采用硅納米粒子包覆在電極上固定化金屬銥配合物的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種采用硅納米粒子包覆在電極上固定化金屬銥配合物的方法，屬于電致化學(xué)發(fā)光檢測領(lǐng)域。旨在將水不溶性的金屬銥配合物固定化在電極表面，從而實現(xiàn)直接用檢測共反應(yīng)物的目的。采用正向微乳液法制備了負(fù)載油溶性金屬銥配合物二(2-苯基喹啉)(乙酰丙酮)合銥((pq)2Ir(acac))的有機(jī)硅納米顆粒。微乳體系是雙(2-乙基己基)琥珀酸酯磺酸鈉(AOT)/正丁醇(n-BuOH)/水，在微乳體系中加入(pq)2Ir(acac)的溶液，然后加入有機(jī)硅單體，最后加入堿作為催化劑，合成負(fù)載金屬銥配合物的有機(jī)硅納米顆粒。掃描電鏡顯示合成的有機(jī)硅納米顆粒呈單分散球性，熒光光譜表明有機(jī)硅納米顆粒負(fù)載的金屬銥配合物熒光性質(zhì)沒有發(fā)生改變。將合成的硅納米顆粒滴涂到玻碳電極表面制備了固相電致化學(xué)發(fā)光電極。該電極對典型共反應(yīng)物二(2-丁基)乙醇胺(DBAE)具有很高的靈敏性和測定重現(xiàn)性。
【專利說明】采用硅納米粒子包覆在電極上固定化金屬銥配合物的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及負(fù)載金屬銥配合物的有機(jī)硅納米顆粒的合成及其修飾電極-固相電致化學(xué)發(fā)光電極的研制，該修飾電極可以用于多種有機(jī)胺類物質(zhì)的快速檢測。
【背景技術(shù)】
[0002]電致化學(xué)發(fā)光(Electrochemiluminescence or ECL)主要是通過電化學(xué)手段，利用待測體系中的某些化合物在電化學(xué)反應(yīng)中生成不穩(wěn)定的電子激發(fā)中間態(tài)，當(dāng)激發(fā)態(tài)的該物質(zhì)躍遷回基態(tài)時產(chǎn)生光輻射。這種電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的光輻射強(qiáng)度可以被用以確定物質(zhì)含量。由于ECL是利用電解技術(shù)在電極表面產(chǎn)生某些氧化還原物質(zhì)而導(dǎo)致的化學(xué)發(fā)光，所以該方法具有裝置簡單、重現(xiàn)性好、可進(jìn)行原位(in situ)檢測以及高靈敏度和高選擇性等特點，可廣泛應(yīng)用于多種物質(zhì)的檢測。
[0003]聯(lián)吡啶釕[Ru(bpy)32+]由于具有水溶性好，化學(xué)性能穩(wěn)定，氧化還原可逆，發(fā)光效率高和可電化學(xué)再生等特點而廣泛應(yīng)用于ECL的研究中[I]。但是很多情況下聯(lián)吡啶釕的發(fā)光體系是在水溶液中進(jìn)行的，由于昂貴的Ru (bpy)32+試劑被大量消耗，導(dǎo)致較高的分析成本，從而限制了 Ru(bpy)32+電致化學(xué)發(fā)光的應(yīng)用。由于聯(lián)吡啶釕在電極表面的反應(yīng)是可逆的[2]，為此人們提出利用電極修飾方法，將Ru (bpy) 32+固定在電極上，減少試劑的消耗，制成可重復(fù)使用的電致化學(xué)發(fā)光傳感器。目前文獻(xiàn)上報道對Ru (bpy) 32+及其衍生物的固定化方法已經(jīng)有很多，如Bard等人首先報道了用Langmuir-Blodgett技術(shù)固定在固體電極表面單分子層聯(lián)批唳釕衍生物的ECL[3,4],但用Langmuir-Blodgett技術(shù)形成的單分子層僅僅是物理吸附于電極表面，被固定的ECL膜有時候會很不穩(wěn)定，很容易被有機(jī)溶劑所破壞，使得利Langmuir-Blodgett固定技術(shù)所獲得的固相膜的使用壽命受到一定的限制；Bard等人還報道了用自組裝技術(shù)固定在固體電極表面單分子層聯(lián)吡啶釕衍生物的ECL[5]，但自組裝膜較容易從電極表面脫落；Rubinstein, Bard將聯(lián)卩比唳釕固定在Nafion膜中，但是電化學(xué)穩(wěn)定性不好；溶膠-凝膠法(sol-gel method)是濕化學(xué)材料制備的新興方法，但效果都不是特別理想，因此需要尋找新的發(fā)光試劑以及固定化方法來發(fā)展更穩(wěn)定而靈敏的電化學(xué)發(fā)光傳感器。近年來，常用作有機(jī)發(fā)光材料的銥配合物由于高的光致發(fā)光效率、寬的發(fā)射波長和穩(wěn)定的氧化還原性質(zhì)等特點，在電致化學(xué)發(fā)光領(lǐng)域已有相當(dāng)多的研究[6-11]。在非水環(huán)境，有些銥配合物的電致化學(xué)發(fā)光效率高于三聯(lián)吡啶釕(II (Ru (bpy) 32+)。其中二(1-苯基喹啉)(乙酰丙酮)合銥(III) (pq)2Ir (acac)具有更高的發(fā)光效率，Jin-Kyu Lee[10]報道(Pq)2IHacac)/三正丙基胺(TPA)氧化還原電致化學(xué)發(fā)光的機(jī)理和發(fā)光效率，在乙腈溶劑中，當(dāng)金屬配合物濃度相同時，(pq)2Ir (acac)/TPA體系的電致化學(xué)發(fā)光效率是Ru (bpy) 32+/TPA體系的77倍。但是在溶劑相中，大量的銥配合試劑被消耗，直接導(dǎo)致了環(huán)境污染和分析成本上升。因此將金屬銥配合物固定到電極表面就顯得尤為重要。Simone zanarini [12]課題組首次將銥配合物((Pq)2Ir(acac))摻雜到聚乙二醇(PEG)改性的二氧化硅納米顆粒中，該硅納米顆粒具有生物親和性，水溶性，將(Pq)2IHacac)的電致化學(xué)發(fā)光擴(kuò)大到水溶液體系。但是該方法同樣消耗試劑，并且電致化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度很弱。宋啟軍等[13]首次用酸化的多壁碳納米管(MWCNT)固定一種銥配合物，，陳國南[14]提出用酸化的碳納米管(CNT)/ (Nafion)復(fù)合膜固定銥配合物-((pq) 2Ir (acac)),制備電致化學(xué)發(fā)光傳感器。但是由于金屬銥配合物裸露在電極表面容易被污染，以上兩種傳感器沒有解決重現(xiàn)性和使用壽命的問題。宋啟軍等公開了基于銥配合物電致發(fā)光與分子印跡識別技術(shù)的傳感器的專利
[15]，該專利采用聚乙烯醇(PVA)/CNT固定金屬銥配合物修飾電極，但是該方法制備過程耗時較長。通過正向微乳液法，制備負(fù)載油溶性熒光分子硅納米顆粒，該方法簡單，粒徑可控，已經(jīng)應(yīng)用于生物領(lǐng)域[16]。
[0004]本發(fā)明采用了發(fā)光效率高的金屬銥配合物-((pq)2Ir (acac))作為發(fā)光物質(zhì)，該銥配合物的不溶于水，可以與一些共反應(yīng)物作用，產(chǎn)生較強(qiáng)的發(fā)光，通過在正相微乳液合成負(fù)載金屬銥配合物的有機(jī)硅納米顆粒，制備方法簡單，形成的納米顆粒粒徑可控，金屬配合物的電致發(fā)光性質(zhì)沒有改變，并且有機(jī)硅烷進(jìn)行水解聚合反應(yīng)，被包裹的金屬銥配合物不受氧猝滅的干擾，因此本發(fā)明可以很好的解決已有技術(shù)中發(fā)光試劑被污染、氧猝滅、重現(xiàn)性差和使用壽命短等關(guān)鍵問題。
[0005]本發(fā)明通過A0T/n-Bu0H/水形成的膠束體系,控制合成的納米顆粒的大小，小粒徑的納米顆粒具有更大的比表面積，單位體積負(fù)載更多的發(fā)光物質(zhì)，通過改變催化劑堿的用量和種類，以及控制反應(yīng)時間，來改變硅烷的聚合度。進(jìn)而得到了顆粒大小適當(dāng)，電子的傳遞效率較高的負(fù)載物粒子，并成功制備了固定化發(fā)光試劑銥配合物的固相電極，用于典型共反應(yīng)物，二(2-丁基)乙醇胺(DBAE)的檢測，獲得了良好的效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種固定金屬銥配合物的方法，用合成包裹銥配合物的有機(jī)娃納米顆粒修飾玻碳電極，制備固相電致化學(xué)發(fā)光電極，合適尺寸的納米顆粒不會影響電極表面的電子傳遞并且能夠防止發(fā)光試劑被污染，該固相電致化學(xué)發(fā)光電極的特點是靈敏度高、重現(xiàn)性好、使用壽命長并且所需發(fā)光試劑量少。
[0007]為了得到具有上述優(yōu)異性能的負(fù)載銥配合物的有機(jī)硅納米顆粒，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:本發(fā)明中的負(fù)載銥配合物的納米顆粒的制作方法采用了正向微乳液法，考察了影響納米顆粒大小的因素，1、表面活性劑與水的比值，2，聚合單體硅烷的種類和用量，3催化劑的種類和用量。通過改變以上條件，可以合成不同尺寸的納米顆粒。
[0008]本發(fā)明將AOT，n-BuOH加入到20ml超純水中，磁力攪拌，使AOT完全溶解至澄清。用移液槍移取10.08mmol/L(Pq)2Ir (acac)溶液加入到膠束體系，磁力攪拌。再向膠束體系中加入有機(jī)硅氧烷作為水解聚合單體，磁力攪拌一段時間。然后加入碳酸鈉作為催化劑，攪拌后得到紅色的包裹銥配合物的硅納米顆粒乳濁液。用透析袋透析，除去AOT和n-BuOH得到的透析液。透析后的有機(jī)硅納米顆粒能夠在水中良好分散。用微量進(jìn)樣器移取移分散液，滴涂到玻碳電極表面，將電極置于空氣中，使溶劑揮發(fā)掉，在電極表面形成均一的膜，即制得了電化學(xué)發(fā)光傳感器。
[0009]本發(fā)明的負(fù)載金屬銥配合物有機(jī)硅納米顆粒具有疏水的官能團(tuán)，能夠在電極表面穩(wěn)定存在。該納米顆粒帶有負(fù)電荷，通過靜電吸附作用，富集更多的有機(jī)胺類，提高修飾電極的靈敏度。本發(fā)明的負(fù)載銥配合物的納米顆粒粒徑小，有望在生物領(lǐng)域得到應(yīng)用。【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1包裹金屬銥配合物的硅納米顆粒的掃描電鏡圖(乙烯基三甲氧基硅烷為單體)。
[0011]圖2包埋(Pq)2Ir (acac)的二氧化娃納米顆粒分散液和(pq)2Ir (acac)溶液(二甲亞砜=H2O =1:1)中的熒光光譜(激發(fā)波長=273nm)。
[0012]圖3pH值與電致化學(xué)發(fā)光值的關(guān)系，5X 10_6mol/L DBAE磷酸鹽緩沖溶液(pH8.0)掃速 100mV/s。
[0013]圖4修飾電極的重現(xiàn)性，測試溶液為含有2X 10_6mol/L DBAE磷酸鹽緩沖溶液(ρΗ8.0)掃速 100mV/so
[0014]圖5納米顆粒的粒度分布圖(DLS)和掃描電鏡圖(乙烯基三乙氧基硅烷為單體)。
[0015]圖6銥配合物二氧化硅納米顆粒修飾電極檢測DBAE的標(biāo)準(zhǔn)曲線。
【具體實施方式】
[0016]為了更清楚地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面通過實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。需要說明的是，以下是發(fā)明人給出的具體實施例，但本發(fā)明不限于這些實施例。
[0017]實例1.傳感器的制備:0.44gA0T,800yL n_Bu0H加入到20ml超純水中，磁力攪拌，使AOT完全溶解至澄清。用移液槍移取10.08mmol/L (pq)2Ir (acac)的DMSO溶液100 μ I加入到膠束體系，磁力攪拌。再向膠束體系中加入500 μ L乙烯基三甲氧基硅烷，磁力攪拌Ih0最后加入20 μ I濃氨水，磁力攪拌20h，得到紅色的摻雜銥配合物的二氧化硅納米顆粒乳濁液。用截留分子量為12-14KDa的透析袋透析50h，除去AOT和n_Bu0H得到的透析液。透析后的二氧化硅納米顆粒，分散均勻，用微量進(jìn)樣器移取移取10 μ L分散液，滴涂到玻碳電極表面，將電極置于空氣中，使溶劑揮發(fā)掉，在電極表面形成均一的膜，即制的了電化學(xué)發(fā)光傳感器。合成硅納米顆粒的掃描電鏡如圖1，(pq)2Ir (acac)溶液和納米顆粒的分散液的熒光發(fā)射光譜如圖2，納米顆粒修飾電極檢測DBAE是pbs緩沖液pH優(yōu)化如圖3，納米顆粒修飾電極的重現(xiàn)性如圖4。
[0018]實例2.傳感器的制備:0.44gA0T,800y I η-BuOH加入到20ml超純水中，磁力攪拌，使AOT完全溶解至澄清。用移液槍移取10.08mmol/L (pq)2Ir (acac)的DMSO溶液100 μ I加入到膠束體系，磁力攪拌lh。再向膠束體系中加入500 μ L乙烯基三乙氧基硅烷，磁力攪拌20h。最后加入20 μ I濃氨水，磁力攪拌20h，得到紅色的摻雜銥配合物的二氧化硅納米顆粒乳濁液。用截留分子量為12-14KDa的透析袋透析50h，除去AOT和n_Bu0H得到的透析液用0.2μ I微孔濾膜過濾。透析后的二氧化硅納米顆粒，分散均勻，用微量進(jìn)樣器移取移取10 μ L分散液，滴涂到玻碳電極表面，將電極置于空氣中，使溶劑揮發(fā)掉，在電極表面形成均一的膜，即制的了電化學(xué)發(fā)光傳感器。合成有機(jī)硅納米顆粒的SEM如圖5。
[0019]實例3.傳感器的制備:0.33gA0T，600y I η-BuOH加入到20ml超純水中，磁力攪拌，使AOT完全溶解至澄清。用移液槍移取10.08mmol/L (pq)2Ir (acac)的DMSO溶液100 μ I加入到膠束體系，磁力攪拌lh。再向膠束體系中加入500 μ L苯基三甲氧基硅烷，磁力攪拌lh。最后慢慢加入0.042g碳酸鈉，磁力攪拌20h，得到紅色的摻雜銥配合物的二氧化硅納米顆粒乳濁液。用截留分子量為12-14KDa的透析袋透析50h，除去AOT和n-BuOH得到的透析液用0.2μ I微孔濾膜過濾。透析后的二氧化硅納米顆粒，分散均勻，用微量進(jìn)樣器移取移取10 μ L分散液，滴涂到玻碳電極表面，將電極置于空氣中，使溶劑揮發(fā)掉，在電極表面形成均一的膜，即制的了電化學(xué)發(fā)光傳感器。
[0020]實例4.傳感器的制備:0.33gA0T，600y I n-BuOH加入到20ml超純水中，磁力攪拌，使AOT完全溶解至澄清。用移液槍移取10.08mmol/L (pq)2Ir (acac)的DMSO溶液100 μ I加入到膠束體系，磁力攪拌lh。再向膠束體系中加入500 μ L苯基三甲氧基硅烷，磁力攪拌lh。最后慢慢加入0.042g碳酸鈉，磁力攪拌20h，得到紅色的摻雜銥配合物的二氧化硅納米顆粒乳濁液。用截留分子量為12-14KDa的透析袋透析50h，除去AOT和n-BuOH得到的透析液用0.2μ I微孔濾膜過濾。透析后的二氧化硅納米顆粒，分散均勻，用微量進(jìn)樣器移取移取10 μ L分散液，滴涂到玻碳電極表面，將電極置于空氣中，使溶劑揮發(fā)掉，在電極表面形成均一的膜，即制得了電化學(xué)發(fā)光傳感器。圖6檢測DBAE的標(biāo)準(zhǔn)曲線。
[0021]參考文獻(xiàn)
[0022][ljffallace, ff.L.，Bard, A.，J.J.Phys.Chem..83 (1979) 1350.[0023][2] Armistead, P.M.，Thorp, H.H.，Anal.Chem.73 (2001) 558.[0024][3] Zhang, X.，Bard, A.J.，J.Phys.Chem.92 (1988).5566.[0025][4]Miller, C.J., McCord, P.A., J.Bard, Langmuir.7 (1991) 2781.[0026][5] Obeng, Y.S.，Bard, A.J.，Langmuir, 7 (1991) 195.[0027][6] Richter, D.B.，Anal.Chem.，74 (2002) 1340.[0028][7]Andrzej Kapturkiewicz, Electrochimica Acta.,50(2005)3395.[0029][8] Ik.-Soo Shin, Hasuck Kim, J.Am.Chem.Soc.，127 (2005) 1614.[0030][9]Muegge, B.D.and Μ.M.Richter, Luminescence20 (2005) 76.[0031][10] Ik-Soo Shin, Jae Il Kim, J.Phys.Chem.C., 111 (2007) 2280.[0032][11] Shin，1.S.，Yeung, T.K.，Analyst, 136(2011)2151.[0033][12] Simone Z.，Enrico R.，JACS, 131 (2009) 14208.[0034][13]張慧慧，朱勝男江南大學(xué)學(xué)報10 (2011) 588.[0035][ 14] Mei, J.L., Yun Q.S.Journal of Electroanalytical Chemistry,702(2013)25.[0036][15]江南大 學(xué).銥配合物電致發(fā)光分子印跡傳感器.中國發(fā)明專利，CN1015816732009-06-04
[0037][16] Sehoon, K.，Tymish, Y.0.，J.Am.Chem.Soc.，129 (2007) 2669.
【權(quán)利要求】
1.本發(fā)明涉及用硅納米粒子包覆在電極上固定化金屬銥配合物的方法，通過正向微乳液體系合成負(fù)載金屬銥配合物的有機(jī)娃納米顆粒，進(jìn)一步將該納米顆粒固定在電極表面，并用于電致發(fā)光法直接檢測共反應(yīng)物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述有機(jī)硅納米顆粒的制備方法具有以下特征:在超純水中依次加入相對水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5-5%雙(2-乙基己基)琥珀酸酯磺酸鈉(AOT)，相對水體積分?jǐn)?shù)為0.1-6%正丁醇(n-BuOH)，攪拌，使AOT完全溶解至澄清，形成膠束；然后移取一定10-300 μ L10.08mmol/L(pq)2Ir (acac)的溶液加入到膠束體系；混勻后再向膠束體系中加入200-500 μ L有機(jī)硅氧烷，攪拌0.5-2h ;最后加入0.01-0.04g碳酸鈉(或者當(dāng)量堿度的氨水、氫氧化鈉等)攪拌6-20h，得到紅色的摻雜銥配合物的二氧化硅納米顆粒乳濁液；用截留分子量為12-14KDa的透析袋透析50h，除去AOT和n_BuOH，得到均勻分散的包裹銥配合物有機(jī)硅納米顆粒；固定化方法是用微量進(jìn)樣器移取移取1-20 μ L透析后的有機(jī)硅納米顆粒，滴涂到玻碳電極表面，待溶劑揮發(fā)后，在電極表面形成均一的膜，即制得電致化學(xué)發(fā)光固相電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1金屬銥配合物是指二(2-苯基吡啶)(Ν-苯基乙酰胺)合銥、二(2-苯基吡啶)(N-苯基苯甲酰胺)合銥、二(2-苯基吡啶)(N-(1-萘基)苯基苯甲酰胺)合銥、二(2-苯基吡啶)(N-甲基丙烯酰胺)合銥、二(2-苯基喹啉)(N-甲基丙烯酰胺)、三聯(lián)吡啶合銥。
4.根據(jù)權(quán)利要求1有機(jī)娃燒單體是指乙稀基二甲氧基娃燒、乙稀基二乙氧基娃燒、苯基三甲氧基硅烷等帶有疏水官能團(tuán)的硅烷。
【文檔編號】C25B11/00GK103529104SQ201310517369
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月25日
【發(fā)明者】宋啟軍, 劉艷麗, 韓超峰, 孫自淑 申請人:江南大學(xué)