CN102675531A

CN102675531A - 有机磷毒剂检测用分子印迹光子晶体

Info

Publication number: CN102675531A
Application number: CN2011100536119A
Authority: CN
Inventors: 孟子晖; 俞会根; 李树广; 郑存卫
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-03-07
Filing date: 2011-03-07
Publication date: 2012-09-19

Abstract

本发明发明出一类新型的传感器，即分子印迹光子晶体(Molecularly-Imprinted Photonic Crystal，MIPC)，用于有机磷毒剂的实时、快速检测。本发明利用甲基磷酸和乙基磷酸为印迹模板，制备出相应的印迹光子晶体的反射光谱强度随着目标化合物浓度的增加或吸附时间增长而发生显著的降低。MIPC还表现了一定的实际应用价值，在对有机磷毒剂沙林，梭曼，VX和R-VX原型的检测中，表现出低检测限、高灵敏度的效果。

Description

有机磷毒剂检测用分子印迹光子晶体

技术领域

本发明涉及一种分子印迹光子晶体(Molecularly-imprinted photonic crystal，MIPC)传感器，用于有机磷毒剂甲基磷酸(Methyl phosphate，MPA)、乙基磷酸(Ethyl phosphate，EPA)的实时、快速检测。

背景技术

光子晶体作为一种新型光学材料成为近年来传感器领域研究的热点，由于周期性结构能构衍射特定波长的光，这为免标计检测以及裸眼检测提供了新的可能性，使得生化传感器的更为便携，微型化和非侵入式检测成为了可能。将分子印迹与光子晶体结合，可制备出一种新型的高选择性、实时、快速的非侵入式免标计生化传感器模型，即分子印迹光子晶体(Molecularly-imprinted photonic crystal，MIPC)。

常见的有机磷毒剂有沙林(GB)、梭曼(GD)、埃维克斯(VX)及某些有机磷农药。该类毒剂能够抑制神经系统内的乙酰胆碱酯酶(AchE)，人接触有机磷毒剂后，会迅速出现一系列神经系统症状，包括昏睡、呕吐、虚弱、支气管痉挛等，并伴发全身机能失调、衰竭直至死亡。对有机磷毒剂的快速侦检是对其进行有效防护的前提条件，有机磷毒剂的常规检测方法大都需要借助繁杂和昂贵的仪器，技术复杂、成本高、费时费力，不适合于现场实时、快速检测的要求。开发一种能在现场快速、准确地检测出有机磷毒剂的新方法具有重要的价值。分子印迹光子晶体(MIPC)作为一种新型光学材料为“裸眼检测”提供了新的可能性，在未来的一段时间内将成为传感器技术领域的研究热点。

在本研究中，我们设计并制备了这种新颖的、响应灵敏、使用方便快捷的有机磷毒剂MIPC，并利用它检测了有机磷毒剂降解产物MPA和EPA，以及有机磷毒剂原型，包括沙林，梭曼，VX和R-VX，为有机磷毒剂现场、实时的检测提供了一种新的光学传感技术。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种实时、快速检测有机磷毒剂的传感器，以解决传统方法成本高、步骤复杂等问题。

本发明的目的通过以下技术方案实现的：

用单分散的直径为280nm聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)胶体小球在盖玻片上自组装出三维光子晶体模片。分别采用甲基磷酸、乙基磷酸分子作为有机磷毒剂的模板，将分子印迹预聚合溶液滴加在光子晶体模片边缘，通过溶液的虹吸扩散作用使溶液布满整个光子晶体模片，然后将膜片置于紫外光下低温光聚12小时。

聚合完毕后，用二甲基亚砜(DMSO)与无水乙酸混合溶液(DMSO∶无水乙酸＝9∶1)浸洗聚合物膜片，时间共为1-2天，接着用DMSO浸洗聚合物一天。最后用去离子水洗3次。通过上面的浸洗去甲基磷酸、乙基磷酸印迹模板和PMMA微球模板得到有机磷毒剂分子印迹光子晶体膜片(MIPC)，并最终置于去离子水中待检测。

分别用MPA MIPC置于不同浓度的MPA溶液中、EPA MIPC置于不同浓度的EPA溶液中进行检测，平衡后对MIPC反射位移情况进行光学检测，发现MPA MIPC和EPA MIPC随目标化合物浓度的增大反射光强度逐渐减弱。描绘出光强下降量与内分泌干扰物浓度曲线，就可以检测不同浓度的有机磷毒剂溶液。

其中将分子印迹技术(MIP)与光子晶体技术(PC)相结合，发展出分子印迹光子晶体(MIPC)技术，具备MIP与PC两项技术的优点；

其中聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)胶体小球的直径为280-300nm；

其中印迹聚合物的单体为甲基丙烯酸羟乙酯(2-hydroxyethyl methacrylate，HEMA)和N-异丙基丙烯酰胺(N-Isopropylacrylamide，NIPA)为混合单体；

其中印迹聚合物聚合采用低温(5℃-10℃)紫外光聚合。

有益效果

上述有机磷毒剂分子印迹胶体阵列对有机磷类毒剂具有特异性的吸附性能，随着附量的增加，反射光强减弱，无需荧光标计等手段，直接用光谱仪检测。达到了实时、快速、方便检测的目的。

具体实施办法

实例1不加入MPA模板分子，制备非印迹光子晶体(non-imprinted photonic crystal，NIPC)，与MIPC进行对MPA特异性吸附性能的比较。具体操作步骤为：量取50mL去离子水到50ml烧杯中，将待测的MIPC/NIPC置于水中浸泡；分别向烧杯中加入一定量的MPA浓溶液(1mmol/L)，调节吸附溶液的浓度为0mmol/L，1mmol/L，5mmol/L，10mmol/L，15mmol/L，20mmol/L，25mmol/L。每改变一次浓度，用光纤光谱仪测其反射峰强度，观察到反射峰会随着吸附的进行而峰下降，在一定时间内不再改变时可认为吸附停止，继续滴加浓溶液改变吸附溶液的浓度。实验结果如图1所示，MIPC与NIPC的反射峰随浓度增大而下降，但是MIPC的反射峰强度下降幅度比NIPC的下降幅度要大得多。从0mmol/L到25mmol/L的变化过程中，MIPC衍射峰下降了20％，而NIPC则仅下降5％左右。

图1MPA MIPC利NIPC在不同浓度的MPA溶液中反射光谱强度随浓度的变化(a)MPA MIPC；(b)NIPC；实例2有机磷毒剂沙林的二次降解产物是MPA，利用MIPC来检测有机磷毒剂原型，具体步骤为：首先用MPA-MIPC检测高浓度的沙林溶液，以确定它对沙林的检测效果。

首先用NaOH溶液滴定20mL去离子水，不断搅拌，使pH达到10.8。把MIPC放入溶液中放置2h，用移液强吸取1mg沙林轻轻地加入碱性被测溶液中，溶液中沙林浓度为0.35mmol/L。图2展现了MIPC在沙林溶液中衍射光谱的变化过程。衍射峰从沙林被加入后8min到30min内发生了明显的而变化，总的下降幅度达到25％。表明MIPC对有机磷毒剂有较好的检测效果。

图2MIPC检测0.35mmol/L沙林溶液的光学性能变化；

以上的实施x例在于详细说明本发明，而非限制本发明。

Claims

1.有机磷毒剂沙林、梭曼、VX检测用分子印迹光子晶体

该的制备和使用，步骤如下：

用单分散的胶体小球在盖玻片上自组装出三维光子晶体模片。分别采用甲基磷酸、乙基磷酸分子作为有机磷毒剂的模板，将分子印迹预聚合溶液滴加在光子晶体模片边缘，通过溶液的虹吸扩散作用使溶液布满整个光子晶体模片，然后将膜片置于紫外光下低温光聚12小时。

聚合完毕后，用二甲基亚砜(DMSO)与无水乙酸混合溶液(DMSO∶无水乙酸＝9∶1)浸洗聚合物膜片，时间共为1-2天，接着用DMSO浸洗聚合物一天。最后用去离子水洗3次。通过上面的浸洗去除甲基磷酸、乙基磷酸印迹模板和PMMA微球模板得到有机磷毒剂分子印迹光子晶体膜片(MIPC)，并最终置于去离子水中待检测。

分别用MPA MIPC置于不同浓度的MPA溶液中、EPA MIPC置于不同浓度的EPA溶液中进行检测，平衡后对MIPC反射位移情况进行光学检测，发现MPA MIPC和EPA MIPC随目标化合物浓度的增大反射光强度逐渐减弱。描绘出反射光强度下降量与内分泌干扰物浓度曲线，就可以检测不同浓度的有机磷毒剂溶液。

其中将分子印迹技术(MIP)与光子晶体技术(PC)相结合，发展出分子印迹光子晶体(MIPC)技术，是要求保护的权利；

其中胶体小球为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)胶体小球，TiO₂胶体小球，SiO₂胶体小球，聚苯乙烯胶体小球，小球直径可为100-500nm；

其中印迹聚合物的基质为甲基丙烯酸羟乙酯(2-hydroxyethyl methacrylate，HEMA)，N-异丙基丙烯酰胺(N-Isopropylacrylamide，NIPA)，乙二醇二甲基丙烯酸酯，三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯等；

其中印迹聚合物聚合采用低温(5℃-10℃)紫外光聚合。