新型核壳印迹聚合物的制备及其在分析传感中的应用

发布时间：2018-01-25 06:14

  本文关键词： 分子印迹 核-壳 量子点 有机荧光染料 比率荧光　出处：《山东师范大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：分子印迹聚合物(MIPs)因具有对模板分子的专一识别性能和稳定性高、易于制备、使用寿命长等优点,已在样品前处理与传感分析等领域得到广泛应用。其中,核-壳结构的MIPs(即在核层颗粒表面进行分子印迹形成印迹壳层)不仅具有更高的印迹位点利用率及更快的传质、识别速率,而且更便于在MIPs中引入多种性能(如:荧光等),所以备受青睐。本论文以二氧化硅、量子点等纳米粒子为核支撑材料,制备了多种新型的核-壳MIPs微球,借助量子点、有机荧光染料等的光学特性,发展了高灵敏度、高选择性的分子印迹荧光传感器,用于复杂基质中有机小分子污染物和蛋白质的快速、灵敏和可视化检测。主要研究内容如下:1.中空二氧化硅核-壳印迹微球的制备及其对雌二醇的识别分析结合表面印迹和中空多孔聚合物制备技术,通过简单的一步修饰,将乙烯基三乙氧基硅烷引入到聚苯乙烯(PS)表面,然后溶解去掉PS核,形成了中空的二氧化硅(SiO_2),以其为支撑材料,雌二醇为模板分子,采用表面印迹法制备了单分散、形貌规则的中空分子印迹聚合物微球(H-MIPs),用于识别和萃取雌二醇。中空核-多孔壳结构含有深入到微球内部且与外界相通的大量孔道,可使目标分子方便的进出微球骨架上的特异性结合位点,从而克服了以往仅有表面的印迹空穴有效的缺点;大大加快了识别速率、提高了结合位点的使用率、增加了MIPs的印迹容量,并且提高了单位质量MIPs的结合容量。利用该H-MIPs实现了对牛奶样品中雌二醇的高效浓缩和选择性分离,结合HPLC-UV,获得检测限和定量限分别为4.6和15.3μg/L,回收率94.8 97.0%。该操作简单、有效的H-MIPs策略提供了一种简单、可行的制备中空核-壳印迹聚合物的方法,为后续的核-壳印迹聚合物传感研究打下了良好基础。2.二氧化硅包埋量子点的核-壳印迹微球的制备及其对2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)增强型比率荧光检测发展了二氧化硅包埋量子点(QD)的核-壳结构印迹聚合物微球传感器,基于光诱导电子转移(PET)实现了对2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)农残的增强型比率荧光检测。将红色荧光QD首先包埋于SiO_2纳米粒子中,然后在其表面通过溶胶-凝胶过程引入绿色的有机荧光染料nbd并以2,4-d为模板分子制得印迹层,以nbd为检测信号源、qd为参比信号源,利用该双发射比率荧光强度的变化作为分析信号。在2,4-d存在并随着浓度增大时,nbd的荧光峰随之增强,而qd的峰保持不变,荧光颜色由原来的橙红色逐渐向绿色过渡,能够可视化检测2,4-d。该印迹比率荧光传感器对2,4-d具有高选择性和高灵敏度,印迹因子为4.97,线性范围为0.4 100μmol/l,检测限为0.14μmol/l,湖水和自来水样品中加标回收率在95.0 110.1%之间。这种简单、可靠、灵敏的可视化传感分析策略对复杂基质中痕量小分子有机污染物的快速、高选择分析检测具有潜在的应用价值。3.二氧化硅为核的核-壳印迹微球的制备及其对藻蓝蛋白的猝灭型比率荧光检测发展了二氧化硅为核的核-壳结构蛋白质印迹聚合物微球传感器,基于荧光共振能量转移(fret)对藻蓝蛋白(pc)进行了猝灭型比率荧光检测。以荧光蛋白pc为模板分子,有机荧光染料nbd为检测信号源,通过溶胶-凝胶聚合制备了pc印迹的比率荧光微球,nbd和pc分别作为能量供体和受体。在pc存在的情况下,经fret过程,nbd的部分能量转移到pc,使得nbd的荧光峰强度降低,而pc的荧光峰增强,利用两荧光发射峰的强度比值来检测pc。这种印迹比率荧光传感器对pc具有极高的识别特异性,其印迹因子高达9.1,线性范围为1 250nmol/l,检测限低至0.14nmol/l,湖水和海水样品中加标回收率为93.8 110.2%。该研究为复杂基质中痕量藻蓝蛋白的分析检测提供了快速、高选择、高灵敏的新方法,提出了一种有效的蛋白质印迹新策略,为发展基于fret机制的检测体系提供了一条行之有效的新思路。4.量子点为核的核-壳印迹纳米传感器的构建及其对蛋白质的荧光检测构建了量子点为核的核-壳印迹纳米传感器用于对蛋白质的荧光检测,从而发展了一种普适性的蛋白质印迹策略。以巯基乙酸和谷胱甘肽共同作为稳定剂的量子点(qd)直接作为功能单体,藻蓝蛋白(pc)为模板分子,多巴胺(da)为交联剂,通过多巴胺的自聚合制备了印迹微球,基于电子转移诱导的荧光猝灭进行检测。该传感器具有超薄的印迹壳层(约3nm)响应快速,一旦结合pc在16s内荧光即显著降低,检测限为0.075μm,在0.8 8.0μm范围内线性良好,印迹因子为7.3,海水和湖水样品中加标回收率90.8 110.1%。采用同样的制备方法,以牛血红蛋白(BHb)为模板分子,获得BHb印迹纳米微球传感器,线性范围0.3 5.0μM,检测限0.069μM,印迹因子4.2,牛尿中加标回收率97.0 103.0%,结果满意。一方面,该印迹策略直接使用功能化的QD为功能单体,有效避免了繁琐的QD表面修饰过程;印迹过程利用DA的自聚合,大大简化了印迹过程,并且能够提供亲水和生物相容性的MIPs,从而克服蛋白质印迹的局限和提高印迹性能;而且,反应能在比较温和的水溶液中进行,避免使用大量有机试剂,整个过程环保友好。另一方面,通过以PC和BHb作为模型分子进行印迹,有望发展有效、通用的蛋白质印迹方法,通过合理选择利用传统的配体和功能单体,或者通过巧妙设计和合成新型功能单体,为蛋白质印迹提供新思路,推动分子印迹/蛋白质相关的研究工作。5.量子点为核的核-壳印迹纳米传感器的构建及其用于对硝基苯酚的荧光检测构建了量子点为核的核-壳印迹纳米传感器,用于对硝基苯酚的高选择高灵敏荧光检测,从而发展了一种简便快捷的表面印迹传感新策略。首先采用可聚合的表面活性剂—2-氨基乙基甲基丙烯酸酯盐酸盐(AMA)通过静电作用对量子点(QDs)进行表面修饰,将修饰后的QDs作为核支撑材料兼荧光信号源,然后以4-NP为模板分子、丙烯酰胺为功能单体、双丙烯酰胺为交联剂,通过容易操作、条件温和的自由基聚合,直接在QDs表面形成超薄的印迹壳层(约4 nm),进而得到核-壳结构的分子印迹纳米传感器。当4-NP存在和浓度增加时,QDs与4-NP之间的电子转移过程导致QDs的荧光显著猝灭,据此该传感器能够对4-NP进行检测,检测限可达0.051μmol/L。同时,该印迹传感器对4-NP具有优异的识别选择性,印迹因子为9.1;用于海水和湖水样分析,三个浓度的加标回收率在92.7 109.2%之间,相对标准偏差低于4.8%。该简单、快速、可靠的印迹传感方法在对复杂环境水样中痕量对硝基苯酚的高效测定方面有良好的应用前景。另一方面,该研究为发展以量子点为核的分子印迹传感器提供了新思路,推动了基于MIPs和QDs等的复合材料印迹荧光传感器的发展。
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本文编号：1462221