專利名稱：共價固定指示劑染料制備高性能熒光傳感器敏感膜的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制備熒光化學傳感器的敏感膜，特別涉及的是采用共價鍵合法將 熒光指示劑染料共價固定于石英玻片上形成超薄敏感膜的工藝。
背景技術(shù)：
熒光化學傳感器具有簡便、快速、靈敏、適合遠距離測量等優(yōu)點，在臨床診 斷、生物分析、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。熒光化學傳感器制備的關(guān) 鍵是如何固定熒光指示劑染料于支持體材料上形成牢固的敏感膜。指示劑染料的 固定方法對所制得傳感器的壽命、可逆性、重現(xiàn)性、響應時間、染料的抗?jié)B漏性 及耐光漂白性等性能起到?jīng)Q定性的作用。據(jù)文獻報道，指示劑染料的固定方法有 物理包埋法、靜電吸附固定法、共價鍵合法。
物理包埋法是通過物理的方法將熒光指示劑染料包埋于惰性多孔材料中，制 得相應的熒光傳感器。文獻報道了大量基于物理包埋法固定指示劑染料的光化學 傳感器，所用的成膜材料主要有丙烯酰胺聚合物膜、丙烯酸酯及其衍生物的聚合 物膜、溶膠-凝膠膜、聚氯乙烯(PVC)膜、纖維素膜、Nafion膜及其它膜材料。 物理包埋法的優(yōu)點是簡單易行，成本低，缺點是熒光指示劑染料固定不牢固，存 在染料的流失問題，所制得的熒光傳感器的壽命短，重現(xiàn)性差。
靜電吸附固定法是利用具有帶電基團的剛性支持體材料來固定帶有相反電 荷的熒光指示劑，主要是采用離子交換樹脂(或離子交換膜)固定帶電荷或具有 強極性取代基的熒光指示劑，例如陽離子交換樹脂可以固定帶正電荷的若丹明類 試劑，陰離子交換樹脂可以固定帶磺酸基或羧基的熒光指示劑。用靜電吸附固定 法固定熒光指示劑時，若釆用強結(jié)合能力的樹脂，熒光指示劑還是固定得比較牢 固的，但熒光指示劑易被樣品和溶劑分子所取代。
從理論上講，采用共價鍵合法，將熒光指示劑染料共價固定于支持體材料上 形成敏感膜，可以從根本上解決指示劑染料的流失問題。 一些國內(nèi)外研究者在此 方面進行了部分嘗試，選擇石英玻片作為載體，將熒光指示劑染料用紫外光聚合 技術(shù)共價固定于玻片上，制得了一些光化學傳感器，其染料幾乎不流失，但所制得的傳感器敏感膜的厚度不宜控制，膜的響應較慢、可逆性，重現(xiàn)性不太理想。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服紫外光聚合法共價固定熒光指示劑染料所制備傳感器的不足，我們 設計了一種共價固定指示劑染料的新工藝，即通過一系列步驟將指示劑染料共價 固定到石英玻片的最外表層，制得超薄的敏感膜。
本發(fā)明的技術(shù)方案是通過下述方案實現(xiàn)的
本發(fā)明的制備步聚包括
(1) 石英玻片的預處理將玻片依次用3Yq的HF酸、10%&02清洗，然后 用蒸餾水沖洗干凈，室溫干燥。
(2) 向玻片上引入巰基將(3-巰基丙基)三甲氧基硅烷(MPS)在酸性
條件下水解，得到硅溶膠溶液，將上述預處理過的玻片浸在硅溶膠溶液中，20-30h (優(yōu)選24h)后取出，依次用水和乙醇沖冼，以除去未鍵合在玻片表面的物質(zhì)， 而玻片表面已鍵合了一層MPS，從而實現(xiàn)了巰基的引入。
(3) 向玻片上引入金納米顆粒將表面已被引入巰基的玻片浸入到金納米
顆粒的膠體溶液中，12-24h (優(yōu)選15h)后取出，用蒸餾水沖洗、干燥，則金納 米顆粒被共價固定到了玻片上。
(4) 向玻片上引入長碳鏈及羧基將表面固定了金納米顆粒的玻片浸在 (1.0-5.0) x 10—SmolL"(優(yōu)選2.0x 1()JmolL")的巰基羧酸的乙醇溶液中，10-18h
(優(yōu)選12h)后取出，然后用乙醇淋洗，除去未被鍵合在金納米顆粒表面的巰基 羧酸。
(5) 活化玻片表面的羧基將0.05molL"的1-乙基-3- (3-二甲氨基丙基) 碳二亞胺鹽酸鹽(EDC)禾卩0.2 mol L'1的N-羥基琥珀酰亞胺(NHS)等體積混 合，然后將上述已被引入羧基的玻片浸在此混合溶液中2h，取出后依次用乙醇、 蒸餾水洗滌，再在室溫下干燥。
(6) 共價固定指示劑染料將表面羧基已被活化的玻片浸在2.0x 104-5.0 x IO'3 mol L"(優(yōu)選1.0 x IO'3 mol L")的熒光指示劑染料的丙酮溶液中，4.0 - 9.0 h (優(yōu)選6h)后取出，再依次用丙酮、蒸餾水清洗，室溫干燥。
通過上述步驟，指示劑染料被共價固定到了玻片的最外表層，形成超薄的敏 感膜，得到共價固定指示劑染料的高性能熒光傳感器。
所述(4)步中巰基羧酸為一端帶有巰基，另一端帶有羧基的長碳鏈化合物 HS-(CH2)nCOOH，而且碳鏈的適宜長度為含有10-16個碳原子數(shù)。所述的指示劑染料為帶有伯氨基-NH2的熒光染料，如l-氨基芘、3-氨基-9-
乙基咔唑或氨基熒光素等等。
金納米顆粒的膠體溶液的制備方法如下在室溫下將1%的HAuCLt (1 mL) 加到90 mL水中，攪拌1 min;接著加入38.8 mM的檸檬酸鈉溶液2 mL，攪拌 lmin;最后加入1 mL新配制的0.075%的NaBH4溶液(用38.8 mM的檸檬酸鈉 溶液配制)，繼續(xù)攪拌5min，即得到金納米顆粒的膠體溶液。
本發(fā)明工藝所設計的共價固定熒光指示劑染料制備熒光傳感器的方法在國 內(nèi)外未見他人報道。其工藝的優(yōu)點在于，本工藝先將金納米顆粒共價固定到石英 玻片的表面，再通過長碳鏈的間隔，將熒光指示劑染料共價固定到金納米顆粒的 表面。由于金納米顆粒具有很大的比表面積，而在其表面引入長碳鏈后，相當于 進一步擴大了其表面積，這樣在石英玻片上固定的熒光指示劑染料的量就可以大 大地增加，并且使熒光指示劑染料分子之間并不是緊密堆積在一起，而是通過長 碳鏈相連接后較均勻地分布，有效地避免了金納米顆粒在與指示劑染料分子直接 接觸時的熒光熄滅現(xiàn)象以及染料分子濃度大時的自熄滅現(xiàn)象，從而得到高靈敏度 的傳感器響應膜。因為指示劑染料位于響應膜的最外表層，分析物不必擴散到膜 內(nèi)就可與指示劑染料發(fā)生作用，不存在傳統(tǒng)傳感器中分析物的擴散困難，因此響 應非常迅速，響應時間在2s之內(nèi)，傳感器的可逆性也很好、而且極易再生。此 外，由于在傳感器制備的每一步中，都采取了共價鍵合的方式，指示劑染料被共 價鍵合到玻片的最外表層，從根本上解決了指示劑染料在使用過程中的流失問 題，極大地提高了傳感器的使用壽命。


圖l本發(fā)明的傳感器制備示意圖。其中RNH2代表帶有伯氨基-NH2的熒光 指示劑染料，巰基羧酸以含有12個碳原子的HS-(CH2) -COOH為例，MPS是指 (3-巰基丙基)三甲氧基硅烷。
具體實施例方式
以下實施例旨在說明本發(fā)明而不是對本發(fā)明的進一步限定。本發(fā)明可以按發(fā) 明內(nèi)容所述的任一方式實施。 實施例1
共價固定3-氨基-9-乙基咔唑的熒光傳感器的制備步驟(1)石英玻片的清
6洗.-將玻片依次用3%的HF酸、10%11202清洗，然后用蒸餾水沖洗千凈，室溫 千燥；(2)向石英玻片上引入巰基將lmL的MPS、 4 mL的水、0.5mL的乙 醇和0.165 mL的HC1 (0.1molU1)混合，接著超聲30min，得到一種澄清均勻 的溶液，然后在室溫放置2-3 h，得到硅溶膠。將上述清洗過的玻片置于硅溶膠 中，24h后取出，依次用水和乙醇沖冼，除去未鍵合在玻片表面的物質(zhì)，玻片表 面則鍵合了一層MPS，引入了巰基；(3)金納米顆粒的固定將表面已被引入 巰基的玻片浸入到金納米顆粒的膠體溶液中，15h后取出，用蒸餾水沖洗，再室 溫干燥，則金納米顆粒被共價固定到了玻片的表面；(4) HS-(CH2;h,-C00H的共 價固定將(3)所得玻片浸在2.0 x 10—3 mol I/1的HS-(CH2)u-COOH的乙醇溶 液中，12h后取出，然后用乙醇淋洗，除去未被鍵合在金納米顆粒表面的巰基羧 酸；(5)玻片表面上羧基的活化將0.05molL"的1-乙基-3-(3-二甲氨基丙基) 碳二亞胺鹽酸鹽(EDC)和0.2 mol L'1的N-羥基琥珀酰亞胺(NHS)等體積混 合，然后將(4)所得的玻片浸在此混合溶液中2h，取出后依次用乙醇、蒸餾水 洗滌，再在室溫下干燥；(6) 3-氨基-9-乙基咔唑的共價固定將(5)所得到的 玻片浸在3-氨基-9-乙基咔唑的丙酮溶液(1.0x lO^molL-1)中，6h后取出，再 依次用丙酮、蒸餾水清洗，室溫干燥。
經(jīng)過上述處理，3-氨基-9-乙基咔唑被共價固定到了玻片的最外表層，形成超 薄的敏感膜，得到一種共價固定3-氨基-9-乙基咔唑的熒光傳感器。將該傳感器 用于奧硝唑的測定，在5.0 x 10-7 - 5.0 x l(T4 mol L'1范圍內(nèi)對奧硝唑具有線性響 應，檢測限為1.0 x 1(^molL/1。此傳感器對奧硝唑的響應非常迅速(響應時間 在2s之內(nèi))，可逆性很好，極易再生，在使用過程中無染料流失現(xiàn)象出現(xiàn)。
實施例2
共價固定l-氨基芘的熒光傳感器的制備步驟第(1) - (3)步與實施例1 中相同；(4) HS-(CH2)1()-COOH的共價固定將固定了金納米顆粒的玻片浸在 2.0 x io-3 mol U1的HS-(CH2)10-COOH的乙醇溶液中，12 h后取出，然后用乙醇 淋洗，除去未被鍵合在金納米顆粒表面的巰基羧酸；(5)玻片表面上羧基的活 化將0.05 mol I/1的1-乙基-3- (3-二甲氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽(EDC)和 0.2molL—i的N-羥基琥珀酰亞胺(NHS)等體積混合，然后將(4)所得的玻片 浸在此混合溶液中2h，取出后依次用乙醇、蒸餾水洗滌，再在室溫下干燥；(6) l-氨基芘的共價固定將(5)所得到的玻片浸在1-氨基芘的丙酮溶液(1.0x 10-3moll/1)中，6h后取出，再依次用丙酮、蒸餾水清洗，室溫干燥。
經(jīng)過上述處理，1-氨基芘被共價固定到了玻片的最外表層，形成超薄的敏感 膜,從而得到一種共價固定l-氨基芘的熒光傳感器。將此傳感器用于蘆丁的測定， 在6.0x 1(^molL"-2.0x 1()4molL"范圍內(nèi)對蘆丁具有線性響應，檢測限為2.0 x10—卩molL"。此傳感器在使用過程中未出現(xiàn)染料流失現(xiàn)象，對蘆丁的響應非常 迅速，響應時間在2s之內(nèi)，可逆性很好，而且極易再生。
權(quán)利要求
1、共價固定指示劑染料制備高性能熒光傳感器敏感膜的工藝，其特征在于，制備步聚包括(1)石英玻片的預處理將玻片依次用3％的HF酸、10％H2O2清洗，然后用二次蒸餾水沖洗干凈，室溫干燥。(2)向玻片上引入巰基將(3-巰基丙基)三甲氧基硅烷在酸性條件下水解，得到硅溶膠溶液，將上述預處理過的玻片浸在硅溶膠溶液中，20-30h后取出，依次用水和乙醇沖冼，以除去未鍵合在玻片表面的物質(zhì)，而玻片表面已鍵合了一層(3-巰基丙基)三甲氧基硅烷，實現(xiàn)了巰基的引入。(3)向玻片上引入金納米顆粒將表面含有巰基的玻片浸入到金納米顆粒的膠體溶液中，自組裝12-24h后取出，用蒸餾水沖洗、干燥，則金納米顆粒被共價固定到玻片上。(4)向玻片上引入長碳鏈及羧基將表面固定了金納米顆粒的玻片浸在(1.0-5.0)×10-3mol L-1的巰基羧酸的乙醇溶液中，10-18h后取出，接著用乙醇淋洗，除去未被鍵合在金納米顆粒表面的巰基羧酸，然后室溫干燥。(5)活化玻片表面的羧基將0.05mol L-1的1-乙基-3-(3-二甲氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽(EDC)和0.2mol L-1的N-羥基琥珀酰亞胺(NHS)等體積混合，然后將上述已被引入羧基的玻片浸在此混合溶液中2h，取出后依次用乙醇、蒸餾水洗滌，再在室溫下干燥。(6)共價固定指示劑染料將表面羧基已被活化的玻片浸在2.0×10-4-5.0×10-3mol L-1熒光指示劑染料的丙酮溶液中，4.0-9.0h后取出，再依次用丙酮、蒸餾水清洗，室溫干燥。通過上述步驟，指示劑染料被共價固定到了玻片的最外表層，形成超薄的敏感膜，得到共價固定指示劑染料的高性能熒光傳感器。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的共價固定指示劑染料制備高性能熒光傳感器敏感 膜的工藝，其特征在于，所述(4)步中巰基羧酸為一端帶有巰基，另一端帶有羧 基的長碳鏈化合物HS-(CH2)n-COOH，其碳鏈的適宜長度為含有10-16個碳原子 數(shù)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的共價固定指示劑染料制備高性能熒光傳感器敏感膜的工藝，其特征在于，所述(4)步中巰基羧酸的乙醇溶液的最佳濃度為2.0 x 10-3 mol I/1 。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的共價固定指示劑染料制備高性能熒光傳感器敏感 膜的工藝，其特征在于，所述(4)步中將固定了金納米顆粒的玻片浸在巰基羧酸 的乙醇溶液中12h后取出。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的共價固定指示劑染料制備高性能熒光傳感器敏感 膜的工藝，其特征在于，所述(6)步中所采用的指示劑染料為帶有伯氨基-NH2的 熒光染料，如l-氨基芘、3-氨基-9-乙基咔唑或氨基熒光素等等。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的共價固定指示劑染料制備高性能熒光傳感器敏感 膜的工藝，其特征在于，所述(6)步中熒光指示劑染料丙酮溶液的最佳濃度為1.0 x 10墨3moli;1。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的共價固定指示劑染料制備高性能熒光傳感器敏感 膜的工藝，其特征在于，所述(6)步中將表面羧基已被活化的玻片浸在熒光指示 劑染料的丙酮溶液中6h后取出。
全文摘要
共價固定指示劑染料制備高性能熒光傳感器敏感膜的工藝，包括石英玻片依次用3％的HF酸、10％H₂O₂、蒸餾水清洗；利用(3-巰基丙基)三甲氧基硅烷(MPS)向洗凈的玻片表面引入巰基；將帶有巰基的玻片在金納米顆粒膠體溶液中自組裝12-24h(優(yōu)選15h)，則金納米顆粒被固定到玻片上；將固定了金納米顆粒的玻片浸在(1.0-5.0)×10^-3mol L^-1(優(yōu)選2.0×10^-3mol L^-1)的巰基羧酸的乙醇溶液中10-18h(優(yōu)選12h)，則長碳鏈及羧基被引入到了金納米顆粒表面，所采用的巰基羧酸的碳鏈長度以含有10-16個碳原子數(shù)為宜；接著利用1-乙基-3-(3-二甲氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽(EDC)和N-羥基琥珀酰亞胺(NHS)對金納米顆粒表面的羧基進行活化；然后將羧基被活化后的玻片浸在帶有伯氨基的指示劑染料RNH₂的丙酮溶液(2.0×10^-4-5.0×10^-3mol L^-1，優(yōu)選1.0×10^-3molL^-1)中4.0-9.0h(優(yōu)選6h)，則指示劑染料被共價固定到玻片的最外表層，形成超薄的敏感膜，從而制得共價固定指示劑染料的熒光傳感器。傳感器敏感膜在使用過程中無染料流失，響應迅速(響應時間在2s之內(nèi))，極易再生，可逆性很好。
文檔編號G01N21/64GK101446555SQ200810107588
公開日2009年6月3日 申請日期2008年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月26日
發(fā)明者玲 張, 忠 曹, 譚淑珍, 龔福春 申請人:長沙理工大學