本發(fā)明涉及一種木質(zhì)素基熒光納米粒子的制備方法，以及由該方法制備的熒光基納米木質(zhì)素粒子。

背景技術(shù)：

木質(zhì)素作為僅次于纖維素的可再生原料，由苯基丙烷結(jié)構(gòu)單元通過醚鍵和碳-碳鍵連接構(gòu)成的具有三維空間結(jié)構(gòu)的高分子聚合物。由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不同種類木質(zhì)素結(jié)構(gòu)性能差異大，傳統(tǒng)上被認(rèn)為是一種制漿造紙廢料或低價(jià)值副產(chǎn)品。然而，由于其表面具有羥基等反應(yīng)活性位點(diǎn)，為其化學(xué)修飾提供可能，且其展示較好的生物降解、生物兼容性和低毒性。隨著能源問題和環(huán)境污染問題的突出，木質(zhì)素作為一種可再生生物質(zhì)原料日益受到廣泛關(guān)注。納米木質(zhì)素為木質(zhì)素產(chǎn)品高附加值利用提供一種新的途徑。由于木質(zhì)素大分子中含有剛性鏈段(苯環(huán))，使其具有替代傳統(tǒng)納米金屬粒子作為材料增強(qiáng)相的潛力。中國專利CN 102002165A、CN 103145999A、CN 103254452A、CN 104497322A和CN 103242555A分別提出超臨界反溶劑法、高壓均質(zhì)法、無機(jī)酸和交聯(lián)劑法、液相沉積法和乙酰化法制備了納米木質(zhì)素，但他們?cè)谥苽溥^程中都會(huì)使用一定量的酸或堿等腐蝕性催化體系。現(xiàn)有納米木質(zhì)素的應(yīng)用研究僅在木材保護(hù)，紫外防護(hù)和復(fù)合材料等方面有報(bào)道，然而通過化學(xué)接枝修飾能有效改善木質(zhì)素在聚合物基質(zhì)中的相容性且會(huì)使木質(zhì)素具有特定功能，這將有效拓展木質(zhì)素的應(yīng)用領(lǐng)域。

熒光分析技術(shù)具有敏感性、高度選擇性、反應(yīng)時(shí)間短、樣品簡單、無損檢 測、非侵入性和能實(shí)時(shí)跟蹤發(fā)生過程等優(yōu)點(diǎn)，是一種必須且強(qiáng)有力的工具，目前在藥物分析、疾病診斷、細(xì)胞成像和熒光示蹤等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛。如果將木質(zhì)素用于制備熒光材料，不但可制備高附加值木質(zhì)素基材料，也可開發(fā)具有木質(zhì)素獨(dú)特結(jié)構(gòu)的納米探針。芘及其衍生物由于在氧分子條件容易發(fā)生熒光淬滅。用芘將木質(zhì)素進(jìn)行熒光標(biāo)記且對(duì)其進(jìn)行納米化，不但能將木質(zhì)素潛在應(yīng)用于生物和傳感器系統(tǒng)，而且能有效探測木質(zhì)素納米粒子的位置。本發(fā)明所述方法簡單，條件溫和，所制備的熒光納米木質(zhì)素具有很好的氧敏感性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種熒光納米木質(zhì)素的制備方法。該方法以工業(yè)木質(zhì)素為原料，采用結(jié)合硅烷化學(xué)、酰胺化反應(yīng)和超聲處理制備熒光納米木質(zhì)素。該發(fā)明制備方法簡單，條件溫和，所制備的熒光納米木質(zhì)素具有很好的氧敏感性。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種結(jié)合硅烷化學(xué)、酰胺化反應(yīng)和超聲處理制備熒光納米木質(zhì)素的方法，步驟為：第一步，將木質(zhì)素原料加入到適量的有機(jī)溶劑中，加入適量的硅烷偶聯(lián)劑反應(yīng)一段時(shí)間后，用烷烴使硅烷偶聯(lián)劑修飾的木質(zhì)素沉淀，離心洗滌并干燥。第二步，將硅烷偶聯(lián)劑修飾的木質(zhì)素再次溶解在適量的有機(jī)溶劑中，加入適量的熒光試劑和催化劑，反應(yīng)一段時(shí)間后，用烷烴使熒光修飾的木質(zhì)素沉淀，離心洗滌并干燥。第三步，將適量的熒光修飾木質(zhì)素與水等溶劑混合，超聲一定時(shí)間得到熒光納米木質(zhì)素，粒徑分布在30～300nm。

所述的木質(zhì)素原料為堿木質(zhì)素、高沸醇木質(zhì)素、酶解木質(zhì)素中的任一種。

所用有機(jī)溶劑為四氫呋喃、二氧六環(huán)、二甲基甲酰胺中的任一種。

第一步中，所用硅烷偶聯(lián)劑種類為3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲 氧基硅烷中的任一種；酶解木質(zhì)素與硅烷偶聯(lián)劑的比值(g/ml)為0.05～0.3，反應(yīng)時(shí)間為0.5h～5h。

第二步中，熒光試劑為1-芘丁酸，催化劑為二環(huán)己基碳二亞胺和4-二甲基氨基吡啶；1-芘丁酸與硅烷修飾木質(zhì)素的比值(mM/g)為0.1～0.9，反應(yīng)時(shí)間為12h～36h。

第三步中超聲時(shí)間為0.5～2h。

附圖說明

圖1是實(shí)施例1條件下，動(dòng)態(tài)光散射儀測得的熒光納米木質(zhì)素粒徑分布圖，平均粒徑為92.5nm。

圖2是實(shí)施例1條件下，熒光修飾木質(zhì)素的激光共聚焦顯微鏡照片。A圖為正常光照片；B圖為熒光照片。

圖3是實(shí)施例1條件下，納米熒光木質(zhì)素掃描電子顯微鏡照片。

圖4是實(shí)施例1條件下，熒光木質(zhì)素制備過程中的紅外光譜圖，硅烷修飾的木質(zhì)素在794cm^-1(Si-O-C，Si-O-Si)和696cm^-1(Si-C)展示硅烷的特征峰，表明硅烷成功接枝到木質(zhì)素上；1-芘丁酸修飾的木質(zhì)素在1647cm^-1出現(xiàn)酰胺I鍵拉伸振動(dòng)的特征峰，此外，在848cm^-1出現(xiàn)明顯的芘丁酸芳香環(huán)拉伸振動(dòng)的特征峰，表明芘丁酸成功接枝到木質(zhì)素上。

圖5是實(shí)施例1條件下，熒光木質(zhì)素不同通氧時(shí)間的熒光發(fā)射光譜，隨著通入氧氣時(shí)間的增長熒光強(qiáng)度逐漸減弱，表明其展示對(duì)氧氣分子的敏感性。

具體實(shí)施方式

將0.1～1.0g木質(zhì)素加入到20ml的有機(jī)溶劑中，加入適量的硅烷偶聯(lián)劑反應(yīng) 1～4小時(shí)，用烷烴使硅烷偶聯(lián)劑修飾的木質(zhì)素沉淀，離心洗滌并干燥。然后，將0.1～1.0g硅烷偶聯(lián)劑修飾的木質(zhì)素再次溶解在20ml的有機(jī)溶劑中，加入適量的熒光試劑和催化劑，反應(yīng)一段時(shí)間后，用烷烴使熒光修飾的木質(zhì)素沉淀，離心洗滌并干燥。最后，將適量的熒光修飾木質(zhì)素與水等溶劑混合，在600W超聲一定時(shí)間得到熒光納米木質(zhì)素，粒徑分布在30-300nm。

所述的木質(zhì)素原料為堿木質(zhì)素、高沸醇木質(zhì)素、酶解木質(zhì)素中的任一種。

所用有機(jī)溶劑為四氫呋喃、二氧六環(huán)、二甲基甲酰胺中的任一種。

第一步中，所用硅烷偶聯(lián)劑種類為3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷中的任一種；酶解木質(zhì)素與硅烷偶聯(lián)劑的比值(g/ml)為0.05～0.3，反應(yīng)時(shí)間為0.5h～5h。

第二步中，熒光試劑為1-芘丁酸，催化劑為二環(huán)己基碳二亞胺和4-二甲基氨基吡啶；1-芘丁酸與硅烷修飾木質(zhì)素的比值(mM/g)為0.1～0.9，反應(yīng)時(shí)間為12h～36h。

第三步中超聲時(shí)間為0.5～2h。

實(shí)施例1：

首先，取0.3g酶解木質(zhì)素置于250ml三口燒瓶中，加入20ml四氫呋喃，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下加入3-氨丙基三乙氧基硅烷2ml，攪拌反應(yīng)4h，用正己烷沉淀，隨后轉(zhuǎn)入離心機(jī)中以6000rpm的轉(zhuǎn)速離心5min，去除上清液，再用正己烷反復(fù)洗滌2～3次并離心分離，真空干燥24h。

其次，取0.3g硅烷修飾后的木質(zhì)素置于250ml三口燒瓶中，分別加入0.15mmol的二環(huán)己基碳二亞胺、4-二甲基氨基吡啶和1-芘丁酸，隨后加入20ml四氫呋喃，氮?dú)獗Ｗo(hù)，攪拌反應(yīng)24h，用正己烷沉淀，隨后轉(zhuǎn)入離心機(jī)中以6000rpm的轉(zhuǎn)速離心5min，去除上清液，再用正己烷反復(fù)洗滌2～3次并離心分離，真空 干燥24h。

最后，濃度為0.6％的1-芘丁酸修飾木質(zhì)素水性懸浮液置入高強(qiáng)度超聲中，在功率為600W超1秒停1秒超聲2小時(shí)，最后得到熒光納米木質(zhì)素。

圖1是采用動(dòng)態(tài)光散射儀測得的熒光納米木質(zhì)素粒徑分布圖，平均粒徑為92.5nm。

圖2是熒光修飾木質(zhì)素的激光共聚焦顯微鏡照片。A圖為正常光照片；B圖為熒光照片。

圖3是納米熒光木質(zhì)素掃描電子顯微鏡照片。

圖4是熒光木質(zhì)素制備過程中的紅外光譜圖，硅烷修飾的木質(zhì)素在794cm^-1(Si-O-C，Si-O-Si)和696cm^-1(Si-C)展示硅烷的特征峰，表明硅烷成功接枝到木質(zhì)素上；1-芘丁酸修飾的木質(zhì)素在1647cm^-1出現(xiàn)酰胺I鍵拉伸振動(dòng)的特征峰，此外，在848cm^-1出現(xiàn)明顯的芘丁酸芳香環(huán)拉伸振動(dòng)的特征峰，表明芘丁酸成功接枝到木質(zhì)素上。

圖5是熒光木質(zhì)素不同通氧時(shí)間的熒光發(fā)射光譜，隨著通入氧氣時(shí)間的增長熒光強(qiáng)度逐漸減弱，表明其展示對(duì)氧氣分子的敏感性。

實(shí)施例2

首先，取0.3g酶解木質(zhì)素置于250ml三口燒瓶中，加入20ml四氫呋喃，氮?dú)獗Ｗo(hù)，加入3-氨丙基三乙氧基硅烷1ml，攪拌反應(yīng)4h，用正己烷沉淀，隨后轉(zhuǎn)入離心機(jī)中以6000rpm的轉(zhuǎn)速離心5min，去除上清液，再用正己烷反復(fù)洗滌2～3次并離心分離，真空干燥24h。

其次，取0.3g硅烷修飾后的木質(zhì)素置于250ml三口燒瓶中，分別加入0.15mmol的二環(huán)己基碳二亞胺、4-二甲基氨基吡啶和1-芘丁酸，隨后加入20ml四氫呋喃，氮?dú)獗Ｗo(hù)，攪拌反應(yīng)24h，用正己烷沉淀，隨后轉(zhuǎn)入離心機(jī)中以6000rpm 的轉(zhuǎn)速離心5min，去除上清液，再用正己烷反復(fù)洗滌2～3次并離心分離，真空干燥24h。

熒光光譜測得其熒光強(qiáng)度較實(shí)例1減弱，并且紅外光譜測得芘丁酸芳香環(huán)拉伸振動(dòng)也較實(shí)例1減弱。

實(shí)施例3

首先，取0.3g酶解木質(zhì)素置于250ml三口燒瓶中，加入20ml四氫呋喃，氮?dú)獗Ｗo(hù)，加入3-氨丙基三乙氧基硅烷3ml，攪拌反應(yīng)4h，用正己烷沉淀，隨后轉(zhuǎn)入離心機(jī)中以6000rpm的轉(zhuǎn)速離心5min，去除上清液，再用正己烷反復(fù)洗滌2～3次并離心分離，真空干燥24h。

其次，取0.3g硅烷修飾后的木質(zhì)素置于250ml三口燒瓶中，分別加入0.15mmol的二環(huán)己基碳二亞胺、4-二甲基氨基吡啶和1-芘丁酸，隨后加入20ml四氫呋喃，氮?dú)獗Ｗo(hù)，攪拌反應(yīng)24h，用正己烷沉淀，隨后轉(zhuǎn)入離心機(jī)中以6000rpm的轉(zhuǎn)速離心5min，去除上清液，再用正己烷反復(fù)洗滌2～3次并離心分離，真空干燥24h。

熒光光譜測得其熒光強(qiáng)度較實(shí)例1減弱，并且紅外光譜測得芘丁酸芳香環(huán)拉伸振動(dòng)也較實(shí)例1減弱。

實(shí)施例4

首先，取0.3g酶解木質(zhì)素置于250ml三口燒瓶中，加入20ml四氫呋喃，氮?dú)獗Ｗo(hù)，加入3-氨丙基三乙氧基硅烷2ml，攪拌反應(yīng)4h，用正己烷沉淀，隨后轉(zhuǎn)入離心機(jī)中以6000rpm的轉(zhuǎn)速離心5min，去除上清液，再用正己烷反復(fù)洗滌2～3次并離心分離，真空干燥24h。

其次，取0.3g硅烷修飾后的木質(zhì)素置于250ml三口燒瓶中，分別加入0.15mmol的二環(huán)己基碳二亞胺、4-二甲基氨基吡啶和0.09mmol的1-芘丁酸，隨 后加入20ml四氫呋喃，氮?dú)獗Ｗo(hù)，攪拌反應(yīng)24h，用正己烷沉淀，隨后轉(zhuǎn)入離心機(jī)中以6000rpm的轉(zhuǎn)速離心5min，去除上清液，再用正己烷反復(fù)洗滌2～3次并離心分離，真空干燥24h。

熒光光譜測得其熒光強(qiáng)度較實(shí)例1減弱，并且紅外光譜測得芘丁酸芳香環(huán)拉伸振動(dòng)也較實(shí)例1減弱。

實(shí)施例5

首先，取0.3g酶解木質(zhì)素置于250ml三口燒瓶中，加入20ml四氫呋喃，氮?dú)獗Ｗo(hù)，加入3-氨丙基三乙氧基硅烷3ml，攪拌反應(yīng)4h，用正己烷沉淀，隨后轉(zhuǎn)入離心機(jī)中以6000rpm的轉(zhuǎn)速離心5min，去除上清液，再用正己烷反復(fù)洗滌2～3次并離心分離，真空干燥24h。

其次，取0.3g硅烷修飾后的木質(zhì)素置于250ml三口燒瓶中，分別加入0.15mmol的二環(huán)己基碳二亞胺、4-二甲基氨基吡啶和0.21mmol的1-芘丁酸，隨后加入20ml四氫呋喃，氮?dú)獗Ｗo(hù)，攪拌反應(yīng)24h，用正己烷沉淀，隨后轉(zhuǎn)入離心機(jī)中以6000rpm的轉(zhuǎn)速離心5min，去除上清液，再用正己烷反復(fù)洗滌2～3次并離心分離，真空干燥24h。

熒光光譜測得其熒光強(qiáng)度較實(shí)例1增強(qiáng)，并且紅外光譜測得芘丁酸芳香環(huán)拉伸振動(dòng)也較實(shí)例1增強(qiáng)。