一種具有多識(shí)別功能的熒光聚合物及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的技術(shù)領(lǐng)域包括材料制備、生物和環(huán)境離子檢測(cè)以及pH檢測(cè)，具體地 說，涉及具有銅離子、硫陰離子和PH識(shí)別功能的熒光聚合物及其制備方法，以及該熒光聚 合物在水中銅離子、硫陰離子和pH檢測(cè)的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 銅是一種人體所必需的微量元素，在人體的含量?jī)H次于鋅。銅參與人體內(nèi)的多種 生理反應(yīng)，特別是跟酶催化有關(guān)的反應(yīng)。人體內(nèi)銅的含量過多會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性，更有甚者 會(huì)導(dǎo)致腎衰竭等疾病。如果土壤中的銅過量，會(huì)造成土壤中的微生物量減少，從而導(dǎo)致土壤 板結(jié)和土壤失肥?？梢姡瑢?duì)銅離子的直接快速檢測(cè)一直以來都是科學(xué)研宄的熱點(diǎn)。另一方 面，硫陰離子檢測(cè)研宄一直以來也備受關(guān)注，對(duì)人體而言，適量的硫離子可以起到消毒殺菌 的作用，過量使用則會(huì)損傷皮膚和組織。再者，生物體內(nèi)的PH環(huán)境對(duì)其體內(nèi)的各種生理反 應(yīng)有較大影響，且環(huán)境等方面的PH檢測(cè)也至關(guān)重要。
[0003] 檢測(cè)銅離子和硫陰離子的方法有很多，如原子吸收光譜、離子選擇性電極、熒光分 子傳感器等檢測(cè)方法，但是目前普遍使用和被認(rèn)可的檢測(cè)方法是熒光分子傳感器檢測(cè)法。 熒光分子傳感器能夠?qū)⒎肿?離子結(jié)合信息轉(zhuǎn)換成易被檢測(cè)的熒光信號(hào)，從而達(dá)到對(duì)離子 的識(shí)別和檢測(cè)的目的。熒光分子傳感器對(duì)離子的分析和檢測(cè)較傳統(tǒng)的離子檢測(cè)方法具有以 下優(yōu)點(diǎn)：通過熒光強(qiáng)度的變化可以直觀體現(xiàn)離子的存在，且具有高的靈敏度；熒光測(cè)量方 法是非入侵的，對(duì)樣品不具有破壞性。
[0004] 焚光分子傳感器的識(shí)別機(jī)理一般包括光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移，光誘導(dǎo)電荷轉(zhuǎn)移，激基締 合物和熒光共振能量轉(zhuǎn)移（FRET)等幾類。其中，利用FRET原理來進(jìn)行熒光分子傳感器設(shè) 計(jì)具有以下兩個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)。首先，它可利用結(jié)合各種傳統(tǒng)熒光染料(給體）與離子識(shí)別基團(tuán) (受體）來實(shí)現(xiàn)對(duì)多種離子的識(shí)別檢測(cè)；其次，F(xiàn)RET過程并不直接產(chǎn)生具有氧化還原活性的 離子，對(duì)被檢測(cè)物或生物組織不產(chǎn)生損害或其他不利過程。通常，基于FRET原理的熒光分 子傳感器，可以通過設(shè)計(jì)合適的給體與受體基團(tuán)來實(shí)現(xiàn)對(duì)特定離子的專屬性識(shí)別功能。然 而，這些基于FRET原理設(shè)計(jì)合成的熒光分子傳感器大多涉及比較復(fù)雜的合成路線，不利于 放大合成與批量生產(chǎn)應(yīng)用。而且，大多數(shù)熒光分子傳感器在水中的溶解性較差，無法適用于 純水體系，從而限制了它們?cè)趯?shí)際環(huán)境與生物離子檢測(cè)中的應(yīng)用前景。因此，發(fā)展一種能直 接在水中檢測(cè)銅離子和硫陰離子的制備簡(jiǎn)單、靈敏度高的新型熒光傳感器無疑將具有廣泛 的實(shí)用價(jià)值。
[0005] 在以往的傳感器設(shè)計(jì)中，大部分只涉及單組分的檢測(cè)，而實(shí)際應(yīng)用中往往涉及檢 測(cè)對(duì)象的多組分檢測(cè)，比如污水的重金屬和PH值、自來水的硬度和漂白粉含量等。所以常 常需要更換檢測(cè)設(shè)備等，這樣使得檢測(cè)繁瑣。所以，探索一種多功能的傳感器具有巨大的應(yīng) 用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種具有多識(shí)別功能的熒光聚合物的制備方法，該制備方 法簡(jiǎn)單，只需將水溶性支化聚乙烯亞胺（PEI)與適量的異硫氰酸熒光素（FITC)充分混合， 通過共價(jià)鍵結(jié)合，得到含有FITC的熒光聚合物，進(jìn)一步研宄表明，該熒光聚合物能夠直接 在水中實(shí)現(xiàn)對(duì)銅離子、硫陰離子和pH的高靈敏度、高選擇性識(shí)別功能。
[0007] 本發(fā)明的目的是通過下述方式實(shí)現(xiàn)的：一種具有多識(shí)別功能的熒光聚合物的制備 方法，步驟如下： (1) 將一定分子量的支化聚乙烯亞胺和水按質(zhì)量比為1 :50~150,優(yōu)選為1 :90~110配 成均勻的水溶液后，加入相對(duì)于支化聚乙烯亞胺質(zhì)量的0. 5%~4%，優(yōu)選為I. 8%~2. 4%的異硫 氰酸熒光素，室溫下反應(yīng)24~72小時(shí)； (2) 選擇合適截留分子量的透析袋，將步驟（1)反應(yīng)得到的溶液在水中透析3~5次，除 去未反應(yīng)的FITC，從而制得一種具有多識(shí)別功能的熒光聚合物。
[0008] 上述的一種具有多識(shí)別功能的熒光聚合物的制備方法，所述步驟（1)中，支化聚乙 烯亞胺的分子量為1800、10000或70000中任一種。
[0009] 上述的一種具有多識(shí)別功能的熒光聚合物的制備方法，所述步驟（2)中，透析袋的 截留分子量應(yīng)位于異硫氰酸熒光素的分子量和所選擇的支化聚乙烯亞胺分子量之間。
[0010] 根據(jù)上述制備方法制備的具有多識(shí)別功能的熒光聚合物，其具體的反應(yīng)過程如 下：
一種根據(jù)上述的制備方法制備的具有多識(shí)別功能的熒光聚合物。
[0011] 根據(jù)上述制備方法制備的熒光聚合物在水中銅離子和硫陰離子以及pH檢測(cè)中的 應(yīng)用。
[0012] 本發(fā)明采用將熒光物質(zhì)FITC與支化聚合物結(jié)合，使聚合物鏈上同時(shí)帶有熒光基 團(tuán)和多個(gè)氨基，形成可以分別在水中檢測(cè)銅離子、硫陰離子和PH的熒光聚合物。在水介質(zhì) 中，通過銅離子與聚合物上的眾多氨基形成絡(luò)合物，可以和聚合物上的FITC熒光團(tuán)發(fā)生有 效的FRET，使聚合物的熒光強(qiáng)度逐漸降低，從而實(shí)現(xiàn)在水介質(zhì)中對(duì)銅離子的高靈敏度、高選 擇性的檢測(cè)。在此基礎(chǔ)上，隨著硫陰離子的加入，該絡(luò)合作用會(huì)逐漸解除，從而使之前發(fā)生 的FRET效應(yīng)逐漸消失，導(dǎo)致聚合物的熒光強(qiáng)度逐漸恢復(fù)，從而可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)硫陰離子的 高靈敏度、高選擇性檢測(cè)。再者，由于FITC本身對(duì)水中的pH有靈敏的響應(yīng)性，其熒光強(qiáng)度 能夠隨著溶液PH的增大而逐漸增強(qiáng)，當(dāng)PEI接上此熒光基團(tuán)，這種熒光聚合物也體現(xiàn)出對(duì) pH的高靈敏響應(yīng)性，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水中pH的高靈敏度的識(shí)別。本發(fā)明所制備的這種熒光聚合 物將銅離子、硫陰離子和PH檢測(cè)三者結(jié)合起來，提供了一種新的能夠分別檢測(cè)銅離子、硫 陰離子和PH的有效方法，不僅合成路線簡(jiǎn)單，后處理方便，投入成本低，且熒光強(qiáng)度較強(qiáng)， 具有良好的選擇性和靈敏度，適于放大合成和實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用，在分析化學(xué)、環(huán)境科學(xué)以及生 命科學(xué)等技術(shù)領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0013] 圖1為PEI與熒光聚合物的紫外吸收對(duì)比圖，表明PEI上已經(jīng)成功接上FITC。
[0014] 圖2為不同銅離子濃度時(shí)，熒光聚合物（固含量：0. 03 wt%)的熒光發(fā)射光譜變 化圖（Aex = 490 nm)，[Cu2+] = 0 (a)、5. OXlCT6 mol/L (b)、l. OXlCT5 mol/L (c)、 2.0X105mol/L (d)、3.0X105mol/L (e)、4.0X105 mol/L (f)、5.0X105 mol/L (g)、 6.0Xl(T5mol/L (h)、7.0Xl(T5 mol/L (i)、8.0Xl(T5 mol/L (j)、9.0Xl(T5 mol/L (k)、 LOXlO4 mol/L (1)、L1X104 mol/L (m)〇
[0015] 圖3為各種金屬離子對(duì)焚光聚合物焚光強(qiáng)度的影響對(duì)比數(shù)據(jù)圖（固含量：0. 03 wt%，加入后的金屬離子的濃度均為1.0 X KT5 mol/L，I/%為各金屬離子加入前后的熒光聚 合物在以490nm為激發(fā)波長(zhǎng)，52 Inm為發(fā)射波長(zhǎng)處熒光強(qiáng)度的比值)。
[0016] 圖4為各種金屬離子分別與銅離子共存時(shí)對(duì)熒光聚合物熒光強(qiáng)度的影響對(duì)比數(shù) 據(jù)圖（固含量：0.03 wt%，加入后的金屬離子以及銅離子的濃度均為L(zhǎng)OX KT5 mol/L，1/1。 為各金屬離子加入前后的熒光聚合物在以490nm為激發(fā)波長(zhǎng)，521nm為發(fā)射波長(zhǎng)處熒光強(qiáng) 度的比值，BLK為不加干擾金屬離子標(biāo)準(zhǔn)為一的空白對(duì)照)。
[0017] 圖5為含銅離子（[Cu2+] =2. OX KT5 mol/1)的熒光聚合物（固含量：0.03 wt%) 在加入不同濃度S2-后的熒光發(fā)射光譜變化圖（λ ex=490nm)，[S2_]=0 (a)、1.0X10_5 mol/ L (b)> 2. 0X105mol/L (c)>3. OX 10 5mol/L (d)>4. OXlO5 mol/L (e)>5. OXlO5 mol/L (f)，6X105mol/L (g)、7.0X105 mol/L (h)、8.0X105 mol/L (i)、9.0X105 mol/L (j)、 I.0X10 4 mol/L (k)〇
[0018] 圖6為各種陰離子對(duì)加入銅離子后的熒光聚合物的熒光強(qiáng)度影響對(duì)比數(shù)據(jù)圖（固 含量：0.03 wt%，加入后的陰離子的濃度均為1.0 XKT4 mol/1，1/1。為各陰離子加入前后的 熒光聚合物在以490nm為激發(fā)波長(zhǎng)，528nm為發(fā)射波長(zhǎng)處熒光強(qiáng)度的比值)。
[0019] 圖7為各種陰離子分別與硫陰離子共存時(shí)對(duì)含銅離子（[Cu2+] =2. OX KT5 mol/1) 的熒光聚合物熒光強(qiáng)度的影響對(duì)比數(shù)據(jù)圖（固含量：0.03 wt%，加入后的陰離子以及硫陰 離子的濃度均為1.0 X KT4 mol/L，I/^為各陰離子加入前后含銅離子（[Cu 2+] =2. OX KT5mol/1)的熒光聚合物在以490nm為激發(fā)波長(zhǎng)，521nm為發(fā)射波長(zhǎng)處熒光強(qiáng)度的比值，BLK為 不加干擾陰離子標(biāo)準(zhǔn)為一的空白對(duì)照)。
[0020] 圖8為在不同pH的水溶液環(huán)境下，焚光聚合物（固含量：0· 03 wt%)的焚光發(fā)射光 譜變化圖（λεχ = 490 nm)，對(duì)應(yīng)的 pH 分別為 2、2·5、3、3·5、4、4·5、5、5·5、6、6·5。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0022] 實(shí)施例1 : 一種具有多識(shí)別功能的熒光聚合物的制備方法，包括以下步驟： (1)將分子量為1800的支化聚乙烯亞胺和水按質(zhì)量比為1 :50配成均勻的水溶液IOml 后，加入相對(duì)于支化聚乙烯亞胺質(zhì)量的0. 5%的異硫氰酸熒光素，室溫下反應(yīng)24小時(shí)。
[0023] (2)選擇截留分子量為1000的透析袋，將步驟（1)反應(yīng)得到的溶液在水中透析3 次，除去未反應(yīng)的FITC，從而制得一種具有多識(shí)別功能的熒光聚合物。
[0024] 實(shí)施例2 : 一種具有多識(shí)別功能的熒光聚合物的制備方法，包括以下步驟： (1)將分子量為10000的支化聚乙烯亞胺和水按質(zhì)量比為1 :90配成均勻的水溶液 IOml后，加入相對(duì)于支化聚乙烯亞胺質(zhì)量的1. 8%的異硫氰酸熒光素，室溫下反應(yīng)36小時(shí)。
[0025] (2)選擇截留分子量為3500的透析袋，將步驟（1)反應(yīng)得到的溶液在水中透析4 次，除去未反應(yīng)的FITC，從而制得一種具有多識(shí)別功能的熒光聚合物的制備方法。
[0026] 實(shí)施例3 : 一種具有多識(shí)別功能的熒光聚合物的制備方法，包括以下步驟： (1)將分子量為10000的支化聚乙烯亞胺和水按質(zhì)量比為1 :100配成均勻的水溶液 IOml后，加入相對(duì)于支化