CN110229294B - 一种基于温敏型双亲水性嵌段聚合物的pH荧光化学传感器及其合成方法和应用 - Google Patents

一种基于温敏型双亲水性嵌段聚合物的pH荧光化学传感器及其合成方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于温敏型双亲水性嵌段聚合物pH荧光化学传感器及其合成方法和应用，属于化学荧光材料技术领域，本发明合成了基于双亲水性温敏嵌段聚合物的新结构pH荧光化学传感器，PEG113‑b‑P(NIPAM‑co‑RhHHMa)65，并在该传感器的温敏性嵌段中标记了酸性识别基元RhHHMa。它是具有pH响应和温度响应的多功能荧光化学传感器，具有极佳的水溶性、生物相容性、高灵敏性等特点。而且，它能自组装成以P(NIPAM‑co‑RhHHMa)65为核的聚集体，其中的pH响应基元RhHHMa包埋于疏水核之内，这会使荧光基元量子产率的增加，从而实现信号的放大。

Description

一种基于温敏型双亲水性嵌段聚合物的pH荧光化学传感器及 其合成方法和应用
技术领域
本发明属于化学荧光材料技术领域，具体涉及一种pH荧光化学传感器及其合成方法和应用。
背景技术
pH值是水溶液最重要的物理化学参数之一，凡涉及水及溶液的自然现象、化学变化以及生产过程都与pH有关。溶液中pH值的快速准确的测定对化学、医学、生物学、农业和环境科学等众多领域具有重要的研究意义，而现有的pH的测定方法，多为电化学检测，多存在存在阻抗高、较难微型化、较易破损、灵敏度低、测定范围受限、存在“钠误差”和“酸误差”等缺陷使它在细胞内的pH值检测和细胞成像研究方面的应用受到了限制。
而荧光化学传感器法由于其高灵敏度高、高选择性、不受电信号干扰、分析仪器更易小型化、便于成像应用以及广泛可用的荧光染料等特点。因此，受到了人们的广泛关注。
近年来，自组装的概念已经被引入到离子选择性的化学传感器的领域中，通过利用智能型聚合物作为响应的基体，实现了新型荧光化学传感器功能的协同性以及更广泛的适应性。当用化学方法将pH、金属离子等识别单元整合到刺激响应性的双亲水性嵌段聚合物中，这套新的检测系统可以具备一些新的潜在功能，包括良好的水溶性，更高的检测灵敏度，极佳的生物相容性等。生物体疾病部位，污染水体，污染食品中通常会存在温度异常问题，新的检测系统一旦受到此类刺激像温度的改变便会在水溶液中自动自组装成聚集体，在自组装聚集体疏水端的传感系统由于光量子产率的提高能实现荧光信号的放大从而极大地检测信号。
本发明合成了基于双亲水性温敏嵌段聚合物的新结构pH荧光化学传感器，PEG113-b-P(NIPAM-co-RhHHMa)65，并在该传感器的温敏性嵌段中标记了酸性识别基元RhHHMa。它是具有pH响应和温度响应的多功能荧光化学传感器，具有极佳的水溶性、生物相容性、高灵敏性等特点。而且，它能自组装成以P(NIPAM-co-RhHHMa)65为核的聚集体，其中的pH响应基元RhHHMa包埋于疏水核之内，这会使荧光基元量子产率的增加，从而实现信号的放大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种基于温敏型双亲水性嵌段聚合物的pH荧光化学传感器及其合成方法和应用，本发明在该传感器的温敏性嵌段中标记了酸性识别基元RhHHMa。它是具有pH响应和温度响应的多功能荧光化学传感器，具有极佳的水溶性、生物相容性、高灵敏性等特点。而且，它能自组装成以P(NIPAM-co-RhHHMa)65为核的聚集体，其中的pH响应基元RhHHMa包埋于疏水核之内，这会使荧光基元量子产率的增加，从而实现信号的放大。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
本发明公开了一种基于温敏型双亲水性嵌段聚合物的pH荧光化学传感器，其表达式为PEG113-b-P(NIPAM-co-RhHHMa)65，其中PEG表示聚乙二醇单甲醚，b表示嵌段共聚，NIPAM表示N-异丙基丙烯酰胺，co表示随机共聚，RhHHMa表示酸性识别基元RhHHMa，其结构式如下；
Figure GDA0003454473310000021
一种基于温敏型双亲水性嵌段聚合物的pH荧光化学传感器(PEG113-b-P(NIPAM-co-RhHHMa)65)的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、酸性识别基元RhHHMa的制备；将罗丹明B酰肼与对羟基苯甲醛加入到乙醇中，在50.0-80.0℃下进行搅拌，待反应完成后，将其冷却结晶则得到的粗产品，将粗产品在乙醇中重结晶使之纯化，即可得到产物RhSA，将RhSA与三乙胺溶解在二氯甲烷中，在-1.0-10.0℃的条件下滴加甲基丙烯酰氯，然后在15-35℃下回流反应，之后分离有机层用饱和碳酸钠水溶液洗涤，除去溶剂得到粗产品并在乙腈中重结晶，即可得到酸性识别基元RhHHMa；
步骤二、RAFT试剂BSPA的制备；将3-巯基丙酸滴加到浓度为1.5-2.3mol/L氢氧化钠水溶液中，然后在滴加二硫化碳，并在室温下进行搅拌，然后滴加溴化苄，并加热到70.0-90.0℃进行反应，反应结束后，将反应液冷却至室温，加入氯仿萃取，随后加入过量盐酸酸化，并用蒸馏水反复洗涤有机相，蒸干溶剂，得到BSPA；
步骤三、PEG基大分子链转移剂的制备；将聚乙二醇单甲醚(PEG113-OH,Mn(GPC)＝5.0kDa,Mw/Mn＝1.06,平均聚合度DP＝113)和BSPA加入到二氯甲烷中，在-10.0-10.0℃下滴加N,N'-二环己基碳二亚胺(DCC)、4-二甲氨基吡啶(DMAP)和二氯甲烷的混合液，在15.0-35.0℃下搅拌，过滤不溶盐，除去大部分溶剂后，在过量冷乙醚中沉淀得到固体粉末，固体经过粉末溶解-沉淀，并真空干燥，则可得到PEG基大分子链转移剂；
步骤四，基于温敏型双亲水性嵌段聚合物的pH荧光化学传感器的制备；将N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)、RhHHMa、PEG基大分子链转移剂、偶氮二异丁腈(AIBN)溶解在1,4-二氧六环中，在抽真空-充氮气循环后在氮气环境下密封，在60-80℃下进行反应，反应完成后在液氮中淬灭，用1,4-二氧六环稀释后在过量乙醚中沉淀-溶解即可得到PEG113-b-P(NIPAM-co-RhHHMa)65即基于温敏型双亲水性嵌段聚合物的pH荧光化学传感器。
上述PEG113-b-P(NIPAM-co-RhHHMa)65的制备方法，虽然可以制备出PEG113-b-P(NIPAM-co-RhHHMa)65但是因范围较宽会有时会出现原料浪费与纯度过低的问题。
作为优选；PEG113-b-P(NIPAM-co-RhHHMa)65的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、酸性识别基元RhHHMa的制备；按照摩尔比为1:1的比例分别称取罗丹明B酰肼和对羟基苯甲醛备用，将罗丹明B酰肼与对羟基苯甲醛加入到乙醇中，65.0-75.0℃下搅拌40min以上，冷却结晶得到的粗产品在乙醇中重结晶1-6次，得到产物RhSA，按照摩尔比为1:1:1的比例分别称取RhSA、三乙胺和甲基丙烯酰氯备用，将RhSA与三乙胺溶解在二氯甲烷中，0.0-5.0℃下滴加甲基丙烯酰氯，20.0-30.0℃下回流反应2-6h，分离有机层，用饱和碳酸钠水溶液洗涤1-6遍后，除去溶剂得到酸性识别基元RhHHMa。
步骤二、RAFT试剂BSPA的制备，按照摩尔比为1:1:1的比例分别称取3-巯基丙酸、二硫化碳和溴化苄备用，将3-巯基丙酸滴加到浓度为1.5-2mol/L的氢氧化钠水溶液中,然后滴加二硫化碳，在室温下搅拌3-7h，滴加溴化苄，加热到70.0-95.0℃反应10-15h，反应结束后，将反应液冷却至室温，加入氯仿萃取，随后加入过量盐酸酸化，并用蒸馏水反复洗涤有机相，蒸干溶剂，得到BSPA；
步骤三、PEG基大分子链转移剂的制备，按照摩尔比为1:5:10:10的比例分别称取DMAP、聚乙二醇单甲醚、DCC和BSPA备用，将聚乙二醇单甲醚(PEG113-OH,Mn(GPC)＝5.0kDa,Mw/Mn＝1.06,平均聚合度DP＝113)和BSPA加入到二氯甲烷中，在-5.0-10.0℃下滴加DCC、DMAP和二氯甲烷的混合液，20.0-30.0℃下搅拌45-55h，过滤不溶盐，除去大部分溶剂后，在过量冷乙醚中沉淀得到固体粉末，将固体粉末溶解-沉淀1-6次，并真空干燥8-16h，即可得到PEG基大分子链转移剂。
步骤四、PEG113-b-P(NIPAM-co-RhHHMa)65的制备；按照摩尔比为2000:80:20:3的比例分别称取NIPAM、RhHHMa、PEG基大分子链转移剂和AIBN备用，将NIPAM，RhHHMa，PEG基大分子链转移剂和AIBN溶解在1,4-二氧六环中，经1-6次抽真空-充氮气循环后在氮气环境下密封，65.0-75.0℃下反应1-2h，在液氮中淬灭，用1,4-二氧六环稀释后在过量乙醚中沉淀-溶解循环反复1-6次则可得到PEG113-b-P(NIPAM-co-RhHHMa)65即基于温敏型双亲水性嵌段聚合物的pH荧光化学传感器。
进一步的，本发明中的一些溶剂和原料在本领域人员看来是可以替换的比如可以将乙醇替换为甲醇、碳酸钠替换为碳酸氢钠、氢氧化钠替换为KOH等。
更优选的：PEG113-b-P(NIPAM-co-RhHHMa)65的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、酸性识别基元RhHHMa的制备：
按照摩尔比为1:1的比例分别称取罗丹明B酰肼和对羟基苯甲醛备用，将罗丹明B酰肼与对羟基苯甲醛加入到乙醇中，70.0℃下搅拌1h后，冷却结晶得到的粗产品在乙醇中重结晶3次，产物RhSA为白色固体；
按照摩尔比为1:1:1的比例分别称取RhSA、三乙胺和甲基丙烯酰氯备用，取RhSA与三乙胺溶解在二氯甲烷中，在0.0℃下滴加甲基丙烯酰氯，在25.0℃下回流反应4h，分离有机层，用饱和碳酸钠水溶液洗涤3遍后，除去溶剂得到粗产品，将粗产品在乙腈中重结晶3次，得到产物RhHHMa为紫色固体；
步骤二、RAFT试剂BSPA的制备：
按照摩尔比为1:1:1的比例分别称取3-巯基丙酸、二硫化碳和溴化苄备用，将3-巯基丙酸滴加到1.84mol/L的氢氧化钠水溶液中，然后再滴加二硫化碳，室温下搅拌5h后，滴加溴化苄，加热到80.0℃反应12h，反应结束后，将反应液冷却至室温，加入氯仿萃取，随后加入过量盐酸酸化，并用蒸馏水反复洗涤有机相，蒸干溶剂，得到产物BSPA为黄色固体；
步骤三、PEG基大分子链转移剂的制备：
按照摩尔比为1:5:10:10的比例分别称取DMAP、聚乙二醇单甲醚、DCC和BSPA备用，取聚乙二醇单甲醚和BSPA加入到二氯甲烷中，在0.0℃下滴加DCC、DMAP和二氯甲烷的混合液，25.0℃下搅拌48h，过滤不溶盐，除去大部分溶剂后，在过量冷乙醚中沉淀得到固体粉末，固体粉末溶解-沉淀3次，并真空干燥12h，得到产物PEG基大分子链转移剂为淡黄固体；
步骤四、PEG113-b-P(NIPAM-co-RhHHMa)65的制备：
按照摩尔比为2000:80:20:3的比例分别称取NIPAM、RhHHMa、PEG基大分子链转移剂和AIBN备用，取NIPAM、RhHHMa、PEG基大分子链转移剂和AIBN溶解在1,4-二氧六环中，经三次抽真空-充氮气循环后在氮气环境下密封，70.0℃下反应1.5h，在液氮中淬灭，用1,4-二氧六环稀释后在过量乙醚中沉淀-溶解循环反复三次，产物为粉色固体。
进一步的、在聚乙二醇单甲醚(PEG113-OH,Mn(GPC)＝5.0kDa,Mw/Mn＝1.06,平均聚合度DP＝113)中GPC＝5.0kDa表示凝胶渗透色谱GPC测试结果显示数均分子量(Mn)为5.0kDa；Mw/Mn＝1.06表示分子量分布(Mw/Mn)为1.06；平均聚合度,DP,is 113表示平均聚合度DP为113。
进一步的，本发明所用溶剂的量以完全溶解所用溶质为准。
进一步的，本发明所得的一种基于温敏型双亲水性嵌段聚合物的pH荧光化学传感器(PEG113-b-P(NIPAM-co-RhHHMa)65)其主要应用在检测溶液的pH，其使用方法为用荧光光度计测定本发明pH荧光化学传感器在不同pH值的溶液的荧光光谱强度，并由荧光强度与pH值的关系换算出所测环境的pH值，具体见具体实施例方式中的实验三和实验四。
本发明PEG113-b-P(NIPAM-co-RhHHMa)65的反应路线如下：
Figure GDA0003454473310000061
(c)
Figure GDA0003454473310000062
(d)
Figure GDA0003454473310000063
(e)
Figure GDA0003454473310000064
上述反应路线中各名词的含义；Reflux(回流)、Ethanol(乙醇)、triethylamine(三乙胺)PEG113-b-P(NIPAM-co-RhHHMa)65是聚合物的一种表达式。PEG-based macroRAFTagent是基于PEG的大分子链转移剂的英文缩写。
本发明具有如下优点：
(1)本发明中所设计制备的聚合物基pH荧光化学传感器具有极佳的pH响应性，温度响应性，水溶性、生物相容性和灵敏度。
(2)本发明中所设计制备的聚合物基pH荧光化学传感器在酸性环境中，荧光光谱728nm处能够发出深红色荧光，该化学传感器不仅对pH有极快的响应，而且具有很好的稳定性，在pH＝1和14之间循环10个周期后依然重复性良好。
(3)本发明中所设计制备的聚合物基pH荧光化学传感器在42.0℃时自组装成以P(NIPAM-co-RhHHMa)65为核的聚集体，其中的pH响应基元RhHHMa包埋于疏水核之内，使荧光基元量子产率增加，实现了检测信号的放大。相较于25.0℃，42.0℃下pH＝1时728nm处的荧光检测信号放大了2.80倍。
附图说明
图1表示本发明RhHHMa、BSPA、PEG基大分子链转移剂和PEG113-b-P(NIPAM-co-RhHHMa)65的核磁氢谱图；
其中图1(a)表示RhHHMa的核磁氢谱图；
其中图1(b)表示BSPA的核磁氢谱图；
其中图1(c)表示PEG基大分子链转移剂的核磁氢谱图；
其中图1(d)表示PEG113-b-P(NIPAM-co-RhHHMa)65的核磁氢谱图。
图2表示本发明PEG基大分子链转移剂(PEG-based MacroRAFT agent)和PEG113-b-P(NIPAM-co-RhHHMa)65THF相的分子量及其分布图。
图3表示本发明PEG113-b-P(NIPAM-co-RhHHMa)65在pH 1-14下的荧光光谱图和728nm处荧光强度变化图。
图4表示本发明PEG113-b-P(NIPAM-co-RhHHMa)65的荧光强度随时间变化图。
图5表示本发明PEG113-b-P(NIPAM-co-RhHHMa)65溶液的pH在1和14之间循环时荧光强度的变化图。
图6表示本发明PEG113-b-P(NIPAM-co-RhHHMa)65的水溶液透光率的温度依赖性。
图7表示本发明PEG113-b-P(NIPAM-co-RhHHMa)65在42.0℃时的平均流体动力学直径分布。
图8表示本发明PEG113-b-P(NIPAM-co-RhHHMa)65的温度对荧光影响的荧光谱图和相对荧光强度变化图。
具体实施方式：
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图说明对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：PEG113-b-P(NIPAM-co-RhHHMa)65的制备方法包括以下步骤；
步骤一、酸性识别基元RhHHMa的制备表征；
将罗丹明B酰肼(9.86g,0.02mol)与对羟基苯甲醛(2.44g,0.02mol)加入到(80.00mL)中，在70.0℃下搅拌1h后，冷却结晶则可得到粗产品，将粗产品在乙醇中重结晶3次，产物RhSA为白色固体(10.86g,产率:88.0％)；
将RhSA(4.00g,15.68mmol)与三乙胺(1.58g,15.68mmol)溶解在二氯甲烷(60.00mL)中，在0.0℃下滴加甲基丙烯酰氯(1.62g,15.68mmol)，然后在25.0℃下回流反应4h，分离有机层，用饱和碳酸钠水溶液洗涤3遍后，除去溶剂得到粗产品并在乙腈中重结晶3次，产物为紫色固体(6.86g,产率:75.0％)。
1H NMR(CDCl3,δ,ppm,TMS；图1(a)):8.02(1H,ArH),7.58(2H,ArH),7.32(1H,ArH),6.85-7.15(3H,ArH),6.50(1H,ArH),5.78(1H,-C(CH3)＝CHH),5.35(1H,-C(CH3)＝CHH),2.75-4.00(8H,-CH2-),2.01(9H,-CH3),1.21(6H,-CH3)。
步骤二：RAFT试剂BSPA的制备表征；
将3-巯基丙酸(2.50ml,28.65mmol)滴加到氢氧化钠(1.84mol/L,31.25ml)水溶液中，然后滴加二硫化碳(3.65ml,28.65mmol)，室温下搅拌5h，滴加溴化苄(4.95g,28.65mmol)，加热到80.0℃反应12h，反应结束后，将反应液冷却至室温，加入氯仿(90.00ml)萃取，随后加入过量盐酸酸化，并用蒸馏水反复洗涤有机相，蒸干溶剂，得到黄色固体(3.20g,产率:40.9％)。
1H NMR(CDCl3,δ,ppm,TMS；图1(b)):7.33(5H,ArH),4.64(2H,ArCH2-),3.65(2H,-C(＝S)SCH2-),2.88(452H,-C(＝S)SCH2CH2CO-)。
步骤三：PEG基大分子链转移剂的制备；
聚乙二醇单甲醚(10.00g,2.00mmol)(PEG113-OH,Mn(GPC)＝5.0kDa,Mw/Mn＝1.06,平均聚合度DP＝113)，BSPA(1.10g,4.00mmol)加入到二氯甲烷(100.00mL)中，0.0℃下滴加DCC(0.84g,4.00mmol)，DMAP(50mg,0.40mmol)和二氯甲烷(20.00mL)的混合液，25.0℃下搅拌48h，过滤不溶盐，除去大部分溶剂后，在过量冷乙醚中沉淀得到固体粉末，固体粉末溶解-沉淀3次，并真空干燥一夜，产物为淡黄固体(9.60g,产率:62％)。
1H NMR(CDCl3,δ,ppm,TMS；图1(c)):7.33(5H,ArH),4.60(2H,ArCH2-),4.27(2H,-CH2OCOCH2-),3.83-3.58(452H,-CH2CH2O-),3.54(3H,CH3O-),3.38(2H,-CH2OCOCH2CH2SC(＝S)-),2.82(2H,-CH2OCOCH2CH2SC-(＝S)-)。
步骤四：PEG113-b-P(NIPAM-co-RhHHMa)65的制备表征；
NIPAM(1.82g,16.00mmol)，RhHHMa(0.20g,0.64mmol)，PEG基大分子链转移剂(0.84g,0.16mmol)，AIBN(4mg,24umol)溶解在1,4-二氧六环(2.8g)中，经三次抽真空-充氮气循环后在氮气环境下密封，70℃下反应1.5h，在液氮中淬灭，用1,4-二氧六环稀释后在过量乙醚中沉淀-溶解循环反复三次，产物为粉色固体(1.68g,产率:63％)。
1H NMR核磁测试结果如图1(d)显示P(NIPAM-co-RhHHMa)的平均聚合度为65。因此，聚合物表示为PEG113-b-P(NIPAM-co-RhHHMa)65。
0.10g/L的PEG113-b-P(NIPAM-co-RhHHMa)65水溶液中[RhHHMa]＝14.21uM(RhHHMa基元含量以pH 1下RhHHMa的荧光强度为基准测得的(λex＝365nm,slit widths:Ex.5nm,Em.2.5nm))。
以下是对本发明基于双亲水性温敏嵌段聚合物的pH荧光化学传感器的性能测试。
实验一、1H NMR核磁测试
将实施例一中得到的RhHHMa、BSPA、PEG基大分子链转移剂、PEG113-b-P(NIPAM-co-RhHHMa)65均使用氘代氯仿溶剂，BRUKERAC-P400质谱仪(其中1H的共振频率为400MHz)，操作模式为傅里叶转换模式，进行1H NMR谱的测定。其核磁氢谱图如图1所示。
在图1中(a)、(b)、(c)、(d)分别表示RhHHMa、BSPA、PEG基大分子链转移剂，和PEG113-b-P(NIPAM-co-RhHHMa)65的核磁氢谱图，其测试结果已在实施例一中说明此处不再累述。
实验二、四氢呋喃(THF)相凝胶色谱法(GPC)测试
本实验将用凝胶色谱法测试实施例一中得到的PEG基大分子链转移剂和PEG113-b-P(NIPAM-co-RhHHMa)65的分子量及其分布，分子量和分子量分布的测定使用配有LC20泵和RID-20示差折光检测器的凝胶渗透色谱(GPC)。采用HR4柱，柱温箱温度为35.0℃。洗脱液为THF，其流速为1.0mL/min。一系列的窄分布的聚苯乙稀标样被用作曲线的校准，其结果如图2所示。
在图2中(a)表示PEG基大分子链转移剂(PEG-based MacroRAFT agent),的分子量及其分布从中可以得出GPC测试显示均分子量(Mn)为6.1kDa，分子量分布(Mw/Mn)为1.03。(b)表示本发明的pH荧光化学传感器(PEG113-b-P(NIPAM-co-RhHHMa)65)的分子量及其分布从中可以得出GPC测试显示数分子量(Mn)为13.3kDa，分子量分布(Mw/Mn)为1.10。
实验三、pH荧光化学传感器的荧光性能测试
当RhHHMa处于碱性和中性环境下时，酰胺环关闭不产生荧光，当RhHHMa处于酸性环境下时，酰胺环打开产生深红色荧光。本发明利用这个特点用荧光分光光度计进行测试，配制pH 1到pH 14的0.10g/L的PEG113-b-P(NIPAM-co-RhHHMa)65溶液，其中[RhHHMa]＝14.21uM，在温度25.0℃，荧光最大激发波长λex＝365nm，狭缝宽度(slit widths):Ex.5nm,Em.5nm的条件下用荧光分光光度计进行pH荧光化学传感器的荧光性能测试，测试pH1-14下的荧光光谱图和728nm处荧光强度变化。
由图3可以得出PEG113-b-P(NIPAM-co-RhHHMa)65的荧光性质随pH的变化，在pH≥7时728nm处表现出较弱的荧光；在pH 1-6范围内728nm处表现出较强的荧光，其强度随着pH减小而增强。
将pH 1到pH 6的0.10g/L的PEG113-b-P(NIPAM-co-RhHHMa)65溶液，其[RhHHMa]＝14.21uM，将其在温度25.0℃，荧光最大激发波长λex＝365nm，狭缝宽度(slit widths):Ex.5nm,Em.2.5nm的条件下用荧光分光光度计进行pH荧光化学传感器的荧光性能测试，测试其在不同pH下荧光达到稳定的时间，其结果如图4所示.
由图4可以得出PEG113-b-P(NIPAM-co-RhHHMa)65在pH 1-6时在728nm的红色荧光能在约80s内达到最大值并在一定时间内维持稳定(I/I0＝12)。因此，化学传感器不仅对pH有极快的响应，而且具有很好的稳定性。
配置0.10g/L的PEG113-b-P(NIPAM-co-RhHHMa)65溶液，其[RhHHMa]＝14.21uM，将其在温度25.0℃，荧光最大激发波长λex＝365nm，狭缝宽度(slit widths):Ex.5nm,Em.2.5nm的条件下，调整溶液的pH值，使溶液的pH值在pH 1-14内循环10个周期，用荧光分光光度计进行pH荧光化学传感器的荧光性能测试，测定pH化学传感器在各pH下的荧光强度，荧光强度达到稳定的时间和母液在pH 1和14之间循环10个周期后的重复性能力，其结果如图5所示。
由图5可以得出PEG113-b-P(NIPAM-co-RhHHMa)65在pH 1和14之间循环10个周期后依然重复性良好。
实验四：pH荧光化学传感器的温敏性能研究
PEG113-b-P(NIPAM-co-RhHHMa)65的温敏性能是通过温度-光透过率测试以及激光光散射(DLS)测试来探究的。
配制0.10g/L的PEG113-b-P(NIPAM-co-RhHHMa)65溶液，用盐酸溶液调节pH至1，置于4℃冰箱中备用。温度-光透过率测试是通过紫外分光光度计测定一系列不同温度下待测溶液的光透过率进行的。动态激光光散射(DLS)测量是在商业化的配有数字时间相关器(ALV5000)和一个圆柱形22mW UNIPHASE He-Ne激光光源(λ0＝632nm)的光散射仪中测定的，其测试结果如图6、图7、图8所示。
由图6、图7和图8可以得出当溶液温度高于嵌段的低临界溶解温度(LCST)37.0℃时，该传感器会发生相转变行为而聚集。正如动态激光光散射(DLS)测试(如图7)的结果所示，在42.0℃时受到外界环境温度刺激后，该传感器自组装成以P(NIPAM-co-RhHHMa)65为疏水核的聚集体，其<Rh>为229.1nm，粒径的多分散系数为0.10。
基于温敏性嵌段的pH荧光化学传感器的水溶液在温度诱导下会自组装形成聚集体，pH响应基元包埋于疏水核之内，使荧光基元量子产率的增加，从而能实现信号放大的目的。如图8所示，pH光化学传感器在pH 1时，728nm处的荧光强度会随着温度(20.0-45.0℃)的增加而显著增强；pH 1时检测灵敏度相比于25.0℃时，42.0℃条件下放大了2.80倍。检测信号的提高仅仅在温度高于pH荧光化学传感器的LCST 37.0℃时才发生，这与温度-光透过率实验得到的临界胶束温度相符合。综上所述，将pH检测基元嵌入到的温敏性嵌段中，通过温度诱导共聚物自组装可以显著地提高检测的灵敏性。
本发明的保护内容不局限于以上实施例，在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。

Claims (9)

1.一种基于温敏型双亲水性嵌段聚合物的pH荧光化学传感器，其特征在于，所述pH荧光化学传感器其表达式为PEG113-b-P(NIPAM-co-RhHHMa)65，其结构式如下：
Figure FDA0003454473300000011
2.如权利要求1所述的一种基于温敏型双亲水性嵌段聚合物的pH荧光化学传感器在检测溶液pH值的应用。
3.一种基于温敏型双亲水性嵌段聚合物的pH荧光化学传感器的制备方法，其特征在于,包括以下步骤：
步骤一、酸性识别基元RhHHMa的制备，其反应路线如下：
Figure FDA0003454473300000012
将罗丹明B酰肼与对羟基苯甲醛加入到乙醇中，在50.0-80.0℃下进行搅拌，待反应完成后，将其冷却结晶得到粗产品，将粗产品在乙醇中重结晶使之纯化，即可得到产物RhSA，将RhSA与三乙胺溶解在二氯甲烷中，在-1.0-10.0℃的条件下滴加甲基丙烯酰氯，然后在15.0-35.0℃下进行回流反应，分离有机层，用饱和碳酸钠水溶液洗涤，除去溶剂得到粗产品并在乙腈中重结晶，即可得到酸性识别基元RhHHMa；
步骤二、RAFT试剂BSPA的制备，其反应路线如下：
Figure FDA0003454473300000021
将3-巯基丙酸滴加到浓度为1.5-2.3mol/L氢氧化钠水溶液中，滴加二硫化碳，并在室温下进行搅拌，然后滴加溴化苄，并加热到70.0-90.0℃进行反应，反应结束后，将反应液冷却至室温，加入氯仿萃取，随后加入过量盐酸酸化，并用蒸馏水反复洗涤有机相，蒸干溶剂，得到BSPA；
步骤三、PEG基大分子链转移剂的制备，其反应路线如下：
Figure FDA0003454473300000022
将聚乙二醇单甲醚和BSPA加入到二氯甲烷中，在-10.0-10.0℃的温度下滴加N,N'-二环己基碳二亚胺、4-二甲氨基吡啶和二氯甲烷的混合液，在15.0-35.0℃下搅拌，过滤不溶盐，除去大部分溶剂后，在过量冷乙醚中沉淀得到固体粉末，固体经过粉末溶解-沉淀，将其真空干燥，即可得到PEG基大分子链转移剂；
步骤四，基于温敏型双亲水性嵌段聚合物的pH荧光化学传感器的制备，其反应路线如下：
Figure FDA0003454473300000031
将N-异丙基丙烯酰胺、RhHHMa、PEG基大分子链转移剂和偶氮二异丁腈溶解在1,4-二氧六环中，在抽真空-充氮气循环后在氮气环境下密封，60.0-80.0℃下进行反应，反应完成后在液氮中淬灭，用1,4-二氧六环稀释后在过量乙醚中沉淀-溶解即可得到PEG113-b-P(NIPAM-co-RhHHMa)65即基于温敏型双亲水性嵌段聚合物的pH荧光化学传感器。
4.根据权利要求3所述的一种基于温敏型双亲水性嵌段聚合物的pH荧光化学传感器的制备方法，其特征在于，其步骤如下：
步骤一、酸性识别基元RhHHMa的制备：
按照摩尔比为1:1的比例分别称取罗丹明B酰肼和对羟基苯甲醛备用，将罗丹明B酰肼与对羟基苯甲醛加入到乙醇中，65.0-75.0℃下搅拌40min以上，冷却结晶得到的粗产品在乙醇中重结晶1-6次，得到产物RhSA，按照摩尔比为1:1:1的比例分别称取RhSA，三乙胺和甲基丙烯酰氯备用，将RhSA与三乙胺溶解在二氯甲烷中，0.0-5.0℃下滴加甲基丙烯酰氯，20.0-30.0℃下回流反应2-6h，分离有机层，用饱和碳酸钠水溶液洗涤1-6遍后，除去溶剂得到酸性识别基元RhHHMa；
步骤二、RAFT试剂BSPA的制备：
按照摩尔比为1:1:1的比例分别称取3-巯基丙酸、二硫化碳和溴化苄备用，将3-巯基丙酸滴加到浓度为1.5-2mol/L的氢氧化钠水溶液中，然后滴加二硫化碳，室温下搅拌3-7h，滴加溴化苄，加热到70.0-95.0℃反应10-15h，反应结束后，将反应液冷却至室温，加入氯仿萃取，随后加入过量盐酸酸化，并用蒸馏水反复洗涤有机相，蒸干溶剂，得到BSPA；
步骤三、PEG基大分子链转移剂的制备：
按照摩尔比为1:5:10:10的比例分别称取4-二甲氨基吡啶、聚乙二醇单甲醚、N,N'-二环己基碳二亚胺和BSPA备用，将聚乙二醇单甲醚、BSPA加入到二氯甲烷中，在-5.0-10.0℃下滴加N,N'-二环己基碳二亚胺、4-二甲氨基吡啶和二氯甲烷的混合液，20.0-30.0℃下搅拌45-55h，过滤不溶盐，除去大部分溶剂后，在过量冷乙醚中沉淀得到固体粉末，将固体粉末溶解-沉淀1-6次，并真空干燥8-16h，即可得到PEG基大分子链转移剂；
步骤四、PEG113-b-P(NIPAM-co-RhHHMa)65的制备：
按照摩尔比为2000:80:20:3的比例分别称取N-异丙基丙烯酰胺、RhHHMa、PEG基大分子链转移剂和偶氮二异丁腈备用，将N-异丙基丙烯酰胺、RhHHMa、PEG基大分子链转移剂和偶氮二异丁腈溶解在1,4-二氧六环中，经1-6次抽真空-充氮气循环后在氮气环境下密封，65.0-75.0℃下反应1-2h，在液氮中淬灭，用1,4-二氧六环稀释后在过量乙醚中沉淀-溶解循环反复1-6次则可得到PEG113-b-P(NIPAM-co-RhHHMa)65即基于温敏型双亲水性嵌段聚合物的pH荧光化学传感器。
5.根据权利要求3或4所述的一种基于温敏型双亲水性嵌段聚合物的pH荧光化学传感器的制备方法，其特征在于，在步骤三中所述的聚乙二醇单甲醚其凝胶渗透色谱GPC测试结果显示其数均分子量Mn为5.0kDa、分子量分布(Mw/Mn)为1.06、平均聚合度DP为113。
6.根据权利要求3或4所述的一种基于温敏型双亲水性嵌段聚合物的pH荧光化学传感器的制备方法，其特征在于，酸性识别基元RhHHMa的制备工艺如下：
按照摩尔比为1:1的比例分别称取罗丹明B酰肼和对羟基苯甲醛备用，将罗丹明B酰肼和对羟基苯甲醛加入到乙醇中，70.0℃下搅拌1h后，冷却结晶得到粗产品，将得到的粗产品在乙醇中重结晶3次，即可得到产物RhSA，产物RhSA为白色固体；
按照摩尔比为1:1:1的比例分别称取RhSA、三乙胺和甲基丙烯酰氯备用，取RhSA与三乙胺溶解在二氯甲烷中，在0.0℃下滴加甲基丙烯酰氯，在25.0℃下回流反应4h，分离有机层，用饱和碳酸钠水溶液洗涤3遍后，除去溶剂即可得到粗产品将粗产品在乙腈中重结晶3次，即可得到酸性识别基元RhHHMa，产物RhHHMa为紫色固体。
7.根据权利要求3或4所述的一种基于温敏型双亲水性嵌段聚合物的pH荧光化学传感器的制备方法，其特征在于RAFT试剂BSPA的制备工艺如下：
按照摩尔比为1:1:1的比例分别称取3-巯基丙酸、二硫化碳和溴化苄备用，将3-巯基丙酸滴加到1.84mol/L的氢氧化钠水溶液中，然后滴加二硫化碳，在室温下搅拌5h后，滴加溴化苄，加热到80.0℃反应12h，反应结束后，将反应液冷却至室温，加入氯仿萃取，随后加入过量盐酸酸化，并用蒸馏水反复洗涤有机相，蒸干溶剂，得到黄色固体。
8.根据权利要求3或4所述的一种基于温敏型双亲水性嵌段聚合物的pH荧光化学传感器的制备方法，其特征在于，PEG基大分子链转移剂的制备工艺如下：
按照摩尔比为1:5:10:10的比例分别称取4-二甲氨基吡啶、聚乙二醇单甲醚、N,N'-二环己基碳二亚胺和BSPA备用，取聚乙二醇单甲醚和BSPA加入到二氯甲烷中，在0.0℃下滴加N,N'-二环己基碳二亚胺，4-二甲氨基吡啶和二氯甲烷的混合液，并在25.0℃下搅拌48h，过滤不溶盐，除去大部分溶剂后，在过量冷乙醚中沉淀得到固体粉末，固体粉末溶解-沉淀3次，并真空干燥12h，产物为淡黄固体。
9.根据权利要求3或4所述的一种基于温敏型双亲水性嵌段聚合物的pH荧光化学传感器的制备方法，其特征在于，PEG113-b-P(NIPAM-co-RhHHMa)65的制备工艺如下：按照摩尔比为2000:80:20:3的比例分别称取N-异丙基丙烯酰胺、RhHHMa、PEG基大分子链转移剂和偶氮二异丁腈备用，取N-异丙基丙烯酰胺、RhHHMa、PEG基大分子链转移剂和偶氮二异丁腈溶解在1,4-二氧六环中，经三次抽真空-充氮气循环后在氮气环境下密封，70.0℃下反应1.5h，在液氮中淬灭，用1,4-二氧六环稀释后在过量乙醚中沉淀-溶解循环反复三次，产物为粉色固体。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104017567A (zh) * 2014-04-29 2014-09-03 苏州科技学院 一种含罗丹明内酰胺基团的高分子pH探针及合成方法
CN104087286A (zh) * 2014-06-23 2014-10-08 昆山东大智汇技术咨询有限公司 一种高分子pH荧光探针PRBH及其制备方法与应用
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Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104017567A (zh) * 2014-04-29 2014-09-03 苏州科技学院 一种含罗丹明内酰胺基团的高分子pH探针及合成方法
CN104087286A (zh) * 2014-06-23 2014-10-08 昆山东大智汇技术咨询有限公司 一种高分子pH荧光探针PRBH及其制备方法与应用
CN105504152A (zh) * 2015-12-16 2016-04-20 苏州吉谷新材料有限公司 一种棉转移印染用高分子pH荧光探针及其制备方法和应用
CN108676307A (zh) * 2018-05-17 2018-10-19 江苏大学 基于两亲性温敏嵌段共聚物混合化学传感器的制备方法及其应用

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Novel fluorescent chemosensory filter membranes composed of electrospun nanofibers with ultra-selective and reversible pH and Hg2+ sensing characteristics;Bo-Yu Chen等;《Dyes and Pigments》;20170418;第129-142页 *
Novel Multifunctional Luminescent Electrospun Fluorescent Nanofiber Chemosensor-Filters and Their Versatile Sensing of pH, Temperature, and Metal Ions;Bo-Yu Chen等;《Polymers》;20181231;第1259页 *
Selective and differential detection of Hg2+ and Cu2+ with use of a single rhodamine hydrazone-type probe in the absence and presence of UV irradiation;Li–Li Chang等;《Dyes and Pigments》;20180208;第117-124页 *

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