CN103499548A - 基于光子晶体分子印迹水凝胶对香兰素的测定方法 - Google Patents

Abstract

一种基于光子晶体分子印迹水凝胶对香兰素的测定方法，首先在普通玻璃片上制备二氧化硅光子晶体，将香兰素、甲基丙烯酸、乙二醇二甲基丙烯酸酯和偶氮二异丁腈溶解在甲醇中作为分子印迹前驱液。将前驱液渗透到有机玻璃和光子晶体之间，紫外聚合。氢氟酸除去二氧化硅，甲醇浸泡除去香兰素。在有机玻璃上形成了光子晶体分子印迹水凝胶。本发明的光子晶体分子印迹水凝胶对痕量香兰素具有响应速度快，选择性高，灵敏度高，抗干扰能力强等优点。制备方法简单，成本低，重现性良好，可用于食品中香兰素的检测，为食品添加剂检测提供技术支持。

Description

基于光子晶体分子印迹水凝胶对香兰素的测定方法

技术领域

本发明涉及一种光子晶体分子印迹水凝胶对香兰素检测方法，属于食品添加剂或食品安全检测的技术领域。

背景技术

香兰素是一种广泛使用的可食用香料，有浓烈奶香气息。广泛运用在各种需要增加奶香气息的调香食品中，如蛋糕、冷饮、巧克力、糖果；还可用于香皂、牙膏、香水、橡胶、塑料、医药品中。目前大部分食品中大部分应用人工合成的香兰素作为添加剂，如果服用大量此类香兰素对人体将会带来一定的毒副作用，因此对香兰素快速检测非常重要。 目前实验室或工业领域中对香兰素的检测方法主要包括紫外光谱法和高效液相色谱法。但是，这两种方法前处理比较麻烦，而且灵敏度不是很高，仪器要求比较高。

为了减少前处理和提高检出限，分子印迹技术近年来备受关注。分子印迹技术是一种新型的技术，凭借预定选择性、专一识别性、高度稳定性和使用寿命长等优点，在传感器领域的潜在应用价值引起了广泛的关注。光子晶体分子印迹水凝胶具有排列有序三维的孔洞结构，孔洞中富有较多的特性吸附单元，具有良好的通透性能，利于被测分子在孔洞里面的传输，从而提高水凝胶的响应性，另外三维有序的孔洞具有较强的分子吸附能力，能够富集低浓度的被检测分子，可以提高局部浓度，从而降低检出限，实现水凝胶传感器的高灵敏度的检测。

本发明的目的是针对香兰素检测存在的困难，提供一种利用光子晶体分子印迹水凝胶对香兰素的快速检测方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足提供基于光子晶体分子印迹水凝胶对香兰素的测定方法，水凝胶具有三维有序的孔洞结构，并具有对香兰素特异吸附的特点，同时水凝胶具有布拉格衍射特征。

本发明所述的基于光子晶体分子印迹水凝胶对香兰素的测定方法工艺步骤如下：

A制备香兰素光子晶体分子印迹水凝胶

（1）将粒径为200-400nm的胶体二氧化硅微球均匀分散到无水乙醇中，形成胶体分散体系，使得二氧化硅质量分数为1.0-5.0%，将上述胶体分散体系自组装到玻璃基片上，得到光子晶体，所述自组装采用垂直沉淀溶剂挥发法，即将干净的玻璃片垂直放入胶体分散体系中，然后自由挥干溶剂；

（2）将模板分子，功能单体，交联剂，引发剂加入到无水甲醇中，充分溶解混匀，得到分子印迹前驱液溶液；所述模板分子为2.0mmol的香兰素、功能单体为8.0-12.0mmol的甲基丙烯酸、交联剂为2.4-3.2mmol的乙二醇二甲基丙烯酸酯，引发剂为0.122-0.202 mmol的偶氮二异丁氰，无水甲醇为2.0ml；

（3）将有机玻璃与光子晶体夹在一起，形成复合玻璃体，将分子印迹前驱液渗透到有机玻璃与光子晶体之间空隙，紫外聚合，所述聚合为紫外灯下365nm处聚合，聚合时间为2-6h；

（4）将复合玻璃体在浓度为3-15%的氢氟酸中浸泡6-10h，分离玻璃基片和有机玻璃，除去二氧化硅颗粒，在有机玻璃上形成光子晶体分子印迹水凝胶，之后在无水甲醇中浸泡2h，除去印迹分子香兰素，得到的水凝胶在磷酸盐缓冲液中保存备用。

B 光子晶体分子印迹水凝胶对香兰素的测定

将光子晶体分子印迹水凝胶放入10^-12-10^-3 mmol L^-1浓度香兰素溶液中，待吸附饱和后，取出进行紫外扫描，确定在不同浓度下水凝胶膜紫外最大吸收峰的变化。

在本技术方案中，二氧化硅光子晶体是三维有序的排列的微球，是介电常熟呈周期性排布的材料，其对光的反射复合布拉格公式：λ _max  = 2d _hkl (n _eff – sin²θ)^1/2，其中，λ _max 为紫外最大吸收波长，n _eff 为平均折射率，d为晶面间距，θ为入射角。在入射角一定的情况下，光子晶体水凝胶的反射峰位置与其内部孔洞的大小有关，孔洞大小不一样，出现不同的特征反射峰，这个反射峰可以作为检测香兰素的指标。

光子晶体分子印迹水凝胶的孔洞具有与香兰素相结合的特异性基团，当与香兰素溶液结合后，水凝胶孔洞内香兰素分子厚度增加，造成孔洞平均折射率增大，因此反射峰发生红移，红移的多少与香兰素浓度高低成正比。同时由于所有孔洞的表面都结合满了待测分子后，水凝胶反射峰将不在变化，反射峰的移动范围也达到最大。而水凝胶对香兰素衍射物没有响应性。

本发明的技术关键是：

1、  通过有序结构的二氧化硅胶体颗粒在玻璃片上自组装形成光子晶体，引入三维有序的孔洞结构，可以促进分子在水凝胶中的扩散传输。

2、  以高度有序的光子晶体为模板，引入分子印迹技术，制备具有有序三维结构的孔洞水凝胶，提高了响应性和灵敏性，实现对痕量添加剂的快速检测。

3、  光子晶体分子印迹技术相结合，利用功能分子与香兰素分子的作用力，使其形成稳定的复合物，通过毛细管作用将含有印迹分子前驱液渗透至光子晶体缝隙中，氢氟酸酸浸泡，甲醇洗脱，即生产了印迹微孔水凝胶，从而实现了水凝胶的高度选择识别性能。

本发明的有益效果如下：

1、本发明的水凝胶具有有序的三维孔洞结构，且有布拉格衍射特征和最大的紫外吸收峰，根据最大吸收峰位移来检测香兰素。

2、  本发明基于光子晶体分子印迹水凝胶对痕量食品添加剂香兰素进行测定，三维孔洞结构对香兰素具有高灵敏度的光学响应，通过引进分子印迹技术，使水凝胶对香兰素具有高度的专一性和灵敏性。

3、  本发明光子晶体分子印迹水凝胶的稳定性好，且具有良好的可重复利用性，制备周期短，成本低等优点。

4、  本发明的光子晶体分子印迹水凝胶抗干扰能力强，制备方法简单，成本低廉，重现性好，易于加工成传感器等器件，为国家食品安全检测提供技术支持。

附图说明

图1为光子晶体微球示意图；

图2为光子晶体分子印迹水凝胶示意图。

具体实施方式

光子晶体分子印迹水凝胶制备实施例

实施例1：

1 将单分散的二氧化硅微球（粒径250nm）均匀分散在无水乙醇中，形成质量分数为2%的均一稳定的胶体分散体系中，然后将表面干净、平整的3cm×0.9 cm×0.1 cm玻璃片完全浸没于10ml所得的二氧化硅胶体分散体系中，放置安静的环境中，带无水乙醇完全挥发，即得光子晶体模板。

2          香兰素（2.0mmol），甲基丙烯酸（8.0mmol），乙二醇二甲基丙烯酸酯（2.6mmol），偶氮二异丁氰（0.122mmol）和甲醇（1.5ml）混合均匀，超声脱气，充氮除氧，即得分子印迹前驱液。

3          将光子晶体模板和有机玻璃用镊子夹紧浸入步骤2分子印迹前驱液中，通过毛细管作用，待分子印迹前驱液完全浸入玻璃板间和光子晶体空隙之后，取出，在紫外365nm下聚合3.0h。

4          将步骤3）聚合后的玻璃片在6%的氢氟酸溶液中浸泡9h，分离玻璃片，再将带有水凝胶膜的有机玻璃放入4%氢氟酸溶液中浸泡5min，完全去除二氧化硅，然后浸入甲醇中2h除去香兰素，即得具有三维孔洞结构的光子晶体分子印迹水凝胶，放入pH7.6的磷酸盐缓冲液中浸泡备用。

实施例2：

1 将单分散的二氧化硅微球（粒径300nm）均匀分散在无水乙醇中，形成质量分数为4%的均一稳定的胶体分散体系中，然后将表面干净、平整的3cm×0.9 cm×0.1 cm玻璃片完全浸没于10ml所得的二氧化硅胶体分散体系中，放置安静的环境中，带无水乙醇完全挥发，即得光子晶体模板。

2          香兰素（2.0mmol），甲基丙烯酸（10.0mmol），乙二醇二甲基丙烯酸酯（2.8mmol），偶氮二异丁腈（0.162mmol）和甲醇（2.0ml）混合均匀，超声脱气，充氮除氧，即得分子印迹前驱液。

3 将光子晶体模板和有机玻璃用镊子夹紧浸入步骤2分子印迹前驱液中，通过毛细管作用，待分子印迹前驱液完全浸入玻璃板之间和光子晶体空隙之后，取出，在紫外365nm下聚合4h。

4将步骤3聚合后的玻璃片在9%HF溶液中浸泡8h，分离玻璃片，再将带有水凝胶膜的有机玻璃放入甲醇中30min除去香兰素，即得三维孔洞结构的光子晶体分子印迹水凝胶，放入pH7.6的磷酸盐缓冲液中备用。

实施例3：

1 将单分散的二氧化硅微球（粒径350nm）均匀分散在无水乙醇中，形成质量分数为5%的均一稳定的胶体分散体系中，然后将表面干净、平整的3cm×0.9 cm×0.1 cm玻璃片完全浸没于10ml所得的二氧化硅胶体分散体系中，放置安静的环境中，带无水乙醇完全挥发，即得光子晶体模板。

2香兰素（2.0mmol），甲基丙烯酸（11.0mmol），乙二醇二甲基丙烯酸酯（3.0mmol），偶氮二异丁腈（0.182mmol）和甲醇（2.0ml）混合均匀，超声脱气，充氮除氧，即得分子印迹前驱液。

3 将光子晶体模板和有机玻璃用镊子夹紧浸入步骤2分子印迹前驱液中，通过毛细管作用，待分子印迹前驱液完全浸入玻璃板之间和光子晶体空隙之后，取出，在紫外365nm下聚合5h。

4将步骤3）聚合后的玻璃片在12%的HF溶液中浸泡7h，分离玻璃片，再将带有水凝胶膜的有机玻璃放入甲醇中5min除去香兰素，即得三维孔洞结构的光子晶体分子印迹水凝胶，放入pH7.6的磷酸盐缓冲液中备用。

光子晶体分子印迹水凝胶测定香兰素实施例

实施例1：

将光子晶体分子印迹水凝胶放入不同浓度香兰素溶液中（浓度分别是：10^-12 mmol L^-1，10^-9 mmol L^-1，10^-6 mmol L^-1和10^-3 mmol L^-1），待吸附饱和后，取出在350-650nm之间进行紫外扫描，最大吸收峰发生红移，最大吸收峰分别是：450nm，469nm，477nm和483nm。，而在香兰素衍生物中最大吸收峰保持在450nm左右。

实施例2：

将光子晶体分子印迹水凝胶放入不同浓度香兰素溶液中（浓度分别是：10^-12 mmol L^-1，10^-9 mmol L^-1，10^-6 mmol L^-1和10^-3 mmol L^-1），待吸附饱和后，取出在350-650nm之间进行紫外扫描，最大吸收峰发生红移，最大吸收峰分别是：435nm，447nm，453nm和460nm。，而在香兰素衍生物中最大吸收峰保持在430nm左右。

实施例3：

将光子晶体分子印迹水凝胶放入不同浓度香兰素溶液中（浓度分别是：10^-12 mmol L^-1，10^-9 mmol L^-1，10^-6 mmol L^-1和10^-3 mmol L^-1），待吸附饱和后，取出在350-650nm之间进行紫外扫描，最大吸收峰发生红移，最大吸收峰分别是：425nm，428nm，432nm和441nm，而在香兰素衍生物中最大吸收峰保持在420nm左右。

Claims (1)

1.一种基于光子晶体分子印迹水凝胶对香兰素的测定方法，其特征是：

A制备香兰素光子晶体分子印迹水凝胶

（1）将粒径为200-400nm的胶体二氧化硅微球均匀分散到无水乙醇中，形成胶体分散体系，使得二氧化硅质量分数为1.0-5.0%，将上述胶体分散体系自组装到玻璃基片上，得到光子晶体，所述自组装采用垂直沉淀溶剂挥发法，即将干净的玻璃片垂直放入胶体分散体系中，然后自由挥干溶剂；

（2）将模板分子、功能单体、交联剂、引发剂加入到无水甲醇中，充分溶解混匀，得到分子印迹前驱液溶液；所述模板分子为2.0mmol的香兰素，功能单体为8.0-12.0mmol的甲基丙烯酸，交联剂为2.4-3.2mmol的乙二醇二甲基丙烯酸酯，引发剂为0.122-0.202 mmol的偶氮二异丁氰，无水甲醇为2.0ml；

（3）将有机玻璃与光子晶体夹在一起，形成复合玻璃体，将分子印迹前驱液渗透到有机玻璃与光子晶体之间空隙，紫外聚合，所述聚合为紫外灯下365nm处聚合，聚合时间为2-6h；

（4）将复合玻璃体在浓度为3-15%的氢氟酸中浸泡6-10h，分离玻璃基片和有机玻璃，除去二氧化硅颗粒，在有机玻璃上形成光子晶体分子印迹水凝胶，之后在无水甲醇中浸泡2h，除去印迹分子香兰素，得到的水凝胶在磷酸盐缓冲液中保存备用；

B 光子晶体分子印迹水凝胶对香兰素的测定

将光子晶体分子印迹水凝胶放入10^-12-10^-3 mmol L^-1浓度香兰素溶液中，待吸附饱和后，取出进行紫外扫描，确定在不同浓度下水凝胶膜紫外最大吸收峰的变化。

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