[发明专利]一种具有铜离子和硫阴离子双识别功能的水分散性荧光聚合物纳米粒子及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及材料制备及生物和环境离子检测技术领域，具体地说，涉及具有铜离子和硫阴离子双识别功能的水分散性荧光聚合物纳米粒子及其制备方法，以及该水分散性纳米粒子在水中铜离子和硫阴离子检测的应用。

背景技术

铜在生命体中参与电子传递、氧化还原等一系列重要的生理过程，对铜离子的直接快速检测一直以来都是科学研究的热点。在另外一方面，硫化物对有机体具有严重的危害性，分析硫化物特别是硫阴离子（S^2-）的残留对环境污染物的检测、化学过程的控制以及食品质量安全的监控都有着极其重要的作用。

除传统的原子吸收光谱、离子选择性电极等检测方法以外，目前在国际上也广泛采用荧光分子传感器的方法来检测铜离子和硫阴离子，尤其是跟踪其在生命活动中的作用过程。荧光分子传感器是指那些能够将分子/离子结合信息转换成易被检测的荧光信号，进而获得对离子的识别功能的荧光物质。荧光分子传感器对离子的分析和检测具有以下优点：通过荧光强度的变化可以直观体现离子的存在，且具有高的灵敏度；荧光测量方法是非入侵的，对样品不具有破坏性，是其他分析方法如原子吸收光谱、离子选择性电极分析等无法比拟的。

荧光分子传感器的识别机理一般包括光诱导电子转移，光诱导电荷转移，激基缔合物和荧光共振能量转移（FRET）等几类。其中，利用FRET原理来进行荧光分子传感器设计具有以下两个主要优点。首先，它可利用结合各种传统荧光染料（给体）与离子识别基团（受体）来实现对多种离子的识别检测；其次，FRET过程并不直接产生具有氧化还原活性的离子，对被检测物或生物组织不产生损害或其他不利过程。通常，基于FRET原理的荧光分子传感器，可以通过设计合适的给体与受体基团来实现对特定离子的专属性识别功能。然而，这些基于FRET原理设计合成的荧光分子传感器大多涉及比较复杂的合成路线，不利于放大合成与批量生产应用。而且，大多数荧光分子传感器在水中的溶解性较差，无法适用于纯水体系，从而限制了它们在实际环境与生物离子检测中的应用前景。因此，发展一种能直接在水中检测铜离子和硫阴离子的制备简单、灵敏度高的新型荧光传感器无疑将具有广泛的实用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有铜离子和硫阴离子双识别功能的水分散性荧光聚合物纳米粒子的制备方法，该方法采用一步细乳液聚合方法与纳米粒子表面修饰技术相结合技术，得到表面接枝1,4,7,10-四氮杂环十二烷的含FBP的荧光聚合物纳米粒子，进一步应用表明，该荧光聚合物纳米粒子能够在水中实现对铜离子和硫阴离子的高灵敏度、高选择性双识别功能。

本发明的目的是通过下述方式实现的：一种具有铜离子和硫阴离子双识别功能的水分散性荧光聚合物纳米粒子的制备方法，包括以下步骤：

（1）将苯乙烯、对氯甲基苯乙烯、烯丙基荧光素（FBP）、正十六烷按质量比为1：0.22：0.004：0.1混合均匀后分散在浓度为0.01～0.02g/ml的十二烷基三甲基溴化铵的水溶液中，超声乳化至形成均匀的细乳液后加入相对于苯乙烯质量3.4%的过硫酸钾引发剂，70℃反应3小时后得到表面含氯甲基的荧光聚合物纳米粒子；

（2）在步骤（1）制得的表面含氯甲基的荧光聚合物纳米粒子中加入2～3倍（摩尔比）于对氯甲基苯乙烯用量的1,4,7,10-四氮杂环十二烷，室温下反应7天，经3次透析除去未反应的1,4,7,10-四氮杂环十二烷后，得到具有铜离子和硫阴离子双识别功能的水分散性荧光聚合物纳米粒子。

一种根据所述的具有铜离子和硫阴离子双识别功能的水分散性荧光聚合物纳米粒子的制备方法制备的水分散性荧光聚合物纳米粒子。

根据所述的制备方法制备的水分散性荧光聚合物纳米粒子在水中铜离子和硫阴离子检测中的应用。 

本发明采用将环多胺类衍生物接枝到荧光聚合物纳米粒子表面以形成检测铜离子和硫阴离子所需的水分散性荧光聚合物纳米粒子。在水介质中，通过铜离子与粒子表面的环多胺基团形成络合物，以和粒子中荧光团发生有效的FRET，使纳米粒子的荧光强度逐渐降低，从而实现在水中的对铜离子的高灵敏度、高选择性的识别和检测。并且，该荧光聚合物纳米粒子表面的环多胺基团和铜离子的络合作用还会随着硫阴离子的加入而逐渐消失，从而使粒子中荧光团与铜离子和环多胺衍生物所形成的络合物之间的FRET逐渐消失，将导致粒子的荧光强度逐步恢复，从而可进一步实现对硫阴离子的高灵敏度、高选择性识别和检测。与现有技术相比，本发明中的水分散性荧光聚合物纳米粒子合成路线简单、后处理方便、可直接对水中的铜离子和硫阴离子进行高灵敏度和特异性识别、适合放大合成和实际生产应用。