[发明专利]一种检测汞离子的两亲性聚合物纳米粒子、制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明是涉及材料制备及生物和环境离子检测技术领域，具体来说，涉及具有荧光和比色变化检测汞离子功能的两亲性聚合物纳米粒子及其制备方法，以及该两亲性聚合物纳米粒子对水中汞离子检测的应用。

背景技术

汞是一种剧毒的重金属元素，广泛存在于环境中，分布于全球各个角落。Hg单质及Hg²⁺在排入环境后，可以被水生微生物转化为甲基汞，它可以在生物体内富集，并且经过食物链最终被人体吸收，到达人体后，会破坏人的中枢神经系统，使人产生严重的恶心、呕吐、腹痛，并带来严重肾功能损害，给人的健康造成巨大的影响。因此，对于汞离子的选择性快速检测尤其是环境污染物中汞离子残留的检测、食品安全的监控等对于环境科学，医学和生物学研究都有着极其重要的作用。

当前，检测汞离子常见的方法有原子吸收/发射光谱法，二硫腙比色法，电感耦合等离子体-质谱法以及电化学方法。然而，这些方法成本较高，检测过程繁锁，并需要较复杂的仪器设备。因此，发明简单直接，高效低成本的检测技术无疑具有非常重要的现实意义和应用前景。近年来，通过荧光或比色变化来检测金属离子的化学传感器法因为具有简单快速、高灵敏度、高选择性、不破坏样品和能在水中识别等优点，受到了越来越多的关注，成为了离子检测与识别研究中的热点。目前已报道的基于汞离子的化学传感器大多集中在有机小分子领域。然而，多数小分子传感器都不具备水溶性，不利于水和生物环境中的金属离子检测应用；而具备水溶性的小分子传感器在水中大多量子产率较低，因此检测灵敏度不高；此外，有机小分子体系常具有生物毒性，并且容易产生自聚集而导致检测体系不稳定。因此，发展一种能在水中快速检测汞离子的简单、高灵敏度的传感器是一个巨大的挑战。

本发明采用将乙二胺硫代内酰胺化罗丹明B接枝到两亲性共聚物上形成两亲性罗丹明B接枝共聚物，再将其再沉淀到水中形成对汞离子具有检测功能的两亲性聚合物纳米粒子。用于该方法制备的两亲性聚合物纳米粒子具有合成便捷、结构稳定、粒径小、无需要使用其它表面活性剂和分散剂等特点。通过汞离子与纳米粒子上的探针基团产生特定的络合作用，诱导探针基团的螺环结构打开，从而出现显色反应并产生荧光信号，可实现在水中的对汞离子的高灵敏度和高选择性的快速检测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有汞离子检测功能的两亲性聚合物纳米粒子、制备方法及其应用。其采用功能性聚合物接枝技术与再沉淀方法相结合的策略，得到粒子直径约为20nm的两亲性荧光聚合物纳米粒子，进一步应用表明，该两亲性聚合物纳米粒子能够在水中实现对汞离子的高灵敏度、高选择性检测功能。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：一种具有汞离子检测功能的两亲性聚合物纳米粒子，由两亲性罗丹明B接枝共聚物在超声的条件下再沉淀到水中制备而成，所述两亲性罗丹明B接枝共聚物的结构式为：

式中a/b/x为16:8:1~7:3.5:1。

其制备方法包括：将两亲性罗丹明B接枝共聚物的四氢呋喃溶液快速加入到正在超声的水中，超声10分钟后，再将溶液中的四氢呋喃通过常温旋转蒸发的方法除去，定容得到所需的两亲性聚合物纳米粒子溶液，粒子直径约为20nm。

所述两亲性罗丹明B接枝共聚物的合成路线为：

             

所述两亲性罗丹明B接枝共聚物的制备方法包括以下步骤：

（1）将溶剂二甲基甲酰胺、聚氧化乙烯大分子链转移试剂、苯乙烯、对氯甲基苯乙烯和偶氮二异丁腈置于反应瓶中，在低温下充氮气-抽真空反复三次，密封，油浴90度下反应4小时，产物在石油醚和乙醚混合溶剂中沉淀，再用二氯甲烷溶解，重复三次，除去未反应的单体及小分子杂质，真空干燥，得两亲性共聚物聚氧化乙烯-b-聚(苯乙烯-co-对氯甲基苯乙烯)，其结构式如下：

式中a/b/x为16:8:1~7:3.5:1，

所述聚氧化乙烯大分子链转移试剂的结构式如下：

式中a为112；

（2）将含有两亲性共聚物聚氧化乙烯-b-聚(苯乙烯-co-对氯甲基苯乙烯)的四氢呋喃溶液加入到含有乙二胺硫代内酰胺化罗丹明B和二异丙基乙胺的四氢呋喃溶液中，在氮气保护下室温下避光反应24小时，产物在石油醚、乙醚和乙醇的混合溶剂中沉淀，再用四氢呋喃溶解，重复三次，除去未反应的乙二胺硫代内酰胺化罗丹明B和其它小分子杂质，真空干燥，得两亲性罗丹明B接枝共聚物。