CN110501316A - 一种聚联乙炔脂质体在水环境中Pb2+的可视化检测方法 - Google Patents

一种聚联乙炔脂质体在水环境中Pb2+的可视化检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种聚联乙炔脂质体在水环境中Pb2+的可视化检测方法，包括以下步骤：首先准备好实验所需的化学试剂原料和干燥的玻璃仪器，接着依次进行PCDA‑NS的合成、PCDA‑EDEA的合成和PCDA‑TAA的合成，并且将合成得到的化合物放在相应的样品瓶中，然后对聚联乙炔脂质体进行制备，制备好后通过透射电子显微镜对不同比例制备的PDA脂质体的形态进行观察，而且在加入Pb2+前后都进行拍照，通过其形态和样貌的特征以及颜色变化得出最优的PDA脂质体传感器。该聚联乙炔脂质体在水环境中Pb2+的可视化检测方法，无需大型仪器设备，也不需繁琐的样品预处理，且分析周期短，可以实现快速实时分析，为工作人员的操作带来便利，也增加了该检测实验的实用性。

Description

一种聚联乙炔脂质体在水环境中Pb2+的可视化检测方法
技术领域
本发明涉及聚联乙炔脂质体检测技术领域，具体为一种聚联乙炔脂质体在水环境中Pb2+的可视化检测方法。
背景技术
聚联乙炔(PDA)是一种具有特殊光学性能的共轭聚合物，被广泛的应用于传感器领域，PDA的单体在水溶液中很容易被分散且能进行自组装成脂质体结构，在254nm紫外光照射下，脂质体的内部会加速聚合形成聚合物，从而得到由无色透明变为蓝色的PDA聚合物，在体系内添加外部刺激后，PDA可以经历由蓝色到红色的比色过渡以及从非荧光到荧光的变化，因此，不但可以使用紫外可见吸收光谱和荧光光谱便捷的检测其光学变化，也可实现肉眼识别。
这些特性使PDA成为设计和构建各种传感器的理想材料，近年来，已经报道了许多基于聚联乙炔的光学响应的生物传感器和化学传感器，这些传感器可实现被分析物的识别和分析，包括温度、金属离子、阴离子、表面活性剂、胺、水、气体、糖、碳氢化合物、病毒、肝素、酶、细菌和癌症，随着科技日新月异的发展和社会的不断进步，需要被识别和被检测的对象逐渐变得种类繁多且性质各异，因而，为扩大聚联乙炔的识别对象并提高其检测和分析性能，需要进一步开发新型的基于聚联乙炔的优异传感器，构建出灵敏度高，识别率更好的聚联乙炔识别体系。
而传统的检测Pb2+的主要方法包括原子吸收光谱法、电感耦合等离子体原子发射光谱法和电感耦合等离子体质谱法等，此类方法可以灵敏的检测出Pb2+，但是需要大型仪器设备，复杂的样品预处理，冗长的分析周期等都限制了Pb2+快速实时的分析检测，虽然用于检测Pb2+的小分子荧光探针设计原理简单，检测灵敏度高，但是其合成过程通常需多步反应，常伴随官能团化困难，难以器件化，同时，多数小分子荧光探针的水溶性较差，荧光母核的发光性质极易受到水环境的影响，这些都严重制约了小分子荧光探针在水环境中的应用，所以我们提出了一种聚联乙炔脂质体在水环境中Pb2+的可视化检测方法，以便于解决上述中提出的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种聚联乙炔脂质体在水环境中Pb2+的可视化检测方法，以解决上述背景技术中提出现有的聚联乙炔脂质体存在灵敏度低，识别率不高的现象，而且对聚联乙炔脂质体在水环境中Pb2+的可视化检测容易受到水环境影响，导致严重制约了小分子荧光探针在水环境中的应用的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种聚联乙炔脂质体在水环境中Pb2+的可视化检测方法，包括
步骤1：准备多个干燥的圆底烧瓶
将多个烧瓶固定在相应位置，并且对烧瓶进行顺序标号，如1、2、3、4、5、6、7、8；
步骤2：准确称取NHS、EDC·HCl等原料
将称取好的原料存储于1号圆底烧瓶中；
步骤3：准备无水DCM溶剂
将准备好的无水DCM溶剂加入1号圆底烧瓶中，用无水DCM将NHS和EDC·HCl溶解；
步骤4：添加10，12-二十五烷二炔酸
将10，12-二十五烷二炔酸添加至1号圆底烧瓶中，使其与溶解后的物质进行混合，并且在室温下进行搅拌；
步骤5：真空浓缩
将搅拌混合物用旋转蒸发仪进行真空浓缩，并且将浓缩后的混合物移至分液漏斗进行萃取；
步骤6：洗涤、干燥处理
将萃取后得到的有机层合并、用饱和食盐水进行洗涤，洗涤过后进行干燥、浓缩处理，得到PCDA-NS白色固体；
步骤7：准备无水DCM溶剂和适量PCDA-NS
准确称取229mg PCDA-NS溶于10mL无水DCM溶剂中，且放入2号烧瓶中备用；
步骤8：混合处理
将溶解的材料用注射器注入加到710mg EDEA的8mL无水DCM中，且反应的烧瓶为3号，然后在滴加结束后，室温下搅拌3小时；
步骤9：真空浓缩、洗涤、干燥及纯化处理
使用旋转蒸发仪进行真空浓缩，并且将浓缩后的混合物移至分液漏斗中进行萃取，合并有机相，然后加入NaCl溶液洗涤3次，洗涤过后加入无水MgSO4进行干燥，浓缩后将粗产物用柱色谱分离纯化，得到白色固体PCDA-EDEA；
步骤10：PCDA-TAA的合成
将称取的30mg NHS和54mg EDC·HCl加入到4号烧瓶中，然后加入DMF溶剂混合搅拌，经过真空浓缩、萃取、干燥，得到白色固体PCDA-TAA，并且置于样品瓶中。
步骤11：聚联乙炔脂质体的制备
将不同比例的PCDA-TAA和PCDA混合液溶于1mL的氯仿溶剂中，且在样品瓶中进行反应，经过加热、超声、冷却等反应后得到深蓝色的聚联乙炔脂质体溶液。
步骤12：聚联乙炔脂质体的观察
使用透射电子显微镜对制备的聚联乙炔脂质体的形态进行观察，并且对其颜色变化进行拍照。优选的，所述步骤2中的NHS和EDC·HCl质量分别为76mg和137.5mg。
优选的，所述步骤3中的无水DCM体积为20mL。
优选的，所述步骤4中10，12-二十五烷二炔酸的质量为215mg，且在室温下搅拌时间为2小时。
优选的，所述步骤5中的萃取方式为：在分液漏斗中加入20mL EA萃取3-4次，合并有机相。
优选的，所述步骤6中的洗涤、干燥方式为：有机层用饱和食盐水洗涤3次，然后用无水MgSO4进行干燥，除去溶剂，最终得229mg PCDA-NHS白色固体。
优选的，所述步骤9中的真空浓缩、洗涤、干燥及纯化处理方式为：将混合物用旋转蒸发仪进行真空浓缩，并在分液漏斗中用20mL DCM萃取3次，合并有机相，再用饱和NaCl溶液洗涤3次，接着用无水MgSO4进行干燥，然后将粗产物用柱色谱分离纯化，洗脱剂为DCM：MeOH(15:1，v/v)，最终得192mg白色固体，产率为78.4％。
优选的，所述步骤10中PCDA-TAA的合成方式为：称取30mg NHS和54mg EDC·HCl加入到4号烧瓶中，然后加入20mL DMF溶剂，再称取41mg胸腺嘧啶-1-乙酸加入到上述溶液中，接着在室温下搅拌3小时，然后旋出溶剂，将残留物用20mL EA萃取3-4次，合并有机相，再用饱和NaCl溶液洗涤，其中有机层用Na2SO4干燥，过滤，除去溶剂得到残留物，之后向上述残留物中加入25mL DMF溶剂，搅拌，再准确称取113.4mg PCDA-EDEA加入到上述溶液中，室温下搅拌过夜，待反应结束后，除去溶剂，用30mL DCM萃取3次，合并有机相，并且用饱和NaCl溶液洗涤3次，无水Na2SO4干燥，浓缩得到粗品，粗品经柱层析提纯，洗脱剂(DCM：MeOH，10：1，v/v)纯化，得到113mg白色固体PCDA-TAA，产率为73％。
优选的，所述步骤11中聚联乙炔脂质体的制备方式为：称取不同摩尔比例(0:10、1:9、2:8、3:7、4:6)PCDA-TAA和PCDA混合液溶于1mL的氯仿溶液中，分别做好标记，然后，用氮气流除去有机溶剂，再加入适量的超纯净水，得到的溶液在80℃水浴温度下超声20分钟，得到清晰或半透明的溶液，浓度为1mM的脂质体，所形成的单体分散液放置在4℃的冰箱中静置6小时，然后取出放置至室温，之后在254nm紫外灯照射下进行光诱导聚合15分钟，得到深蓝色的聚联乙炔脂质体溶液。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该聚联乙炔脂质体在水环境中Pb2+的可视化检测方法；
(1)由于Pb2+一般普遍存在于水相体系中，而一般的有机物传感器不能实现在纯水相中的检测，但是聚联乙炔脂质体亲水性较好，能在纯水相中对被分析物实现检测，从而利用这个优点，通过对改性聚联乙炔单体的设计和合成，制备了胸腺嘧啶-1-乙酸修饰的聚联乙炔脂质体，并通过对检测体系的条件进行探索、优化和改进，利用这种新型的功能化的聚联乙炔传感器实现了水相中对Pb2+比色和荧光双重检测和分析，为后期人们的实践带来了便利；
(2)设计合成了胸腺嘧啶-1-乙酸分子修饰的联乙炔单体PCDA-TAA，Pb2+与氧原子具有很强的配位作用，因此，在联聚乙炔单体的亲水端引入了胸腺嘧啶-1-乙酸基团，它可与Pb2+形成T-Pb2+-T型配合物，以达到对Pb2+的识别检测，通过PCDA-TAA与10，12-戊二烯二酸(PCDA)在水相中先分散再自组装形成一种新的PDA脂质体化学传感器，用于Pb2+的比色和荧光检测分析，在脂质体溶液中加入不同的金属离子后，只有Pb2+能引起从蓝色到红色的明显颜色变化，并能伴随着荧光的增强，进而构建了一种在水相中识别Pb2+的更加灵敏和专一的传感器，对于聚联乙炔体系的识别灵敏度高，识别率更好；
(3)相比于传统的检测Pb2+的方法，无需大型仪器设备，也不需要繁琐的样品预处理，而且分析周期短，可以实现快速实时分析，因而使Pb2+的检测更加方便快速，不仅为工作人员的操作带来便利，也增加了该检测实验的实用性。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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1
本实施例1提供一种聚联乙炔脂质体在水环境中Pb2+的可视化检测方法，以下对上述方法进行详细介绍。
首先准备多个干燥的烧瓶，且将多个烧瓶固定在相应位置，然后对烧瓶进行顺序标号，如1、2、3、4、5、6、7、8，标号结束后，开始对胸腺嘧啶-1-乙酸修饰的聚联乙炔脂质体进行制备，其中工作人员先称取76mg NHS和137.5mg EDC·HCl存储于1号烧瓶中，接着加入20mL无水DCM进行溶解，然后再准确称取215mg的10，12-二十五烷二炔酸，并且加入到上述溶液中，接着工作人员将1号烧瓶内的溶液在室温下搅拌2小时，然后将搅拌混合后的材料使用旋转蒸发仪进行真空浓缩，并且将浓缩后的混合物放入分液漏斗中进行萃取，加入20mL EA萃取3-4次，合并有机相，有机层用饱和食盐水洗涤3次，然后用无水MgSO4进行干燥，除去溶剂，最终得到229mg PCDA-NS白色固体；
然后开始对PCDA-EDEA进行合成，工作人员首先准确称取229mg的PCDA-NS溶于10mL无水DCM溶剂中，且放入2号烧瓶中备用，然后将溶解的材料用注射器注入加到710mgEDEA的8mL无水DCM中，且反应的烧瓶为3号，并且在滴加结束后，同样在室温下搅拌，搅拌时间为3小时，待反应结束后，使用旋转蒸发仪进行真空浓缩，并且将浓缩后的混合物放入分液漏斗中进行萃取，合并有机相，然后加入NaCl溶液洗涤3次，洗涤过后加入无水MgSO4进行干燥，接着将粗产物用柱色谱分离纯化，洗脱剂为DCM：MeOH(15:1，v/v)，最终得192mg白色固体，产率为78.4％；
之后开始对PCDA-TAA进行合成，其中合成具体方式为：称取30mg NHS和54mgEDC·HCl加入到4号烧瓶中，然后加入20mL DMF溶剂，再称取41mg胸腺嘧啶-1-乙酸加入到上述溶液中，接着在室温下搅拌3小时，然后旋出溶剂放在样品瓶中，将残留物用20mL EA萃取3-4次，合并有机相，再用饱和NaCl溶液洗涤，其中有机层用Na2SO4干燥，过滤，除去溶剂得到残留物，之后向上述残留物中加入25mL DMF溶剂，搅拌，再准确称取113.4mg PCDA-EDEA加入到上述溶液中，室温下搅拌过夜，待反应结束后，除去溶剂，用30mL DCM萃取3次，合并有机相，并且用饱和NaCl溶液洗涤3次，无水Na2SO4干燥，浓缩得到粗品，粗品经柱层析提纯，洗脱剂(DCM：MeOH，10：1，v/v)纯化，得到113mg白色固体PCDA-TAA，产率为73％；
然后对聚联乙炔脂质体进行制备，具体制备方法为：称取不同摩尔比例(0:10、1:9、2:8、3:7、4:6)的PCDA-TAA和PCDA混合液溶于1mL的氯仿溶液中，分别做好标记，然后，用氮气流除去有机溶剂，再加入适量的超纯净水，得到的溶液在80℃水浴温度下超声20分钟，得到清晰或半透明的溶液，浓度为1mM的脂质体，所形成的单体分散液放置在4℃的冰箱中静置6小时，然后取出放置至室温，之后在254nm紫外灯照射下进行光诱导聚合15分钟，得到深蓝色的聚联乙炔脂质体溶液；
之后工作人员使用透射电子显微镜对由PCDA-TAA和PCDA(摩尔比为1:9)制备的PDA脂质体的形态进行观察，在制备样品过程中，可以将一滴新制备的样品滴在铜网上，在室温下逐渐使溶剂挥发，等到完全干燥之后，放置进入透射电子显微镜装置之中，然后观察其形态和样貌的特征，并且拍照，由于PDA-TAA是由两种二乙炔单体(PCDA:PCDA-TAA摩尔比为9：1)通过1，4-加成聚合自组装得到的一种具有离域π键的共轭聚合物，此时会呈现一种白色脂质体溶液，然后在254nm紫外灯照射下，进行光诱导聚合15min，得到一种聚联乙炔脂质体(PDA-TAA)蓝色溶液，然后加入Pb2+后，PDA-TAA蓝色脂质体溶液呈现一种从蓝到红的颜色转变，而没有加入Pb2+之前的PDA-TAA脂质体溶液中脂质体呈现出近乎球形的单分散状，互不干扰，工作人员可以通过前后照片进行对比，为了获得最优的PDA脂质体传感器来用于Pb2+的检测，可对不同比例的PDA脂质体溶液(4:6，3:7，2:8，1:9，0:10)分别进行实验观察，并且每次的实验前后都进行拍照，最后通过照片的不同得出最优的PDA脂质体传感器。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种聚联乙炔脂质体在水环境中Pb2+的可视化检测方法，包括：
步骤1：准备好化学试剂原料、多个干燥的圆底烧瓶及其他玻璃仪器
将圆底烧瓶固定在相应位置，并且对烧瓶进行顺序标号，如1、2、3、4、5、6、7、8；
步骤2：准确称取NHS、EDC·HCl等原料
将称取好的原料存储于1号圆底烧瓶中；
步骤3：准备无水DCM溶剂
将准备好的无水DCM溶剂加入1号圆底烧瓶中，用无水DCM将NHS和EDC·HCl溶解；
步骤4：添加10，12-二十五烷二炔酸
将10，12-二十五烷二炔酸添加至1号圆底烧瓶中，使其与溶解后的物质进行混合，并且在室温下进行搅拌；
步骤5：真空浓缩
将搅拌混合物用旋转蒸发仪进行真空浓缩，并且将浓缩后的混合物移至分液漏斗进行萃取；
步骤6：洗涤、干燥处理
将萃取后得到的有机层合并、用饱和食盐水进行洗涤，洗涤过后进行干燥、浓缩处理，得到PCDA-NS白色固体；
步骤7：准备无水DCM溶剂和适量PCDA-NS
准确称取229mg PCDA-NS溶于10mL无水DCM溶剂中，且放入2号烧瓶中备用；
步骤8：混合处理
将溶解的材料用注射器注入加到710mg EDEA的8mL无水DCM中，且反应的烧瓶为3号，然后在滴加结束后，室温下搅拌3小时；
步骤9：真空浓缩、洗涤、干燥及纯化处理
使用旋转蒸发仪进行真空浓缩，并且将浓缩后的混合物移至分液漏斗中进行萃取，合并有机相，然后加入NaCl溶液洗涤3次，洗涤过后加入无水MgSO4进行干燥，浓缩后将粗产物用柱色谱分离纯化，得到白色固体PCDA-EDEA；
步骤10：PCDA-TAA的合成
将称取的30mg NHS和54mg EDC·HCl加入到4号烧瓶中，然后加入DMF溶剂混合搅拌，经过真空浓缩、萃取、干燥，得到白色固体PCDA-TAA，并且置于样品瓶中。
步骤11：聚联乙炔脂质体的制备
将不同比例的PCDA-TAA和PCDA混合液溶于1mL的氯仿溶剂中，且在样品瓶中进行反应，经过加热、超声、冷却等反应后得到深蓝色的聚联乙炔脂质体溶液。
步骤12：聚联乙炔脂质体的观察
使用透射电子显微镜对制备的聚联乙炔脂质体的形态进行观察，并且对其颜色变化进行拍照。
2.根据权利要求1所述的一种聚联乙炔脂质体在水环境中Pb2+的可视化检测方法，其特征在于：所述步骤2中的NHS和EDC·HCl重量分别为76mg和137.5mg。
3.根据权利要求1所述的一种聚联乙炔脂质体在水环境中Pb2+的可视化检测方法，其特征在于：所述步骤3中的无水DCM体积为20mL。
4.根据权利要求1所述的一种聚联乙炔脂质体在水环境中Pb2+的可视化检测方法，其特征在于：所述步骤4中10，12-二十五烷二炔酸的质量为215mg，且在室温下搅拌时间为2小时。
5.根据权利要求1所述的一种聚联乙炔脂质体在水环境中Pb2+的可视化检测方法，其特征在于：所述步骤5中的萃取方式为：在分液漏斗中加入20mLEA萃取3-4次，合并有机相。
6.根据权利要求1所述的一种聚联乙炔脂质体在水环境中Pb2+的可视化检测方法，其特征在于：所述步骤6中的洗涤、干燥方式为：有机层用饱和食盐水洗涤3次，然后用无水MgSO4进行干燥，除去溶剂，最终得229mg PCDA-NS白色固体。
7.根据权利要求1所述的一种聚联乙炔脂质体在水环境中Pb2+的可视化检测方法，其特征在于：所述步骤9中的真空浓缩、洗涤、干燥及纯化处理方式为：将混合物放入旋转蒸发仪中进行真空浓缩，并在分液漏斗中用20mL DCM萃取3次，合并有机相，再用饱和NaCl溶液洗涤3次，接着用无水MgSO4进行干燥，浓缩后将粗产物用柱色谱分离纯化，洗脱剂为DCM：MeOH(15:1，v/v)，最终得192mg白色固体，产率为78.4％。
8.根据权利要求1所述的一种聚联乙炔脂质体在水环境中Pb2+的可视化检测方法，其特征在于：所述步骤10中PCDA-TAA的合成方式为：称取30mg NHS和54mg EDC·HCl加入到4号烧瓶中，然后加入20mL DMF溶液，再称取41mg胸腺嘧啶-1-乙酸加入到上述溶液中，接着在室温下搅拌3小时，然后旋出溶剂放在分液漏斗中，将残留物用20mL EA萃取3-4次，合并有机相，再用饱和NaCl溶液洗涤，其中有机层用Na2SO4干燥，过滤，除去溶剂得到残留物，之后向上述残留物中加入25mL DMF溶液，搅拌，再准确称取113.4mg PCDA-EDEA加入到上述溶液中，室温下搅拌过夜，待反应结束后，除去溶剂，用30mL DCM萃取3次，合并有机相，并且用饱和NaCl溶液洗涤3次，无水Na2SO4干燥，浓缩得到粗品，粗品经柱层析提纯，洗脱剂(DCM：MeOH，10：1，v/v)纯化，得到113mg白色固体PCDA-TAA，产率为73％。
9.根据权利要求1所述的一种聚联乙炔脂质体在水环境中Pb2+的可视化检测方法，其特征在于：所述步骤11中聚联乙炔脂质体的制备方式为：称取不同摩尔比例(0:10、1:9、2:8、3:7、4:6)PCDA-TAA和PCDA混合液溶于1mL的氯仿溶剂中，分别做好标记，然后，用氮气流除去有机溶剂，再加入适量的超纯净水，得到的溶液在80℃水浴温度下超声20分钟，得到清晰或半透明的溶液，浓度为1mM的脂质体，所形成的单体分散液放置在4℃的冰箱中静置6小时，然后取出放置至室温，之后在254nm紫外灯照射下进行光诱导聚合15分钟，得到深蓝色的聚联乙炔脂质体溶液。
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