，光誘導(dǎo)電荷轉(zhuǎn)移，激基締合物和熒光共振能量轉(zhuǎn)移(FRET)等幾類。其中，利用FRET原理來進(jìn)行熒光分子傳感器設(shè)計具有以下兩個主要優(yōu)點。首先，它可利用結(jié)合各種傳統(tǒng)熒光染料(給體)與離子識別基團(tuán)(受體)來實現(xiàn)對多種離子的識別檢測；其次，F(xiàn)RET過程并不直接產(chǎn)生具有氧化還原活性的離子，對被檢測物或生物 組織不產(chǎn)生損害或其他不利過程。通常，基于FRET原理的熒光分子傳感器，可以通過設(shè)計合適的給體與受體基團(tuán)來實現(xiàn)對特定離子的專屬性識別功能。然而，這些基于FRET原理設(shè)計合成的熒光分子傳感器大多涉及比較復(fù)雜的合成路線，不利于放大合成與批量生產(chǎn)應(yīng)用。而且，大多數(shù)熒光分子傳感器在水中的溶解性較差，無法適用于純水體系，從而限制了它們在實際環(huán)境與生物離子檢測中的應(yīng)用前景。因此，發(fā)展一種能直接在水中檢測銅離子和硫陰離子的制備簡單、靈敏度高的新型熒光傳感器無疑將具有廣泛的實用價值。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種具有銅離子和硫陰離子雙識別功能的水分散性熒光聚合物納米粒子的制備方法，該方法采用一步細(xì)乳液聚合方法與納米粒子表面修飾技術(shù)相結(jié)合技術(shù)，得到表面接枝1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷的含F(xiàn)BP的熒光聚合物納米粒子，進(jìn)一步應(yīng)用表明，該熒光聚合物納米粒子能夠在水中實現(xiàn)對銅離子和硫陰離子的高靈敏度、高選擇性雙識別功能。[0006]本發(fā)明的目的是通過下述方式實現(xiàn)的:一種具有銅離子和硫陰離子雙識別功能的水分散性熒光聚合物納米粒子的制備方法，包括以下步驟:
(1)將苯乙烯、對氯甲基苯乙烯、烯丙基熒光素(FBP)、正十六烷按質(zhì)量比為1:0.22:0.004:0.1混合均勻后分散在濃度為0.01-0.02g/ml的十二烷基三甲基溴化銨的水溶液中，超聲乳化至形成均勻的細(xì)乳液后加入相對于苯乙烯質(zhì)量3.4%的過硫酸鉀引發(fā)劑，70°C反應(yīng)3小時后得到表面含氯甲基的熒光聚合物納米粒子；
(2)在步驟(I)制得的表面含氯甲基的熒光聚合物納米粒子中加入2-3倍(摩爾比)于對氯甲基苯乙烯用量的1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷，室溫下反應(yīng)7天，經(jīng)3次透析除去未反應(yīng)的1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷后，得到具有銅離子和硫陰離子雙識別功能的水分散性熒光聚合物納米粒子。
[0007]—種根據(jù)所述的具有銅離子和硫陰離子雙識別功能的水分散性熒光聚合物納米粒子的制備方法制備的水分散性熒光聚合物納米粒子。
[0008]根據(jù)所述的制備方法制備的水分散性熒光聚合物納米粒子在水中銅離子和硫陰離子檢測中的應(yīng)用。
[0009]本發(fā)明采用將環(huán)多胺類衍生物接枝到熒光聚合物納米粒子表面以形成檢測銅離子和硫陰離子所需的水分散性熒光聚合物納米粒子。在水介質(zhì)中，通過銅離子與粒子表面的環(huán)多胺基團(tuán)形成絡(luò)合物，以和粒子中熒光團(tuán)發(fā)生有效的FRET，使納米粒子的熒光強(qiáng)度逐漸降低，從而實現(xiàn)在水中的對銅離子的高靈敏度、高選擇性的識別和檢測。并且，該熒光聚合物納米粒子表面的環(huán)多胺基團(tuán)和銅離子的絡(luò)合作用還會隨著硫陰離子的加入而逐漸消失，從而使粒子中熒光團(tuán)與銅離子和環(huán)多胺衍生物所形成的絡(luò)合物之間的FRET逐漸消失，將導(dǎo)致粒子的熒光強(qiáng)度逐步恢復(fù)，從而可進(jìn)一步實現(xiàn)對硫陰離子的高靈敏度、高選擇性識別和檢測。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明中的水分散性熒光聚合物納米粒子合成路線簡單、后處理方便、可直接對水中的銅離子和硫陰離子進(jìn)行高靈敏度和特異性識別、適合放大合成和實際生產(chǎn)應(yīng)用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1為水分散性熒光聚合物納米粒子對銅離子和硫陰離子的識別原理示意圖。
[0011]圖2為水分散性熒光聚合物納米粒子測得的原子力顯微鏡圖。
[0012]圖3為不同銅離子濃度時，水分散性熒光聚合物納米粒子(固含量:0.03 wt%)的熒光發(fā)射光譜變化圖(λ ex= 490 nm)，[Cu2+] = O (a)，1.0*10-6mol/1(b)，5.0Χ10-6mol/1 (c), 1.0X10-5mol/l (d)，2.0X10-5 mol/1 (e)，4.0X10-5 mol/1 (f)，6X10-5mol/1 (g)。
[0013]圖4為各種金屬離子對水分散性熒光聚合物納米粒子熒光強(qiáng)度的影響對比數(shù)據(jù)圖(固含量:0.03 wt%，加入后的金屬離子的濃度均為5.0X10-6 mol/1, 1/1。為各金屬離子加入前后的水分散性熒光聚合物納米粒子在以490nm為激發(fā)波長，528nm為發(fā)射波長處熒光強(qiáng)度的比值)。
[0014]圖5為含銅離子([Cu2+] =2.0X 10-5 mol/1)的水分散性熒光聚合物納米粒子(固含量:0.03 wt%)在加入不同S2-后的熒光發(fā)射光譜變化圖(λ ex=490nm), [S2-] =5.0 X 10-6mol/1 (a), 1.0X10-5mol/l (b), 2.0X 10-5mol/l (c), 4.0X 10-5 mol/1 (d), 6.0X10-5mol/1 (e)，8X 10 5mol/l (f) , LOXlO4 mol/1 (g) , 1.2X10 4 mol/1 (h)。
[0015]圖6為各種陰離子對加入銅離子后的水分散性熒光聚合物納米粒子的熒光強(qiáng)度影響對比數(shù)據(jù)圖(固含量:0.03 wt%，加入后的陰離子的濃度均為5.0X10_6 mol/1, 1/1。為各陰離子加入前后的水分散性熒光聚合物納米粒子在以490nm為激發(fā)波長，528nm為發(fā)射波長處熒光強(qiáng)度的比值)。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0017]實施例1:
一種具有銅離子和硫陰離子雙識別功能的水分散性熒光聚合物納米粒子的制備方法，包括以下步驟:
(I)細(xì)乳液聚合制備含F(xiàn)BP的熒光聚合物納米粒子。
[0018]將0.5g苯乙烯，0.1lg對氯甲基苯乙烯，0.05g正十六烷和0.002g烯丙基熒光素(FBP)的混合液在普通磁力攪拌器上攪拌5分鐘得溶液a ;同時將0.15g十二烷基三甲基溴化銨加在IOml水里，在普通磁力攪拌器上攪拌10分鐘得溶液b。將溶液a和b混合后，在常溫下攪拌5分鐘后，放入冰水浴中(低于20 °C)超聲乳化20分鐘便可得到穩(wěn)定的細(xì)乳液。將細(xì)乳液轉(zhuǎn)入25 ml圓底燒瓶中，加入0.017g過硫酸鉀以引發(fā)聚合，圓底燒瓶置于75°C油浴鍋中反應(yīng)3h。反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，過濾得到所需的含F(xiàn)BP的熒光聚合物納米粒子。
[0019](2)含F(xiàn)BP的熒光聚合物納米粒子的表面功能化修飾。
[0020]將步驟(I)中所得的熒光聚合物納米粒子裝入25ml圓底燒瓶，再加入1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷0.328g，室溫下反應(yīng)7天得混合分散液。將混合分散液裝入透析袋，在IOOOml大燒杯中(含800ml水和Ilg DTAB)透析24小時，共三次，得到用于識別銅離子和硫陰離子所需要的水分散性熒光聚合物納米粒子，見圖1。
[0021]實施例2:銅離子的檢測實驗。
[0022](I)取7個5ml樣品瓶，分別加入實施例1中所得的稀釋至固含量為0.03wt%的3ml水分散性熒光聚合物納米粒子，然后分別將濃度為(a) [Cu2+] =0, (b)[Cu2+] =1.0X lCT3mol/l, (c ) [Cu2+] =5.0 X lCT3mol/l ,(d) [Cu2+] =1.0X lCT2mol/l, (e )[Cu2+]=2.0X10_2mol/l, (f) [Cu2+]=4.0X 10_2mol/l, (g) [Cu2+] =6X 10_2mol/l 的 3μ1 硝酸銅溶液加入7個樣品瓶中，常溫下攪拌5分鐘后，以490nm為激發(fā)波長，分別測定這些樣品，得七個樣品的熒光發(fā)射光譜變化圖，見圖3。測定結(jié)果表明:該納米粒子水分散液的熒光強(qiáng)度隨著銅離子濃度的逐漸增加而逐步下降，且銅離子濃度>lMfflol/l時納米粒子水分散液的熒光強(qiáng)度明顯下降。
[0023](2)取10個5ml樣品瓶，分別裝入實施例1中所得的稀釋至固含量為0.03 wt%的3ml水分散性熒光聚合物納米粒子，然后分別將濃度為5.0X 10_3mol/l的Cu2+、Mg2+、Ca2+、Fe2+、Zn2+、Mn2+、Co2+、Ni2+、Pb2+和Hg2+各取3μ1加入10個樣品瓶樣品中，然后分別測定10個樣品在490nm波長激發(fā)，528nm波長發(fā)射處的熒光發(fā)射強(qiáng)度，結(jié)果見圖4。測定結(jié)果表明:除了銅離子外，其它上述各種金屬離子對所制備的熒光聚合物納米粒子熒光強(qiáng)度沒有明顯影響。[0024]實施例3:硫陰離子的檢測實驗。
[0025](I)取8個5ml樣品瓶，分別裝入實施例1中所得的稀釋至固含量為0.03 wt%的3ml水分散性熒光聚合物納米粒子，然后在8個樣品瓶中分別加入2.0 X 10_2mOl/l的硝酸銅溶液3μ1，常溫下攪拌5分鐘后，測定每個樣品在490nm波長激發(fā)，528nm波長發(fā)射處的熒光強(qiáng)度，然后在8個樣品中分別加入濃度為(a) [S2I =5.0X lO-W/l，(b) [S2_] =1.0X 10_2mol/1，(c) [S2-]=2.0Xl(T2mol/l，(d) [S2I =4.0X l(T2mol/l，(e) [S2I =6.0X l(T2mol/l，(f)[S2_]=8.0X10_2mol/l，(g) [S2I= 0.lmol/1，(h) [S2I=0.12mol/l 的硫化鈉溶液 3μ1，常溫下攪拌5分鐘后，以490nm為激發(fā)波長，測定這些樣品的熒光發(fā)射強(qiáng)度，得加入不同S2—后的熒光發(fā)射光譜變化圖，見圖5。測定結(jié)果表明:該納米粒子水分散液的熒光強(qiáng)度隨著硫陰離子濃度的逐漸增加而逐步提高，而且在硫陰離子濃度>5Mfflol/l，時就可以檢測到體系熒光強(qiáng)度的明顯增強(qiáng)。
[0026](2)取9個5ml樣品瓶，分別裝入實施例1中所得的稀釋至固含量為0.03 wt%的3ml水分散性熒光聚合物納米粒子，然后在9個樣品瓶中分別加入2.0X l(T2mol/l的硝酸銅溶液3μ1，常溫下攪拌5分鐘后，測定每個樣品在490nm波長激發(fā)，528nm波長發(fā)射處的熒光強(qiáng)度；然后分別將濃度為 5.0X 10_3 mol/1 的 S2_，CF, N03_，S042_，HC03_，CO廣，Br_，F(xiàn)_ 和S2SO32-加入9個樣品中，然后分別測定9個樣品在490nm波長激發(fā)，528nm波長發(fā)射處的熒光強(qiáng)度，結(jié)果見圖6。測定結(jié)果表明:除了硫陰離子外，其它上述各種陰離子對所制備的熒光聚合物納米粒子熒光強(qiáng)度沒有明顯的影響。
[0027]上述實施例用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)， 對本發(fā)明所作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種具有銅離子和硫陰離子雙識別功能的水分散性熒光聚合物納米粒子的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將苯乙烯、對氯甲基苯乙烯、烯丙基熒光素(FBP)、正十六烷按質(zhì)量比為1:0.22:0.004:0.1混合均勻后分散在濃度為0.01?0.02g/ml的十二烷基三甲基溴化銨的水溶液中，超聲乳化至形成均勻的細(xì)乳液后加入相對于苯乙烯質(zhì)量3.4%的過硫酸鉀引發(fā)劑，70°C反應(yīng)3小時后得到表面含氯甲基的熒光聚合物納米粒子； (2)在步驟(I)制得的表面含氯甲基的熒光聚合物納米粒子中加入2?3倍(摩爾比)于對氯甲基苯乙烯用量的1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷，室溫下反應(yīng)7天，經(jīng)3次透析除去未反應(yīng)的1，4，7，10-四氮雜環(huán)十二烷后，得到具有銅離子和硫陰離子雙識別功能的水分散性熒光聚合物納米粒子。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有銅離子和硫陰離子雙識別功能的水分散性熒光聚合物納米粒子的制備方法制備的水分散性熒光聚合物納米粒子。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法制備的水分散性熒光聚合物納米粒子在水中銅離子和硫陰離子檢測中 的應(yīng)用。
【文檔編號】C08F8/32GK103435730SQ201310322589
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月30日
【發(fā)明者】陳建, 李亞, 黃富華, 孫祥, 王宏 申請人:湖南科技大學(xué)