CN107664637A - 一种分子印迹光子晶体检测卡及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及了一种分子印迹光子晶体检测卡及其应用,将分子印迹预聚液灌入光子晶体模板,聚合后洗去模板分子即得分子印迹光子晶体检测卡。本发明涉及的分子印迹光子晶体农药残留速测卡对目标农药分子具有特异选择性,能够在复杂测试环境下避免其他农药分子的干扰;其表面结构色能够响应外界刺激,具有裸眼可视性,通过和标准颜色卡对照,可以快速得到待测物中灭多威的含量。本发明所制备的分子印迹光子晶体检测卡为灭多威农药残留的检测提供了一种准确、灵敏、快速的新方法,也为其他种类农药残留检测技术的开发提供了参考。
Description
技术领域
本发明属于材料科学与化学分析检测领域,具体来说是一种分子印迹光子晶体检测卡及应用,特别是涉及到一种分子印迹聚合物结合可视性光子晶体的技术,为农药残留检测提供了新的方法。
背景技术
灭多威(methomyl),又名灭多虫、虫特威、兰雷威等,化学名为1-(甲硫基)亚乙基胺-N-甲基氨基甲酸酯,是一种广谱、内吸型的氨基甲酸酯类农药。目前国内外对灭多威的检测局限于液相色谱法,但是出现前处理繁琐、检测灵敏度低等缺点。
分子印迹技术是制备对于特定目标分子具有特异识别能力的材料的技术,在仿生传感器、人工酶催化剂、固相萃取、农药残留检测等诸多领域显示出广阔应用前景。其中,分子印迹技术用于农残检测已经越来越广泛,研究者已经以多种农药作为模板分子,制备了分子印迹聚合物,并用于实际环境样品的检测中。
光子晶体是由两种或两种以上具有不同介电常数的材料按照光波波长尺度在空间上周期性排列所形成的。光子晶体最主要的光学特征就是具有光子带隙,且带隙越宽表明光子晶体质量越好。光子晶体具有周期性排布的结构特征,使其可以对光波进行调制,特定波长的光波不能在光子晶体内部传播,使得特定波长的光从某一角度入射时,发生反射、衍射等现象,在宏观上变现为不同的表面结构色。光子晶体的结构色变化可以响应外界刺激。
光子晶体具有快速响应性和表观颜色的自报告性,但是应用于分析外界刺激时缺乏特异性;而分子印迹聚合物则对目标具有良好的选择性。将两者结合起来制备对外界刺激具有快速、特异、可视化的分子印迹光子晶体兼具了两者的优点。分子印迹光子晶体具有较好的选择性,同时又能将外界刺激反应在表面结构色上,兼顾了光子晶体的可视化的优点,这在实际样品快速筛查方面具有重要的意义。
发明内容
本发明提供了一种分子印迹光子晶体检测卡,具体技术方案如下:
一种分子印迹光子晶体检测卡,将分子印迹预聚液灌入光子晶体模板,聚合后洗去模板分子即得分子印迹光子晶体检测卡。
在光子晶体模板两侧紧贴聚甲基丙烯酸甲酯有机玻璃,灌入分子印迹预聚液并在紫外光下聚合,然后浸泡在氢氟酸中使有机玻璃脱落,最后依次用甲醇、去离子水清洗掉模板分子后即得分子印迹光子晶体检测卡。
所述分子印迹预聚液的制备方法为:取0.1-0.3g模板分子,加入300-500μL甲基丙烯酸,超声溶解,冷藏10-15h,加入100-300μL乙二醇二甲基丙烯酸酯和0.005-0.02g偶氮二异丁腈,超声溶解,除去O2即得分子印迹预聚液。
所述模板分子为氨基甲酸酯类、有机磷类、拟除虫菊酯类、三嗪类、酰胺类、苯基脲类农药。
所述光子晶体模板是以SiO2微球作为自组装单元,通过垂直沉积法制备光子晶体模板。
将SiO2微球用无水乙醇配制成质量浓度为1%-4%的溶液,超声分散60-90min,静置20-40min,将亲水化处理的载玻片垂直放入其中并固定,保持湿度50-70%,室温放置,待无水乙醇完全蒸发,在载玻片上即生长出SiO2光子晶体模板,将制得的模板在200-400℃加热固化1-2h,得到结构致密的SiO2光子晶体模板。
所述SiO2微球的制备方法为:将150-200mL无水乙醇、8-12g去离子水和5-15mL氨水混合,30-40℃下搅拌30-60min,加入7-10g正硅酸乙酯,密封,恒温搅拌6-12h,将反应得到的白色乳液4000-6000r离心15-25min,用无水乙醇洗涤4-6次,在50-60℃真空干燥20-30h,得到SiO2微球,SiO2微球粒径为200-400nm。
将分子印迹光子晶体检测卡浸入不同浓度农药中5-10min后,用紫外可见分光光度计测定其布拉格衍射波长,并用相机记录其表面结构色,制作相应浓度的标准颜色卡片。
一种分子印迹光子晶体检测卡的应用:将分子印迹光子晶体检测卡浸入待测样品处理溶液5-10min,然后与分子印迹光子晶体标准颜色卡进行对比,找出与检测卡相近的颜色得到对应的浓度参数,即为待测样品中农药的含量。
本发明的优点:1.本发明采用一次性加入正硅酸乙酯制备SiO2纳米粒子,避免以往滴加法出现的粒子颗粒度不均的现象,保证了制备的光子晶体模板具有有序的结构和均匀的结构色。
2.本发明采用分子印迹为目标物的吸附材料,该材料具有与灭度威结构相匹配的位点对灭多威具有特异选择吸附,从而避免实际检测样品中相似结构物质的干扰;该材料为三维多孔结构,有利于吸附材料与目标物更充分接触,缩短吸附时间,提高检测速率。
3.本发明涉及的分子印迹光子晶体并通过结构色变化响应农药残留浓度,具有裸眼可视性,通过和标准颜色卡对比,能快速检测待测样品的灭多威含量。
4.本发明的分子印迹光子晶体检测卡用于检测农药,克服了传统色谱分析中前处理繁琐分析费时和检测限较高等缺点,为痕量灭多威农药残留的快速、灵敏、准确、现场检测提供了可能,也为其他农残检测提供参考。
附图说明
图1为实施例1中所制备的SiO2光子晶体模板扫描电镜图。
图2为实施例1中所制备的灭多威分子印迹光子晶体检测卡扫描电镜图。
图3为实施例1中所制备的灭多威分子印迹光子晶体检测卡在不同浓度灭多威溶液中的吸收光谱图及相应表面结构色图。
图4为实施例1中所制备的灭多威分子印迹光子晶体检测卡与检测浓度相对应的标准颜色卡片。
图5为实施例1中所制备的灭多威分子印迹光子晶体检测卡对克百威吸附性的吸收光谱图。
图6为实施例1中所制备的灭多威分子印迹光子晶体检测卡对涕灭威吸附性的吸收光谱图。
图7为实施例1中所制备的灭多威分子印迹光子晶体检测卡的吸附速率图。
图8为实施例1中所制备的灭多威分子印迹光子晶体检测卡的吸附速率重复使用检测效果图。
图9为实施例2中所制备的SiO2光子晶体模板扫描电镜图。
图10为实施例2中所制备的灭多威分子印迹光子晶体检测卡扫描电镜图。
具体实施方式
实施例1
(1)单分散SiO2微球的制备
将180mL无水乙醇、9g去离子水和10mL氨水加入250mL的平底烧瓶中,放入恒温油浴锅中,待温度升到35℃,继续搅拌30min后,将8g正硅酸乙酯迅速加入反应体系中,密封,恒温搅拌反应12h。将反应得到的白色乳液4000r离心20min,无水乙醇重新分散4次,55℃真空干燥24h,得到白色粉末状SiO2微球。实验中可以通过改变物料配比以及搅拌速度获得粒径在250nm左右内的SiO2微球。
(2)SiO2光子晶体的制备
将载玻片用Piranha溶液(浓硫酸-双氧水7:3,V/V)浸泡24h,除去载玻片表面有机物,使表面羟基化,增加载玻片的亲水性。再分别用去离子水、乙醇超声清洗30min后,N2吹干,其他玻璃仪器用铬酸洗液浸泡24h后,去离子水清洗,烘干,待用。聚甲基丙烯酸甲酯有机玻璃用无水乙醇洗涤,吹干。
称取SiO2微球300mg,加入到100mL无水乙醇配中,超声分散1h,静置20min后,量取20mL于25mL的特制的小烧杯中,将亲水化处理的载玻片垂直放入其中并固定,于安静无菌室中,周围放置适量去离子水保持湿度60%,恒温25℃放置一周左右,待烧杯中的无水乙醇蒸发完全,在载玻片表面即生长出SiO2光子晶体模板。
将制得的SiO2模板放入马弗炉中,300℃加热固化1h,如图1所示。
(3)分子印迹光子晶体农药残留检测卡的制备
取0.15g灭多威于5mL的离心管中,加入420μL甲基丙烯酸,超声溶解,置于4℃的冰箱中12h,待反应时,加入188μL乙二醇二甲基丙烯酸酯和0.01g偶氮二异丁腈,超声溶解,通N2 10min除O2,即得分子印迹预聚液。
分子印迹光子晶体的制备以SiO2光子晶体为模板,在模板两侧紧贴PMMA有机玻璃,灌入预聚液,在365nm紫外灯下光聚合2h。待反应完成,将紧密结合的夹层结构放于3%的氢氟酸中浸泡20h左右至载玻片脱离,去除模板,如图2所示。
将分子印迹光子晶体放入培养皿中,依次加入甲醇-乙酸(99:1,v/v)、去离子水,重复3次,去除灭多威分子,置于pH为7.6的磷酸盐缓冲液(10mmol/L)平衡。
(4)灭多威分子印迹光子晶体快速检测方法研究
分别配制浓度为10-2、10-4、10-6、10-8、10-10g·L-1的灭多威磷酸盐(pH7.6,10mmol·L-1)系列溶液,将分子印迹光子晶体检测卡按照浓度从低到高的顺序依次浸入,待稳定后,利用紫外可见分光光度计测试其吸收光谱,并在日光灯下利用数码相机记录其表观结构色(见图3),制作标准颜色卡,如图4所示。
(5)灭多威分子印迹光子晶体检测卡对与灭多威分子结构相似农药的响应性研究。
分别检测了灭多威分子印迹光子晶体检测卡在不同浓度涕灭威(见图5)、克百威溶液(见图6)中光子带隙的变化,在克百威和涕灭威溶液中,其光子带隙只有轻微的移动,且没有规律性。这说明灭多威分子印迹光子晶体检测卡对与灭多威分子结构相似的农药不存在特异性吸附,在多种农药共存时能够满足对特定目标的专属性测试要求。
(6)灭多威分子印迹光子晶体检测卡的吸附速率研究。
将分子印迹光子晶体速测卡浸泡在10-6g·L-1灭多威溶液中,通过紫外可见分光光度计测试其吸收光谱,如图7所示,结果表明浸泡3min左右速测卡基本达到吸附平衡,光子带隙不再变化,说明检测卡能够快速检测农药残留。
(7)灭多威分子印迹光子晶体速测卡的重复使用研究。
将分子印迹光子晶体检测卡浸泡在10-6g·L-1灭多威溶液中,重复使用8次用紫外可见分光光度计测试其光子带隙变化情况,如图8所示。每次使用后用甲醇浸泡10min,除去吸附的灭多威目标分子,结果表明该速测卡可多次重复使用。
实施例2
(1)单分散SiO2微球的制备
将180mL无水乙醇、9g去离子水和10mL氨水加入250mL的平底烧瓶中,放入恒温油浴锅中,待温度升到40℃,继续搅拌60min后,将10g正硅酸乙酯迅速加入反应体系中,密封,恒温搅拌反应12h。将反应得到的白色乳液4000r离心20min,无水乙醇重新分散4次,55℃真空干燥24h,得到白色粉末状SiO2微球。实验中可以通过改变物料配比以及搅拌速度获得粒径在350nm左右内的SiO2微球。
(2)SiO2光子晶体的制备
将载玻片用Piranha溶液(浓硫酸-双氧水7:3,V/V)浸泡24h,除去载玻片表面有机物,使表面羟基化,增加载玻片的亲水性。再分别用去离子水、乙醇超声清洗30min后,N2吹干,其他玻璃仪器用铬酸洗液浸泡24h后,去离子水清洗,烘干,待用。聚甲基丙烯酸甲酯有机玻璃用无水乙醇洗涤,吹干。
称取SiO2微球300mg,加入到100mL无水乙醇配中,超声分散1h,静置20min后,量取20mL于25mL的特制的小烧杯中,将亲水化处理的载玻片垂直放入其中并固定,于安静无菌室中,周围放置适量去离子水保持湿度60%,恒温25℃放置一周左右,待烧杯中的无水乙醇蒸发完全,在载玻片表面即生长出SiO2光子晶体模板。
将制得的SiO2模板放入马弗炉中,300℃加热固化1h。
(3)分子印迹光子晶体农药残留检测卡的制备
取0.15g灭多威于5mL的离心管中,加入420μL甲基丙烯酸,超声溶解,置于4℃的冰箱中12h,待反应时,加入188μL乙二醇二甲基丙烯酸酯和0.01g偶氮二异丁腈,超声溶解,通N2 10min除O2,即得分子印迹预聚液。
分子印迹光子晶体的制备以SiO2光子晶体为模板,在模板两侧紧贴PMMA有机玻璃,灌入预聚液,在365nm紫外灯下光聚合2h。待反应完成,将紧密结合的夹层结构放于3%的氢氟酸中浸泡20h左右至载玻片脱离,去除模板,如图10所示。
Claims (9)
1.一种分子印迹光子晶体检测卡,其特征在于:将分子印迹预聚液灌入光子晶体模板,聚合后洗去模板分子即得分子印迹光子晶体检测卡。
2.根据权利要求1所述的分子印迹光子晶体检测卡,其特征在于:在光子晶体模板两侧紧贴聚甲基丙烯酸甲酯有机玻璃,灌入分子印迹预聚液并在紫外光下聚合,然后浸泡在氢氟酸中使有机玻璃脱落,最后依次用甲醇、去离子水清洗掉模板分子后即得分子印迹光子晶体检测卡。
3.根据权利要求1或2所述的分子印迹光子晶体检测卡,其特征在于:所述分子印迹预聚液的制备方法为:取0.1-0.3g模板分子,加入300-500μL甲基丙烯酸,超声溶解,冷藏10-15h,加入100-300μL乙二醇二甲基丙烯酸酯和0.005-0.02g偶氮二异丁腈,超声溶解,除去O2即得分子印迹预聚液。
4.根据权利要求3所述的分子印迹光子晶体检测卡,其特征在于:所述模板分子为氨基甲酸酯类、有机磷类、拟除虫菊酯类、三嗪类、酰胺类、苯基脲类农药。
5.根据权利要求1所述的分子印迹光子晶体检测卡,其特征在于:所述光子晶体模板是以SiO2微球作为自组装单元,通过垂直沉积法制备光子晶体模板。
6.根据权利要求5所述的分子印迹光子晶体检测卡,其特征在于:将SiO2微球用无水乙醇配制成质量浓度为1%-4%的溶液,超声分散60-90min,静置20-40min,将亲水化处理的载玻片垂直放入其中并固定,保持湿度50-70%,室温放置,待无水乙醇完全蒸发,在载玻片上即生长出SiO2光子晶体模板,将制得的模板在200-400℃加热固化1-2h,得到结构致密的SiO2光子晶体模板。
7.根据权利要求5或6所述的分子印迹光子晶体农药残留速测卡,其特征在于:所述SiO2微球的制备方法为:将150-200mL无水乙醇、8-12g去离子水和5-15mL氨水混合,30-40℃下搅拌30-60min,加入7-10g正硅酸乙酯,密封,恒温搅拌6-12h,将反应得到的白色乳液4000-6000r离心15-25min,用无水乙醇洗涤4-6次,在50-60℃真空干燥20-30h,得到SiO2微球,SiO2微球粒径为200-400nm。
8.根据权利要求1所述的分子印迹光子晶体检测卡,其特征在于:将分子印迹光子晶体检测卡浸入不同浓度农药中5-10min后,用紫外可见分光光度计测定其布拉格衍射波长,并用相机记录其表面结构色,制作相应浓度的标准颜色卡片。
9.一种权利要求1所述的分子印迹光子晶体检测卡的应用。其特征在于:将分子印迹光子晶体检测卡浸入待测样品处理溶液5-10min,然后与分子印迹光子晶体标准颜色卡进行对比,找出与检测卡相近的颜色得到对应的浓度参数,即为待测样品中农药的含量。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180206 |
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