新型核殼印跡聚合物的制備及其在分析傳感中的應用.pdf

1、分子印跡聚合物(MIPs)因具有對模板分子的專一識別性能和穩(wěn)定性高、易于制備、使用壽命長等優(yōu)點，已在樣品前處理與傳感分析等領域得到廣泛應用。其中，核-殼結構的 MIPs(即在核層顆粒表面進行分子印跡形成印跡殼層)不僅具有更高的印跡位點利用率及更快的傳質、識別速率，而且更便于在MIPs中引入多種性能(如：熒光等)，所以備受青睞。本論文以二氧化硅、量子點等納米粒子為核支撐材料，制備了多種新型的核-殼MIPs微球，借助量子點、有機熒光染料等的

2、光學特性，發(fā)展了高靈敏度、高選擇性的分子印跡熒光傳感器，用于復雜基質中有機小分子污染物和蛋白質的快速、靈敏和可視化檢測。主要研究內容如下：
　　1.中空二氧化硅核-殼印跡微球的制備及其對雌二醇的識別分析
　　結合表面印跡和中空多孔聚合物制備技術，通過簡單的一步修飾，將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(SiO2)，以其為支撐材料，雌二醇為模板分子，采用表面印跡法制備了單分

3、散、形貌規(guī)則的中空分子印跡聚合物微球(H-MIPs)，用于識別和萃取雌二醇。中空核-多孔殼結構含有深入到微球內部且與外界相通的大量孔道，可使目標分子方便的進出微球骨架上的特異性結合位點，從而克服了以往僅有表面的印跡空穴有效的缺點；大大加快了識別速率、提高了結合位點的使用率、增加了 MIPs的印跡容量，并且提高了單位質量MIPs的結合容量。利用該H-MIPs實現(xiàn)了對牛奶樣品中雌二醇的高效濃縮和選擇性分離，結合HPLC-UV，獲得檢測限和定

4、量限分別為4.6和15.3μg/L，回收率94.8–97.0％。該操作簡單、有效的H-MIPs策略提供了一種簡單、可行的制備中空核-殼印跡聚合物的方法，為后續(xù)的核-殼印跡聚合物傳感研究打下了良好基礎。
　　2.二氧化硅包埋量子點的核-殼印跡微球的制備及其對2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)增強型比率熒光檢測
　　發(fā)展了二氧化硅包埋量子點(QD)的核-殼結構印跡聚合物微球傳感器，基于光誘導電子轉移(PET)實現(xiàn)了對2,4-二氯

5、苯氧乙酸(2,4-D)農殘的增強型比率熒光檢測。將紅色熒光QD首先包埋于SiO2納米粒子中，然后在其表面通過溶膠-凝膠過程引入綠色的有機熒光染料 NBD并以2,4-D為模板分子制得印跡層，以NBD為檢測信號源、QD為參比信號源，利用該雙發(fā)射比率熒光強度的變化作為分析信號。在2,4-D存在并隨著濃度增大時，NBD的熒光峰隨之增強，而QD的峰保持不變，熒光顏色由原來的橙紅色逐漸向綠色過渡，能夠可視化檢測2,4-D。該印跡比率熒光傳感器對2,

6、4-D具有高選擇性和高靈敏度，印跡因子為4.97，線性范圍為0.4–100μmol/L，檢測限為0.14μmol/L，湖水和自來水樣品中加標回收率在95.0–110.1%之間。這種簡單、可靠、靈敏的可視化傳感分析策略對復雜基質中痕量小分子有機污染物的快速、高選擇分析檢測具有潛在的應用價值。
　　3.二氧化硅為核的核-殼印跡微球的制備及其對藻藍蛋白的猝滅型比率熒光檢測
　　發(fā)展了二氧化硅為核的核-殼結構蛋白質印跡聚合物微球傳感

7、器，基于熒光共振能量轉移(FRET)對藻藍蛋白(PC)進行了猝滅型比率熒光檢測。以熒光蛋白PC為模板分子，有機熒光染料NBD為檢測信號源，通過溶膠-凝膠聚合制備了PC印跡的比率熒光微球，NBD和PC分別作為能量供體和受體。在PC存在的情況下，經FRET過程，NBD的部分能量轉移到PC，使得NBD的熒光峰強度降低，而 PC的熒光峰增強，利用兩熒光發(fā)射峰的強度比值來檢測 PC。這種印跡比率熒光傳感器對 PC具有極高的識別特異性，其印跡因子高

8、達9.1，線性范圍為1–250 nmol/L，檢測限低至0.14 nmol/L，湖水和海水樣品中加標回收率為93.8–110.2%。該研究為復雜基質中痕量藻藍蛋白的分析檢測提供了快速、高選擇、高靈敏的新方法，提出了一種有效的蛋白質印跡新策略，為發(fā)展基于FRET機制的檢測體系提供了一條行之有效的新思路。
　　4.量子點為核的核-殼印跡納米傳感器的構建及其對蛋白質的熒光檢測
　　構建了量子點為核的核-殼印跡納米傳感器用于對蛋白質

9、的熒光檢測，從而發(fā)展了一種普適性的蛋白質印跡策略。以巰基乙酸和谷胱甘肽共同作為穩(wěn)定劑的量子點(QD)直接作為功能單體，藻藍蛋白(PC)為模板分子，多巴胺(DA)為交聯(lián)劑，通過多巴胺的自聚合制備了印跡微球，基于電子轉移誘導的熒光猝滅進行檢測。該傳感器具有超薄的印跡殼層(約3 nm)響應快速，一旦結合PC在16 s內熒光即顯著降低，檢測限為0.075μM，在0.8–8.0μM范圍內線性良好，印跡因子為7.3，海水和湖水樣品中加標回收率90.

10、8–110.1%。采用同樣的制備方法，以牛血紅蛋白(BHb)為模板分子，獲得BHb印跡納米微球傳感器，線性范圍0.3–5.0μM，檢測限0.069μM，印跡因子4.2，牛尿中加標回收率97.0–103.0%，結果滿意。一方面，該印跡策略直接使用功能化的QD為功能單體，有效避免了繁瑣的QD表面修飾過程；印跡過程利用DA的自聚合，大大簡化了印跡過程，并且能夠提供親水和生物相容性的MIPs，從而克服蛋白質印跡的局限和提高印跡性能；而且，反應能

11、在比較溫和的水溶液中進行，避免使用大量有機試劑，整個過程環(huán)保友好。另一方面，通過以PC和BHb作為模型分子進行印跡，有望發(fā)展有效、通用的蛋白質印跡方法，通過合理選擇利用傳統(tǒng)的配體和功能單體，或者通過巧妙設計和合成新型功能單體，為蛋白質印跡提供新思路，推動分子印跡/蛋白質相關的研究工作。
　　5.量子點為核的核-殼印跡納米傳感器的構建及其用于對硝基苯酚的熒光檢測
　　構建了量子點為核的核-殼印跡納米傳感器，用于對硝基苯酚的高選

12、擇高靈敏熒光檢測，從而發(fā)展了一種簡便快捷的表面印跡傳感新策略。首先采用可聚合的表面活性劑—2-氨基乙基甲基丙烯酸酯鹽酸鹽(AMA)通過靜電作用對量子點(QDs)進行表面修飾，將修飾后的 QDs作為核支撐材料兼熒光信號源，然后以4-NP為模板分子、丙烯酰胺為功能單體、雙丙烯酰胺為交聯(lián)劑，通過容易操作、條件溫和的自由基聚合，直接在QDs表面形成超薄的印跡殼層(約4 nm)，進而得到核-殼結構的分子印跡納米傳感器。當4-NP存在和濃度增加時，

13、QDs與4-NP之間的電子轉移過程導致QDs的熒光顯著猝滅，據此該傳感器能夠對4-NP進行檢測，檢測限可達0.051μmol/L。同時，該印跡傳感器對4-NP具有優(yōu)異的識別選擇性，印跡因子為9.1；用于海水和湖水樣分析，三個濃度的加標回收率在92.7–109.2%之間，相對標準偏差低于4.8%。該簡單、快速、可靠的印跡傳感方法在對復雜環(huán)境水樣中痕量對硝基苯酚的高效測定方面有良好的應用前景。另一方面，該研究為發(fā)展以量子點為核的分子印跡傳感