[发明专利]一种检测金属离子的纳晶纤维素荧光探针及其制备方法

权利要求书

1.一种检测金属离子的纳晶纤维素荧光探针及其制备方法，其制备和应用特征如下：

(1)采用硫酸水解法或四甲基哌啶氧化物(TEMPO)氧化结合盐酸水解法制备纳晶纤维素；

(2)在纳晶纤维素表面化学改性引入活性官能团，活性官能团含量0.1～1.5mmol/g；

(3)将相对纳晶纤维素0.01～1.0mmol/g具有反应活性的荧光染料与纳晶纤维素表面的活性官能团进行共价键结合，制备得到悬挂型纳晶纤维素荧光探针；

(4)配制0.01～0.5wt％的悬挂型纳晶纤维素荧光探针水溶液，用于金属离子的荧光传感检测。

2.根据权利要求1一种检测金属离子的纳晶纤维素荧光探针及其制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的纳晶纤维素为天然纤维素去除无定型区而保留的结晶区，具有刚性棒状结构，直径在1～100nm，长度在10～500nm。

3.根据权利要求1一种检测金属离子的纳晶纤维素荧光探针及其制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的硫酸水解法和四甲基哌啶氧化物(TEMPO)氧化结合盐酸水解法为：

a、硫酸水解法：经粉碎机粉碎的纤维素粉末加入到64wt％硫酸溶液中，搅拌下加热到45℃反应45分钟后，加水稀释终止反应，离心分离去除上层清液后，混合液透析至pH值保持不变，超声分散后得到纳晶纤维素透明溶液，冷冻干燥后得到纳晶纤维素固体。

b、四甲基哌啶氧化物(TEMPO)氧化结合盐酸水解法：在pH 9～11条件下，通过TEMPO氧化漂白针叶浆4h，经0.1mol/L的盐酸酸化后过滤，用去离子水将浆料洗涤至中性，再用2mol/L的氢氧化钠溶液将pH值调至10，超声分散得到澄清透明溶液，冷冻干燥后得到纳米纤丝纤维素。干燥后纳米纤丝纤维素在3mol/L的盐酸溶液中加热回流1～3h，反应结束冷却至室温，高速离心(10000rpm,10min)洗涤至中性，超声分散得到纳晶纤维素溶液，冷冻干燥后得到纳晶纤维素固体。

4.根据权利要求1一种检测金属离子的纳晶纤维素荧光探针及其制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述活性官能团为羟基、羧基、醛基、氨基和巯基中的一种或多种组合，所述的活性官能团引入方法为氧化、胺化、酯化、醚化、酰胺化、异氰酸酯化、硅烷化、点击化学和接枝共聚等中的一种或多种组合。

5.根据权利要求1一种检测金属离子的纳晶纤维素荧光探针及其制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述的荧光染料为荧光素类、罗丹明、花菁类、吖啶类和菲啶类、噻嗪和嗪类、二氟烷硼类、香豆素类、萘酰亚胺类、芴类荧光染料中的一种或多种组合。

6.根据权利要求1一种检测金属离子的纳晶纤维素荧光探针及其制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述的悬挂型纳晶纤维素荧光探针表面含有大量亲水性基团，可在水溶液中直接分散应用。

7.根据权利要求1一种检测金属离子的纳晶纤维素荧光探针及其制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述的悬挂型纳晶纤维素荧光探针，用于金属离子检测的pH值范围为5～11。

8.根据权利要求1一种检测金属离子的纳晶纤维素荧光探针及其制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述的悬挂型纳晶纤维素荧光探针，可检测的金属离子为Cu(II)、Fe(II)、Fe(III)、Pb(II)、Mg(II)、Hg(II)、Cr(III)、Cr(VI)、Cd(II)、Zn(II)、Ni(II)、Mn(II)、Ag(I)中的一种或多种。

9.根据权利要求1一种检测金属离子的纳晶纤维素荧光探针及其制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述的悬挂型纳晶纤维素荧光探针，可检测的金属离子浓度范围为10^-9～1mol/L。

10.根据权利要求1一种检测金属离子的纳晶纤维素荧光探针及其制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述的悬挂型纳晶纤维素荧光探针，其对金属离子的荧光响应信号为荧光猝灭、荧光增强和荧光发射波长移动中的一种或多种。