CN107631989A - 中性红预胶束体系在制备温度响应荧光开关器件中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了中性红预胶束体系在制备温度响应荧光开关器件中的应用，属于温度响应荧光开关器件技术领域。本发明的技术方案要点为：中性红预胶束体系在制备温度响应荧光开关器件中的应用，其中中性红预胶束体系由中性红和表面活性剂组成，该表面活性剂为十二烷基磺酸钠或十二烷基苯磺酸钠。本发明的中性红预胶束体系对温度响应比较灵敏且具有可逆性，因此在制备温度响应荧光开关器件中具有较好的应用前景。

Description

中性红预胶束体系在制备温度响应荧光开关器件中的应用

技术领域

本发明属于温度响应荧光开关器件技术领域，具体涉及中性红预胶束体系在制备温度响应荧光开关器件中的应用。

背景技术

中性红(Neutral Red，NR)，3-氨基-7-二甲基氨基-2-甲基吩嗪盐酸盐，分子式为C₁₅H₁₇ClN₄。从外观看，中性红是绿色结晶性粉末，但把中性红溶于水中，稀溶液是红色，浓溶液是紫红色。中性红常作为生物染色剂、氧化还原指示剂、酸碱指示剂等等，一直活跃于科研领域。通常情况下，对pH的变化和金属离子都有响应，且变色范围pH值6.8-8.0，碱性呈黄色，酸性呈红色。

表面活性剂是由两种基团组成的有机化合物，其中一种基团亲油疏水性比较强，叫亲油基；另一种基团亲水性比较强，叫亲水基。表面活性剂浓度较稀时，和溶液没有什么差别，但当表面活性剂的浓度到达一定值后，受疏水作用的影响，亲油基部分会聚集，形成一定的形貌，会表现为预胶束浓度范围的性质，也就是说浓度不够，聚集程度不高，就是预胶束；继续增加浓度到CMC即临界胶束浓度，表面活性剂疏水基比之前更紧密更有序地聚集，形成胶束。

预胶束状态与胶束状态的性质存在很大差别，预胶束属于一种自组装体系，之前人们对胶束的研究很充分，但是对预胶束的研究并不多，尤其国内，提及更少。研究预胶束，有利于我们更好地理解生命活动中的自组装行为，对自组装智能材料的合成和利用具有重大意义。

发明内容

本发明的目的是提供了中性红预胶束体系在制备温度响应荧光开关器件中的应用。

本发明为实现上述目的采用如下技术方案：中性红预胶束体系在制备温度响应荧光开关器件中的应用，其中中性红预胶束体系由中性红和表面活性剂组成，该表面活性剂为十二烷基磺酸钠或十二烷基苯磺酸钠。

进一步优选，所述中性红预胶束体系由中性红和十二烷基磺酸钠组成，其中中性红与十二烷基磺酸钠的摩尔比为1:5-20，该中性红预胶束体系通过磷酸钠缓冲溶液调节pH＝5-9，中性红的最终摩尔浓度为0.2mmol/L。

进一步优选，所述中性红预胶束体系由中性红和十二烷基苯磺酸钠组成，其中中性红与十二烷基苯磺酸钠的摩尔比为1:5-20，该中性红预胶束体系通过磷酸钠缓冲溶液调节pH＝5-10，中性红的最终摩尔浓度为0.2mmol/L。

进一步优选，所述中性红预胶束体系由中性红和十二烷基苯磺酸钠组成，其中中性红与十二烷基苯磺酸钠的摩尔比为1:5，该中性红预胶束体系通过磷酸钠缓冲溶液调节pH＝10，中性红的最终摩尔浓度为0.2mmol/L。

本发明的中性红预胶束体系对温度响应比较灵敏且具有可逆性，因此在制备温度响应荧光开关器件中具有较好的应用前景。

附图说明

图1是不同比例NR/SDSN组装体系pH＝9变温的紫外-可见吸收光谱图；

图2是摩尔比为1:5的NR/SDSN组装体系pH＝5和9时反复加热降温的紫外-可见吸收光谱图；

图3是不同比例NR/SDBS组装体系pH＝9变温的紫外-可见吸收光谱图；

图4是摩尔比为1:5的NR/SDBS组装体系pH＝5和10时反复加热降温的紫外-可见吸收光谱图。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。

分子的自组装依靠的都是比较弱的力形成的，例如：正负电荷相互吸引的静电力、疏水作用力、氢键、范德华力、π-π堆积作用等，这些作用力容易受温度的影响。因此，为了研究中性红与表面活性剂组成的聚集体对温度的响应，选择的表面活性剂为十二烷基磺酸钠(SDSN)和十二烷基苯磺酸钠(SDBS)(对应的结构式分别为a和b)，分别探究NR/SDSN和NR/SDBS组装体系对温度的响应。

(1)组装体系的配制：为了研究中性红与表面活性剂组成的聚集体对温度的响应，在常温条件下，取一定量的中性红和表面活性剂溶液于25mL比色管中，通过加入磷酸钠缓冲溶液来调节溶液的pH，定容摇匀，放置4h，进行紫外测试；

(2)紫外-可见吸收光谱的测定：将配置好的样品依次到入比色皿中，以蒸馏水为空白对照，扫描紫外光谱，并用作图软件作图得出紫外-可见吸收光谱图。

实施例1

NR/SDSN组装体系对温度的响应

如图1是不同比例NR/SDSN组装体系pH＝9时改变温度的紫外-可见吸收光谱图，此时中性红的摩尔浓度为0.2mM，保持NR的浓度不变，改变SDSN的浓度。因为升温会破坏组装体系，所以升高温度时，NR/SDSN组装体系会解散，释放出自由的NR，NR再与环境中的氢氧根发生作用，导致紫外光谱的吸收峰向450nm处偏移。图1(a)中NR和SDSN的摩尔比为1:5，此时组装体系的疏水性并不强，整个组装体系的稳定性也不好，所以本来就受碱性的环境的影响，升温组装体系释放一部分NR，因此整个的吸光度升高。图1(b)中NR和SDSN的摩尔比为1:10，此时组装体系的SDSN浓度稍微多了点，组装体系的疏水性和稳定性增强，因此在低温时，组装体系有了一定的抗碱性，但是升高温度，使组装体系释放一部分NR，NR再与环境中的氢氧根发生作用，导致紫外光谱的吸收峰向450nm处偏移。图1(c)中NR和SDSN的摩尔比为1:20，紫外的情况和比例为1:10时类似。图1(d)中NR和SDSN的摩尔比为1:50，此时形成了胶束，体系的疏水性和稳定性进一步增强，因此即使升温，紫外在原来525nm的吸收依然很高，我们可以看见图1(d)出现了两个吸收峰。综述所述，我们可以得出，升温可以破坏组装体系，使得中性红游离出来，自组装体系的稳定性和疏水性有着正相关的关系，即自组装体系的疏水性增强，自组装体系的稳定性增强，越能抵抗住外界环境的改变，例如温度和pH。

为了探究温度对整个体系的改变是否可逆，我们又对自组装体系进行了重复加热冷却的试验。如图2为当NR的摩尔浓度为0.2mM，NR和SDSN的摩尔比为1:5时，对组装体系进行三次加热和自然冷却，并每隔2min测一次特定波长下的紫外吸光度。图2(a)中体系的pH＝5，因此测得是525nm处的紫外吸光度，我们可以看出，525nm处的吸光度加热时达到最高，随着不断的冷却，吸光度逐渐降低，降至与加热前一样；然后再对体系加热，吸光度升高的与第一次的基本一样，降温后吸光度也恢复到了加热之前的吸光度。按照此方法进行了第三次加热，得到的结果与之前一致，说明pH＝5时此体系对温度的响应是可逆的，我们肉眼观察到的现象也是溶液升温变澄清变红，冷却后变浑浊变紫，对温度的响应是可逆的。图2(b)中体系的pH＝9，溶液本来就为橙色，因此测得是450nm处的紫外吸光度，方法和之前的一致，但是由于加热时，会释放自由的NR与溶液中的碱发生了响应，所以可逆循环的时间增长了，在自由NR和NR/SDSN组装体互相转换时，SDSN要从氢氧根中夺取NR，稍微困难了点，而且溶液反复加热冷却后，有一些橙黄色的浑浊，无法再加热溶解掉，所以pH＝9时体系对温度的响应可逆性不是太好。

实施例2

NR/SDBS组装体系对温度的响应

如图3是不同比例NR/SDBS组装体系pH＝9时改变温度的紫外-可见吸收光谱图，此时中性红的摩尔浓度为0.2mM，保持NR的浓度不变，改变SDBS的浓度。理论上升温会破坏自组装，所以升高温度时，NR/SDBS组装体系会解散，释放出自由的NR，NR再与环境中的氢氧根发生作用，导致紫外光谱的吸收峰向450nm处偏移。图3(a)中NR和SDBS的摩尔比为1:5，此时组装体系的疏水性是四组中最弱的，整个组装体系的稳定性不是很好，所以升温组装体系释放一部分NR与碱性环境作用，因此组装体系的紫外最大吸收峰偏向450nm，从溶液的颜色可以看出确实变黄了。图3(b)中NR和SDBS的摩尔比为1:10，此时的自组装体系的SDBS浓度稍微多了点，体系的疏水性和稳定性增强，因此在低温时，体系有了较强的抗碱性，但是升高温度，体系中的NR也没有完全自由，并没有与碱性环境作用。图3(c)中NR和SDBS的摩尔比为1:20，紫外的情况和比例为1:10时类似。图3(d)中NR和SDBS的摩尔比为1:50，此时形成了胶束，体系的疏水性和稳定性进一步增强，因此即使升温，紫外在原来525nm的吸收依然很高，吸收峰的位置并没有向450nm处移动。

综述所述，我们可以得出，升温可以破坏自组装，使得中性红游离出来，但是NR和SDBS之间的作用太强，即使升温NR也不能被释放出来与碱性环境作用；自组装体系的稳定性和疏水性有着正相关的关系，即体系的疏水性增强，自组装体系的稳定性增强，越能抵抗住外界环境的改变，例如温度和pH。

为了探究温度对整个体系的改变是否可逆，我们又对自组装体系进行了重复加热冷却的试验。如图4为当NR的摩尔浓度为0.2mM，NR和SDBS的摩尔比为1:5时，对组装体系进行三次加热和自然冷却，并每隔2min测一次特定波长下的紫外吸光度。图4(a)中体系的pH＝5，溶液不会出现橙黄，因此测得是525nm处的紫外吸光度，我们可以看出，525nm处的吸光度加热时达到最高，随着不断的冷却，吸光度逐渐降低，降至与加热前一样，但是吸光度值变化不大；然后再对体系加热，吸光度升高的与第一次的基本一样，降温后吸光度也恢复到了加热之前的吸光度。按照此方法进行了第三次加热，得到的结果与之前一致，说明pH＝5时此组装体系对温度的响应是可逆的，与NR/SDSN组装体系的区别是NR/SDBS组装体系加热后恢复到原始状态的时间短，NR/SDSN组装体系一个循环需要18min，而NR/SDBS组装体系只需要10min。因此pH＝5时此组装体系对温度的响应是可逆的，我们肉眼观察到的现象也是溶液升温变澄清变红，冷却后变浑浊变紫，对温度的响应是可逆的。图4(b)中组装体系的pH＝10，因此测得是450nm处的紫外吸光度，方法和之前的一致，但是由于加热时，会释放自由的NR与溶液中的碱发生了响应，所以绘制的是463nm和525nm两处的吸光度，463nm代表的是溶液变为橙色时的最大吸收峰位，525nm代表的是溶液变为紫色时的最大吸收峰位。由图4(b)可看出，加热时463nm处的吸光度增大，溶液变为橙色；降温时，SDBS要从氢氧根中夺取NR，使整个溶液又变为紫红色。但是我们也观察到可逆循环的时间增长了，在自由NR和NR/SDBS组装体系互相转换时，SDBS要从氢氧根中夺取NR，稍微困难了点，但是还是能从碱性环境中夺取到NR，说明NR与SDBS之间的作用力很强。当我们对这个体系的溶液反复加热冷却后，没有橙黄色的浑浊，所以pH＝10时体系对温度的响应可逆性很好，而且这个体系的颜色和温度有很大的关系，我们可以以后将这种材料改进成对温度有响应的智能材料，通过体系颜色的改变来反应外界的温度。

以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。

Claims (4)

1.中性红预胶束体系在制备温度响应荧光开关器件中的应用，其中中性红预胶束体系由中性红和表面活性剂组成，该表面活性剂为十二烷基磺酸钠或十二烷基苯磺酸钠。

2.根据权利要求1所述的中性红预胶束体系在制备温度响应荧光开关器件中的应用，其特征在于：所述中性红预胶束体系由中性红和十二烷基磺酸钠组成，其中中性红与十二烷基磺酸钠的摩尔比为1:5-20，该中性红预胶束体系通过磷酸钠缓冲溶液调节pH=5-9，中性红的最终摩尔浓度为0.2mmol/L。

3.根据权利要求1所述的中性红预胶束体系在制备温度响应荧光开关器件中的应用，其特征在于：所述中性红预胶束体系由中性红和十二烷基苯磺酸钠组成，其中中性红与十二烷基苯磺酸钠的摩尔比为1:5-20，该中性红预胶束体系通过磷酸钠缓冲溶液调节pH=5-10，中性红的最终摩尔浓度为0.2mmol/L。

4.根据权利要求1所述的中性红预胶束体系在制备温度响应荧光开关器件中的应用，其特征在于：所述中性红预胶束体系由中性红和十二烷基苯磺酸钠组成，其中中性红与十二烷基苯磺酸钠的摩尔比为1:5，该中性红预胶束体系通过磷酸钠缓冲溶液调节pH=10，中性红的最终摩尔浓度为0.2mmol/L。