一種上轉換熒光分子印跡聚合物及其制備方法
【專利摘要】本發明提供一種上轉換熒光分子印跡聚合物及其制備方法，涉及新型高分子富集材料領域，將上轉換熒光納米顆粒NaYF4:Yb3+,Er3+作為一種新型載體，與分子印跡技術相結合，具體涉及一種對氨基甲酸酯類農藥速滅威分子具有良好的吸附和分離功能的上轉換熒光納米分子印跡聚合物及其制備方法，合成出的產物比表面積較大，使其傳質速率和吸附量較以往材料有很大的提高。該發明成本低廉，合成過程簡單，反應條件易于控制。制備的上轉換熒光納米分子印跡聚合物對目標物具有高靈敏高選擇性的特點，重現性好，有良好的應用前景。
【專利說明】一種上轉換熒光分子印跡聚合物及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及高分子材料【技術領域】，尤其涉及一種上轉換熒光分子印跡聚合物及其 制備方法。
【背景技術】
[0002] 速滅威作為一類典型的氨基甲酸酯類農藥，產量大，種類繁多，用量廣泛。在生物 體和環境中易降解為相應的代謝產物，這些代謝產物通常具有與母體化合物相同或更強的 活性，毒作用表現為抑制乙酰膽堿酯酶，中毒癥狀類似于有機磷農藥。隨著近年來其用量 的不斷增加，它對人和其他生物體的危害日益嚴重，對其的分析檢測也日益受到人們的重 視。隨著WTO的加入，餐桌問題、綠色食品問題已備受人們關注，有關農殘的檢測亦越顯重 要。歐盟已明令規定飲用水中單一種類農藥最高殘留限量為0. 1 μ g/L。這給該類農藥殘留 的研究提出了新的挑戰。目前國內外在檢測食品中速滅威含量大都采用免疫法、液相色譜 法或者液相色譜與質譜聯用的方法進行定性、定量的檢測。但是當速滅威痕量存在于食品 中時，上述檢測方法很難檢出或者設備昂貴。采用固相萃取的方法比傳統的溶劑萃取更快 速，更準確，但是需要使用對速滅威有高選擇性的固相吸附材料。近年來，隨著納米技術的 發展，新型熒光納米材料應運而生，由于其獨特的性質，被廣泛應用于化學、醫藥、生物等領 域。其中量子點（QDs)是一類可取代傳統有機染料的應用較為廣泛的熒光半導納米材料， 但其毒性較強，高能量波長光激發，容易對生物組織造成損害，且背景干擾較大。與傳統有 機染料和量子點相比，上轉換納米熒光納米顆粒（UCNPs)作為一種新型熒光材料具有量子 產率高，發射峰窄，斯托克斯位移大，毒性低，背景干擾小，不破壞生物組織等優點，受到廣 泛關注。
【發明內容】
[0003] 本發明創造要解決的問題是提供一種對速滅威有高選擇性的上轉換熒光分子印 跡聚合物及其制備方法。
[0004] 為解決上述技術問題，本發明創造采用的技術方案是：一種上轉換熒光分子印跡 聚合物，采用上轉換熒光納米材料作為支持體，以速滅威為模板分子，以甲基丙烯酸為功能 單體，利用分子印跡技術中的包埋法制備。
[0005] 優選的，所述上轉換熒光納米材料為上轉換熒光納米棒β - NaYF4: Yb3+, Er3+。
[0006] 本發明還提供了一種制備如上所述的上轉換熒光分子印跡聚合物的方法，包括如 下的制備步驟：
[0007] 1)先加入上轉換熒光納米棒β -NaYF4:Yb3+，Er3+，再加入溶劑四氫呋喃和甲苯 以及速滅威模板分子，充分攪拌使其完全溶解，然后加入甲基丙烯酸，充分攪拌l_2h ;加入 交聯劑乙二醇二甲基丙烯酸酯和引發劑偶氮二異丁腈反應0. 3-0. 5h ;通氮氣3-10min后， 55-60°C水浴熱聚合18-22h ;
[0008] 2)將步驟1)制備的聚合物粉碎，置于索氏萃取器中，加入270mL甲醇和30mL冰 乙酸作萃取溶劑，連續萃取40-48h，至萃取液中無速滅威檢測出來為止，50-60°C真空干燥 8-12h，得到速滅威上轉換熒光分子印跡聚合物。
[0009] 優選的，步驟1)中，加入甲基丙烯酸后，充分攪拌Ih ;加入交聯劑和引發劑后反應 0. 5h，通氮氣10min，60°C水浴熱聚合20h。
[0010] 優選的，步驟2)中，將步驟1)制備的聚合物粉碎，置于索氏萃取器中，加入270mL 甲醇和30mL冰乙酸作萃取溶劑，連續萃取48h，至萃取液中無速滅威檢測出來為止，60°C真 空干燥l〇h，得到速滅威上轉換熒光分子印跡聚合物。
[0011] 優選的，所述的上轉換熒光納米棒與速滅威模板分子的質量比為1:〇. 5-1:0. 8,優 選為 1 :0. 66。
[0012] 優選的，步驟1)中，所述溶劑四氫呋喃與甲苯的體積比為1:0. 5-1:2,優選為1 :1。
[0013] 優選的，步驟1)中，所述的速滅威、甲基丙烯酸、乙二醇二甲基丙烯酸酯的摩爾比 例為 1:3:3-1:4:10,優選為 1 :4 :4。
[0014] 優選的，步驟2)中，所述的甲醇與冰乙酸的提取液甲醇與冰乙酸的體積比為 10:1-8:1，優選為 9 :1。
[0015] 本發明首次將分子印跡聚合物（MIP)與上轉換材料相結合，以六方晶上轉換納米 棒為β -NaYF4:Yb3+，Er3+支持載體，以速滅威為模板分子，合成一種新型殼核型有機無機雜 化分子印跡聚合物（UCNPs麵IP)。該材料可用作固相萃取劑，可克服環境樣品體系復雜的預 處理手續，為樣品的采集、富集和分析提供極大的方便。尤其是在食品領域的痕量分析中起 重要作用。毫摩爾水平下的痕量物質經這一方法預富集處理后，在色譜中容易被檢出。
[0016] 本發明創造具有的優點和積極效果是：
[0017] (1)本發明首次將上轉換熒光納米材料作為分子印跡合成中的支持體，合成出的 吸附材料與傳統型分子印跡相比具有傳質速度快、比表面積大的優點。該材料能專一識別 速滅威，對目標物具有非常高的選擇性；該材料用化學合成方法制備，靈敏度高，有較高的 穩定性、較長的使用壽命和較強的抗惡劣環境能力。
[0018] (2)本發明成本低廉，實驗操作簡單，反應條件容易控制，制得的速滅威分子印跡 聚合物作為吸附劑用于固相萃取與液相色譜聯用，適用于食品中痕量速滅威檢測和樣品凈 化。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019] 圖1是UCNPs的掃描電鏡圖；
[0020] 圖2是實施例一中UCNPs麵IP的掃描電鏡圖
[0021] 圖3是UCNPs晶體的透射電鏡圖
[0022] 圖4是實施例一中UCNPs麵IP的透射電鏡圖
[0023] 圖5是實施例一中UCNPs麵IP在速滅威水溶液濃度在50-2000ngmL-l范圍的熒光 光譜圖；
[0024] 圖6是UCNPs_IP在速滅威水溶液濃度在50-2000ng ml/1范圍的熒光光譜圖；
[0025] 圖7是速滅威、殘殺威、西維因和異丙威分別對實施例一中制備UCNPs麵IP和 UCNPs_IP的熒光猝滅量；
【具體實施方式】
[0026] 實施例一
[0027] -種制備上轉換熒光分子印跡聚合物的方法，包括如下的制備步驟：
[0028] (1)先加入0· 250g上轉換熒光納米棒β - NaYF4:Yb3+，Er3+，再加入溶劑 2. OmL四氫呋喃和2. OmL甲苯以及0. 165g速滅威模板，充分攪拌使其完全溶解，然后 加入0. 340mL(4. Ommol)甲基丙烯酸，充分攪拌Ih ;加入交聯劑乙二醇二甲基丙烯酸酯 0. 760mL(4. Ommol)和引發劑偶氮二異丁腈0. 02g反應0. 5h ;通氮氣10min，6(TC水浴熱聚 合 20h ;
[0029] (2)將步驟⑴聚合物粉碎，置于索氏萃取器中，加入270mL甲醇和30mL冰乙酸作 萃取溶劑，連續萃取48h，至萃取液中無速滅威檢測出來為止。60°C真空干燥10h，得速滅威 上轉換熒光分子印跡聚合物。
[0030] 實施例二
[0031] 一種制備上轉換熒光分子印跡聚合物的方法，包括如下的制備步驟：
[0032] (1)先加入0· 330g上轉換熒光納米棒β - NaYF4 = Yb3+, Er3+，再加入溶劑I. OmL四 氫呋喃和2. OmL甲苯以及0. 165g速滅威模板，充分攪拌使其完全溶解，然后加入0. 255mL 甲基丙烯酸，充分攪拌2h ;加入交聯劑乙二醇二甲基丙烯酸酯0. 570mL和引發劑偶氮二異 丁腈0. 02g反應0. 3h ;通氮氣5min，55°C水浴熱聚合18h ;
[0033] (2)將步驟⑴聚合物粉碎，置于索氏萃取器中，加入270mL甲醇和30mL冰乙酸作 萃取溶劑，連續萃取40h，至萃取液中無速滅威檢測出來為止。50°C真空干燥8h，得速滅威 上轉換熒光分子印跡聚合物。
[0034] 實施例三
[0035] -種制備上轉換熒光分子印跡聚合物的方法，包括如下的制備步驟：
[0036] (1)先加入0· 206g上轉換熒光納米棒β - NaYF4 = Yb3+, Er3+，再加入溶劑2. OmL四 氫呋喃和I. OmL甲苯以及0. 165g速滅威模板，充分攪拌使其完全溶解，然后加入0. 300mL 甲基丙烯酸，充分攪拌I. 5h ;加入交聯劑乙二醇二甲基丙烯酸酯I. 880mL和引發劑偶氮二 異丁腈0. 02g反應0. 4h ;通氮氣8min，57°C水浴熱聚合22h ;
[0037] (2)將步驟⑴聚合物粉碎，置于索氏萃取器中，加入270mL甲醇和30mL冰乙酸作 萃取溶劑，連續萃取42h，至萃取液中無速滅威檢測出來為止。55°C真空干燥9h，得速滅威 上轉換熒光分子印跡聚合物。
[0038] 將上轉換熒光納米棒β - NaYF4:Yb3+，Er3+，即UCNPs以及實施例一制備的速滅威 上轉換熒光分子印跡聚合物，即UCNPs麵IP分別進行掃描電鏡分析。
[0039] 如圖1和圖2所示，UCNPs和UCNPs麵IP在掃描電鏡下均呈現六棱柱形狀。圖1是 UCNPs的掃描電鏡圖，圖中的i3-NaYF4:Yb3+，Er3+六棱柱表面光滑，外形均一，均為橫截面是 六方形的柱狀結構，平均長度約為2μπι，粒徑約為llOnm。目前在已報道的文獻中，六方晶 相的NaYF 4 :Yb3+，Er3+( S卩β -NaYF4:Yb3+，Er3+)是一種發光效率最高的上轉換材料，其發光效 率要遠高于立方晶相的NaYF 4: Yb3+, Er3+。圖2是UCNPs麵IP的掃描電鏡圖，從圖中可以看到， 經過分子印跡聚合物包埋后整體構型不變，依然是六棱柱形，但粒徑大小略有增大，增加的 部分即為MIP膜。
[0040] 為了能夠更加清晰的研究材料的生長和聚合情況，對UCNPs晶體和實施例一制備 的UCNPs麵IP進行了透射電鏡觀察。圖3是裸UCNPs晶體的透射電鏡圖，從圖中可以看出， 樣品的單分散性很好，粒徑比較均勻，為六棱柱結構，納米晶的平均長度約為2 μ m，粒徑約 為100-200nm，與掃描電鏡結果一致。圖4是包埋分子印跡膜之后的UCNPs麵IP，可以清晰 的看出，我們已經成功的在UCNPs納米晶表面包上了一層MIP，包埋之后的樣品的單分散性 依然較好，粒徑比較均勻，膜的厚度也比較均一。
[0041] 測定實施例一制備的UCNPs麵IP和非印跡聚合物UCNPs_IP對模板分子速滅威的 吸附能力。它們的熒光發射譜帶均位于542. 5nm。從圖5可以發現，隨著速滅威的濃度的增 大，UCNPs麵IP的熒光猝滅量也逐漸增大。一般來說，熒光猝滅量的大小取決于材料對模板 分子的吸附量。由于UCNPs外包一層MIP，外面的分子印跡層中有大量的針對模板分子而形 成的特異性孔穴。對比圖5和圖6,可以明顯看出，在相同的速滅威吸附液濃度下，UCNPslg MIP熒光猝滅量高于UCNPs_IP的猝滅量。根據標準曲線可以計算印跡因子IF 2，計算方法 為Kmip和Knip的比值，分別是圖5和圖6中標準曲線的斜率。在各自最優的條件下，計算出 IF2(KMIP/KNIP)的數值為1.74。印跡因子可以說明與非印跡聚合物UCNPs_IP相比，印跡聚 合物UCNPs麵IP的熒光猝滅效率更高，對模板分子的吸附量明顯更大。
[0042] 將實施例一制備的UCNPs麵IP和UCNPs_IP分別進行吸附動力學實驗。吸附動力 學實驗可以表征合成的UCNPs麵IP的傳質速率。實驗結果顯示，當吸附時間僅為15min時， 能夠完成吸附平衡的50%，達到完全的吸附平衡只需要30min。這一現象說明，與傳統分子 印跡材料相比，合成的新型材料UCNPs麵IP具有較快的傳質速率。其原因可能是，新型分子 印跡材料的印跡位點位于表層，模板分子較易進入，這同時也證明了本實驗合成的新型分 子印跡材料具有傳質速率快的特點，能有效的克服傳統分子印跡傳質速率較慢的缺陷。
[0043] 將實施例一中制備的UCNPs麵IP和UCNPs_IP分別進行選擇性和競爭實驗。特異 性是分子印跡材料最顯著的優點。為了評價實驗中所合成的UCNPs麵IP對模板分子的特 異性，我們選取了速滅威及其結構類似物殘殺威、西維因和異丙威進行選擇性和競爭實驗。 先配置各自I. Omg L-1的單標水溶液，使用UCNPs麵IP和UCNPs_IP分別對其進行吸附，結 果如圖7所示。只有模板分子速滅威對UCNPs麵IP產生了明顯的猝滅效果，而非印跡聚合 物UCNPs_IP對于幾種氨基甲酸酯類農藥的吸附量都很小。在這三種競爭物中，異丙威對 UCNPs麵IP的猝滅量相對較大，西維因和殘殺威對UCNPs麵IP的猝滅量相對較小，其原因 可能是物質的結構的不同造成的。與其他幾種競爭物相比，異丙威的結構相對與速滅威的 結構更加類似，它們結構式的差異僅僅是R取代基側鏈長短的不同。西維因的結構式中有 萘環，增大了西維因的空間位阻；而殘殺威的R取代基的結構較為復雜，使得這兩種物質對 UCNPs麵IP的熒光猝滅量較小，即UCNPs麵IP對這兩種競爭物的吸附量相對較小。
[0044] 配置濃度為I. Omg I/1四種氨基甲酸酯類農藥混合標液，用UCNPs麵IP和UCNPs@ NIP分別對其進行吸附，結果顯示，與選擇性實驗中速滅威對材料的猝滅結果相比，在競爭 條件下，UCNPs麵IP的熒光強度沒有發生明顯的變化，進一步驗證了 UCNPs麵IP對于模板分 子良好的識別性能。競爭物的存在沒有對其熒光強度產生明顯干擾，熒光強度的變化僅由 模板分子速滅威引起。
[0045] 以上對本發明創造的實施例進行了詳細說明，但所述內容僅為本發明創造的較佳 實施例，不能被認為用于限定本發明的實施范圍。凡依本發明創造范圍所作的均等變化與 改進等，均應仍歸屬于本專利涵蓋范圍之內。
【權利要求】
1. 一種上轉換熒光分子印跡聚合物，其特征在于：采用上轉換熒光納米材料作為支持 體，以速滅威為模板分子，以甲基丙烯酸為功能單體，利用分子印跡技術中的包埋法制備。
2. 根據權利要求1所述的上轉換熒光分子印跡聚合物，其特征在于：所述上轉換熒光 納米材料為上轉換熒光納米棒β -NaYF4:Yb3+，Er3+。
3. -種制備如權利要求2所述的上轉換熒光分子印跡聚合物的方法，其特征在于，包 括如下的制備步驟： 1) 先加入上轉換熒光納米棒β -NaYF4 :Yb3+，Er3+，再加入溶劑四氫呋喃和甲苯以及速 滅威模板分子，充分攪拌使其完全溶解，然后加入甲基丙烯酸，充分攪拌l_2h ;加入交聯劑 乙二醇二甲基丙烯酸酯和引發劑偶氮二異丁腈反應〇. 3-0. 5h ;通氮氣3-10min后，55-60°C 水浴熱聚合18_22h ; 2) 將步驟1)制備的聚合物粉碎，置于索氏萃取器中，加入270mL甲醇和30mL冰乙酸作 萃取溶劑，連續萃取40-48h，至萃取液中無速滅威檢測出來為止，50-60°C真空干燥8-12h， 得到速滅威上轉換熒光分子印跡聚合物。
4. 根據權利要求3所述的上轉換熒光分子印跡聚合物的制備方法，其特征在于：步驟 1) 中，加入甲基丙烯酸后，充分攪拌Ih;加入交聯劑和引發劑后反應0.5h，通氮氣lOmin， 60°C水浴熱聚合20h。
5. 根據權利要求3所述的上轉換熒光分子印跡聚合物的制備方法，其特征在于：步驟 2) 中，將步驟1)制備的聚合物粉碎，置于索氏萃取器中，加入270mL甲醇和30mL冰乙酸作 萃取溶劑，連續萃取48h，至萃取液中無速滅威檢測出來為止，60°C真空干燥10h，得到速滅 威上轉換熒光分子印跡聚合物。
6. 根據權利要求3?5所述的上轉換熒光分子印跡聚合物的制備方法，其特征在于： 步驟1)中，所述的上轉換熒光納米棒與速滅威模板分子的質量比為1:0. 5-1:0. 8,優選為 1 ：0. 66〇
7. 根據權利要求3?5所述的上轉換熒光分子印跡聚合物的制備方法，其特征在于： 步驟1)中，所述溶劑四氫呋喃與甲苯的體積比為1:0. 5-1:2,優選為1 :1。
8. 根據權利要求3?5所述的上轉換熒光分子印跡聚合物的制備方法，其特征 在于：步驟1)中，所述的速滅威、甲基丙烯酸、乙二醇二甲基丙烯酸酯的摩爾比例為 1:3:3-1:4:10,優選為 1 :4 :4。
9. 根據權利要求3?5所述的上轉換熒光分子印跡聚合物的制備方法，其特征在于： 步驟2)中，所述的甲醇與冰乙酸的提取液甲醇與冰乙酸的體積比為10:1-8:1，優選為9:1。
【文檔編號】C08F2/44GK104211857SQ201410446636
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月4日 優先權日:2014年9月4日
【發明者】王碩, 錢坤, 王俊平, 方國臻 申請人:天津科技大學