CN1884431A

CN1884431A - 一种荧光载体的固定方法

Info

Publication number: CN1884431A
Application number: CN 200610031683
Authority: CN
Inventors: 牛承岗; 秦品珠; 曾光明; 汤琳
Original assignee: Hunan University
Current assignee: Hunan University
Priority date: 2006-05-19
Filing date: 2006-05-19
Publication date: 2006-12-27

Abstract

本发明公开了一种荧光载体的固定方法。由甲基丙烯酸－β－羟丙酯或甲基丙烯酸羟乙酯，溶于N，N－二甲基甲酰胺(DMF)中修饰后的荧光载体，三乙氧基三甲基丙烯酸酯(交联剂)，丙烯酰胺，三乙醇胺和光敏剂混合溶解制成膜溶液；移取少量膜溶液于干净的聚四氟乙烯板上，将硅烷化后的玻片或光纤头放置在小液滴上，经光聚合制成光极膜；这种方法固定荧光载体使传感器具有灵敏度高，可逆性、重现性好，寿命长，对光稳定等优点。

Description

一种荧光载体的固定方法

技术领域

本发明涉及一种荧光传感器，具体涉及荧光传感器中荧光载体的固定方法。

背景技术

在光化学传感器的研制中，无论哪一种荧光载体，首先就需将其固定在玻片或光纤头上，而固定的方式直接影响传感器的性能，如传感器的寿命、可逆性、重现性、响应时间及光极膜的机械性能等，因此这一基本的技术问题，就成为光化学传感器发展的一个关键问题。

目前主要的固定方法有3种：

1、基于包埋固定荧光载体的固定方法。在包埋方法中，可以将荧光载体物理地包埋于溶胶-凝胶中或将亲酯的荧光载体溶于疏水聚合物材料中，这类材料包括聚氯乙烯(PVC)、纤维素、溶胶-凝胶等，然后一起铸膜于玻片上，当溶剂挥发掉后，荧光载体就包埋在疏水的聚合物膜中。物理包埋方法虽然简单易行，但荧光载体容易流失是最大的缺点。因此研究了各种阻止荧光载体流失的方法，如在荧光载体的适当位置接上一条长碳链，但这些方法仍不能完全阻止荧光载体的流失。

2、基于电价固定荧光载体的固定方法。电价固定法，主要是采用离子交换树脂(或离子交换膜)固定带电荷或荷强极性取代基的荧光载体，例如阳离子交换树脂可以固定带正电荷的若丹明类试剂，阴离子交换树脂可以固定带磺酸基或羧基的荧光载体。电价固定法，若用强结合能力的树脂荧光载体还是固定得比较牢，可荧光载体易被样品和溶剂分子所取代。

3、荧光载体键合在聚合物膜或是固体基质上：通过聚合物或固体基质上的羟基、氨基等官能团与荧光载体反应而将荧光载体共价固定在基质上。此法制备的光极膜的稳定性较好，但是响应时间比较长，制得传感器的机械性能一般。如何提高传感器的机械性能，又使光极膜的响应时间快则是荧光载体固定必须解决的技术问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种荧光载体的固定方法，以解决荧光化学传感器尚存的上述问题。

本发明是通过以下技术方案实现上述发明目的的。

荧光载体的固定方法，包括玻片或光纤的硅烷化，膜溶液的配制及光极膜的制备：

1)、膜溶液的配制：将0.2～0.6ml甲基丙烯酸-β-羟丙脂或甲基丙烯酸羟乙酯，溶于0.2～0.4ml N，N-二甲基甲酰胺的经修饰端基双键的荧光载体5～15mg，交联剂三乙氧基三甲基丙烯酸酯0.10～0.25ml，丙烯酰胺150～250mg，三乙醇胺0.15～0.25ml和光敏剂0.2～0.3ml混合溶解而成；

2)、光极膜的制备：移取0.1～0.2ml上述配制的膜溶液于干净的聚四氟乙烯板上，将硅烷化的玻片或光纤放置在膜溶液的小液滴上，在波长254nm的紫外光下照射10～50分钟，光聚合后用水冲洗除去未反应的物质，室温干燥备用。

下面结合附图进一步详述本发明：

附图说明

图1是以N-烯丙基-4-(N-2’-羟乙基)氨基-1，8-萘酰亚胺为荧光载体的呋喃妥因光化学传感器的重现性的荧光谱图。

图2是以N-烯丙基-4-哌嗪基-1，8-萘酰亚胺作为荧光载体的pH传感器的重现性荧光谱图。

本发明将可供聚合的带有端基双键的荧光载体固定到硅烷化后的玻片或光纤上。具体步骤：

A、玻片或光纤的硅烷化：将玻片(直径13mm，厚度2.0mm)或光纤用K₂CrO₇洗液浸泡40分钟，依次浸在3％HF，10％H₂O₂中各20分钟，用二次蒸馏水冲洗干净后将玻片浸入TSPM溶液[3-(三甲氧基硅烷基)甲基丙烯酸丙酯0.2ml、pH＝3.6的HAc-NaAc缓冲液2ml、二次蒸馏水8ml的混合溶液]中2～3小时，再用二次蒸馏水冲洗，室温干燥；

B、膜溶液的配制：

将0.2～0.6ml甲基丙烯酸-β-羟丙脂或甲基丙烯酸羟乙酯，溶于0.2～0.4ml N，N-二甲基甲酰胺的经修饰端基双键的荧光载体5～15mg，交联剂三乙氧基三甲基丙烯酸酯0.10～0.25ml，丙烯酰胺150～250mg，三乙醇胺0.15～0.25ml和光敏剂0.2～0.3ml混合溶解而成；

(1)、甲基丙烯酸-β-羟丙酯或甲基丙烯酸羟乙酯：此类物质分子中含有乙烯基双键，能与各种不饱和单体共聚生成侧链带有羟基官能团的聚合物，该官能团特别适于后聚合的交联聚合反应。经实验10mg荧光载体其用量0.4ml适宜。

(2)、修饰后的荧光载体溶于DMF：根据荧光载体对DMF的溶解性可以适当的控制荧光载体和DMF的用量。经实验10mg荧光载体溶于0.2mlDMF中最为适宜。

(3)、交联剂：此类物质通过同分子链发生交联产生体型结构的大分子。可根据与荧光载体交联的难易程度适当增加和减少交联剂的用量。经实验10mg一般荧光载体其用量为0.15ml适宜。

(4)、丙烯酰胺：增强膜溶液的水溶性。经实验10mg一般荧光载体其用量200mg适宜。

(5)、三乙醇胺：增强膜溶液的稳定性。经实验10mg一般荧光载体其用量为0.2ml适宜。

(6)光敏剂：此类物质能吸收紫外光辐射，并把光的能量传递给反应物，使反应物能够发生化学反应。可根据荧光物质对紫外光的敏感性增加和减少光敏剂的用量。经实验10mg一般荧光载体其用量为0.25ml适宜。

C、光极膜的制备：移取0.1～0.2ml少量膜溶液于干净的聚四氟乙烯板上，将硅烷化后的玻片或光纤放置在小液滴上，在波长为254nm紫外灯下照射10～50分钟，进行光聚合，用水冲洗除去未反应的物质，室温干燥备用。

本发明是基于荧光载体与膜基质单体的共聚来固定荧光载体：先合成具有可供聚合的端基双键的荧光载体，然后与膜基质单体共聚在光纤或玻片上。在光化学传感器的应用中，最常用的光传递方式就是通过光纤来传递光信号，用带有端基双键的硅烷化试剂处理玻片或光纤，而后将荧光载体和基质单体通过热聚合或光聚合在光纤或玻片表面，这样可以制得机械性能好、直径低至微米的光化学传感器，这样小的传感器可以直接插入细胞中进行物质的测定。

本发明与已有的技术相比具有以下优点和效果：

与传统的包埋法、电价固定方法相比具有荧光载体几乎不流失、光极膜寿命长及机械性能好等优点。与荧光载体键合在聚合膜或固体基质上这种方法相比，荧光载体与膜基质单体共聚更具有优越性，后者操作更加方便，具有响应时间短，稳定性和重现性好等优点。

具体实施方式

实施例1：

一种以N-丙基-4-(N-甲基丙烯酰基氧乙基)氨基-1，8-萘酰亚胺(PMEAN)为荧光载体的固定方法，其步骤为：

(1)、荧光载体合成：

A、4-溴-1，8-萘酰亚胺2.5g加入80ml乙醇中，再加入2.2ml的正丙胺，回流2小时，冷却过滤，水洗，120℃干燥，得淡黄色固体(I)2.71g(产率94.0％)。

B.将2.24g化合物(I)，10ml的乙醇胺和0.6g CuSO₄·5H₂O加入50ml的乙二醇单甲醚中，回流2小时。反应混合物冷却后，倒入200ml水中，出现黄色沉淀，过滤，水洗，120℃干燥，得1.96g黄色固体(II)，产率为93.3％。

C、将化合物(II)1.80g溶于60ml无水四氢呋喃中，加入0.80ml三乙胺。在剧烈搅拌下滴加0.6ml甲基丙烯酰氯，滴完后，在室温下继续搅拌反应4小时。反应结束后，过滤除去生成的沉淀，减压蒸去溶剂，得到黄褐色固体。过硅胶柱(洗脱液丁酮∶三氯甲烷，V/V＝3/4)，最后得黄色固体(PMEAM)1.60g，产率72.6％。熔点156～157℃。质谱：基峰182，M⁺366。

(2)、玻片硅烷化：将普通玻片(直径13mm)用K₂CrO₇洗液浸泡40分钟，依次浸在3％HF，10％H₂O₂中各20分钟，用二次蒸馏水冲洗干净后将玻片浸入TSPM溶液3小时，再用二次蒸馏水冲洗，室温干燥；

(3)、膜溶液的制备：0.4ml甲基丙烯酸-β-羟丙酯，10mg PMEAM溶于0.2ml DMF中，0.15ml交联剂，200mg丙烯酰胺，0.2ml三乙醇胺，0.3ml滴光敏剂，混合溶解。

(4)、光极膜的制备：移取0.15ml膜溶液于干净的聚四氟乙烯板上，将硅烷化后的玻片放置在小液滴上，在波长为254nm紫外灯下照射50分钟，用水冲洗除去未反应的物质，室温干燥备用。

(5)、应用：用PMEAN荧光载体制作的苦味酸荧光光纤传感器测定药片中磷酸氯奎的含量。最佳pH范围为3.84～11.36，线性范围9.80×10^-7～1.96×10^-4mol l^-1，浓度为1×10^-2mol l^-1或1×10^-3mol l^-1的无机盐和有机物不干扰测定，水样中回收率的测定在96.1％～102.8％之间。用本发明传感器测定的药片中磷酸氯奎的平均含量和标准偏差分别为(71.70±0.94)％(n＝3)，与经典的标准测定方法非水滴定法所得到的结果(71.86±0.30)％(n＝3)很接近。

实施例2：

一种以N-烯丙基-4-(N-2′-羟乙基)氨基-1，8-萘酰亚胺(AHEAN)为荧光载体的固定方法，其步骤为：

(1)、荧光载体的合成：由1，8-萘酰亚胺，烯丙基胺，乙醇胺通过以下两步反应合成：

(2)、玻片硅烷化同实施例1

(3)、膜溶液的配置：0.4ml甲基丙烯酸-β-羟丙酯，10mg AHEAN溶于0.2ml DMF中，0.2ml交联剂，200mg丙烯酰胺，0.2ml三乙醇胺，0.3ml光敏剂，混合溶解。

(4)、光极膜的制备：移取0.2ml膜溶液于干净的聚四氟乙烯板上，将硅烷化后的玻片放置在小液滴上，在波长为254nm紫外灯下照射30分钟，用水冲洗除去未反应的物质，室温干燥备用。

(5)、应用：以荧光载体AHEAN制作的呋喃妥因传感器在1.00×10^-6-2.00×10^-4和2.00×10^-4-1.00×10^-3mol l^-1时存在定量关系，适宜的pH范围为7.54～11.76，本发明制作的传感器测定药片中呋喃妥因含量的平均值和标准偏差为(47.85±0.80)％(n＝3)，与经典中的标准方法分光光度法测定的结果(47.90±0.28)％(n＝3)一致。尿样中呋喃妥因的回收率在96％～105％之间。

测定5.00×10^-5，1.00×10^-4，2.00×10^-4mol l^-1的呋喃妥因溶液及pH＝8.36的空白B-R缓冲液[用一定量相同浓度(0.4mol l^-1)的磷酸、醋酸和硼酸来制备，并用0.2mol l^-1氢氧化钠调到所需要的pH值]的荧光强度。对呋喃妥因溶液7次重复测定的荧光强度置信区间分别是182.7±0.8，166.8±0.6，和145.7±0.5(95％置信度，空白溶液荧光强度的置信区间是202.5±3(n＝22，p＝0.95)。具有较好的重现性和可逆性，见图1。

实施例3：

一种以N-烯丙基-4-哌嗪基-1，8-萘酰亚胺(APN)为荧光载体的固定方法，其步骤为：

(1)、荧光载体的合成：由通过1，8-萘酰亚胺，烯丙基胺，无水哌嗪通过以下两步反应合成：

(2)、玻片硅烷化同实施例1

(3)、膜溶液的配置：0.4ml甲基丙烯酸羟乙酯，10mg APN溶于0.4ml DMF中，0.2ml交联剂，200mg丙烯酰胺，0.2ml三乙醇胺，0.25ml光敏剂，混合溶解。

(4)、光极膜的制备：移取0.1ml膜溶液于干净的聚四氟乙烯板上，将硅烷化后的玻片放置在小液滴上，在波长为254nm紫外灯下照射30分钟，用水冲洗除去未反应的物质，室温干燥备用。

(5)、应用：用于测定pH范围4～10之间的样品的pH值。用NaCl来控制离子强度，浓度在0.3～1mol l^-1之间时，荧光强度稳定。传感器对氢离子有良好的选择性，常见的无机离子和一些可能共存的有机物不干扰测定，对三个天然水样pH值的测定，结果与用玻璃电极所测的一致，见表1。

表1

天然水样	本传感器	玻璃电极
天然水样	本传感器	玻璃电极	123	6.57±0.026.67±0.016.69±0.01	6.69±0.036.75±0.026.67±0.04

对pH为8.00，6.50和4.50的B-R缓冲溶液连续进行5次循环测量，5次测定荧光强度的平均值和置信区间分别为44.9±0.7，74.5±0.4，114.0±0.8(p＝0.95)。而pH为12.00的B-R缓冲液荧光强度的平均值和置信区间是27.7±0.1(n＝16，p＝0.95)。重现性和可逆性比较好，见图2。

实施例4：

一种以N-烯丙基-4-(4’-甲基哌嗪基)-1，8-萘酰亚胺(AMPN)为荧光载体的固定方法，其步骤为：

(1)、荧光载体的合成：由1，8-萘酰亚胺，烯丙基胺，无水哌嗪，多聚甲醛通过以下三步反应合成：

(2)、玻片硅烷化同实施例1

(3)、膜溶液的配置：0.4ml甲基丙烯酸-β-羟丙酯，12mg AMPN溶于0.4ml DMF中，0.25ml交联剂，200mg丙烯酰胺，0.25ml三乙醇胺，0.3ml光敏剂，混合溶解。

(4)、光极膜的制备：移取0.2ml膜溶液于干净的聚四氟乙烯板上，将硅烷化后的玻片放置在小液滴上，在波长为254nm紫外灯下照射25分钟，用水冲洗除去未反应的物质，室温干燥备用。

(5)、应用：本发明传感器不受离子强度的影响，线性范围pH4.5～9.0，可以应用于尿样pH的测定。

实施例5：

一种以N-甲基丙烯酰氧乙基-苯并硫杂葱-3，4-二甲酞亚胺为荧光载体的固定方法，其步骤为：

(1)、荧光载体的合成：由1，8-萘酰亚胺，乙醇胺，邻氨基硫酚，亚硝酸钠，甲基丙烯酰氯通过以下四步反应合成：

(2)、玻片硅烷化同实施例1

(3)、膜溶液的配制：0.4ml甲基丙烯酸-β-羟丙酯，8mg N-甲基丙烯酰氧乙基-苯并硫杂葱-3，4-二甲酞亚胺溶于0.2ml DMF中，0.15ml交联剂，200mg丙烯酰胺，0.2ml三乙醇胺，0.3ml光敏剂，混合溶解。

(4)、光极膜的制备：移取0.2ml膜溶液于干净的聚四氟乙烯板上，将硅烷化后的玻片放置在小液滴上，在波长为254nm紫外灯下照射10分钟，用水冲洗除去未反应的物质，室温干燥备用。

(5)、应用：用于测定丙酮中0～25％(v/v)的水含量，具有较好的重现性、可逆性和稳定性。

实施例6：

一种以mes-四(4-烯丙氧基苯基)卟啉为荧光载体的固定方法：

(1)、荧光载体的合成：由对羟基苯甲醛，吡咯、丙酸混合液，溴丙烯通过以下两步反应合成：

(2)、玻片硅烷化同实施例1

(3)、膜溶液的配置：0.4ml甲基丙烯酸-β-羟丙酯，10mg mes-四(4-烯丙氧基苯基)卟啉溶于0.3ml DMF中，0.20ml交联剂，200mg丙烯酰胺，0.25ml三乙醇胺，0.3ml光敏剂，混合溶解。

(4)、光极膜的制备：移取0.15ml膜溶液于干净的聚四氟乙烯板上，将硅烷化后的玻片放置在小液滴上，在波长为254nm紫外灯下照射30分钟，用水冲洗除去未反应的物质，室温干燥备用。

(5)、应用：用mes-四(4-烯丙氧基苯基)卟啉制成共价固定卟啉的光化学传感器，测定pH1.5～5.0范围内溶液的pH值，适宜的离子强度范围为0.1～0.8mol 1^-1NaCl，Pb²⁺，Hg²⁺，Cd²⁺，Cu²⁺，Cl^-1，SO₄ ^2-，NO₃ ^-离子浓度小于1×10^-3时，不干扰pH值的测定。测定三个不同PH值的人工合成水样，与玻璃电极法对照，结果没有显著性差别，见表2。

表2

人工水样	本传感器	玻璃电极
人工水样	本传感器	玻璃电极	123	4.08±0.043.11±0.052.03±0.03	4.19±0.013.18±0.022.06±0.01

实施例7：

一种以N-烯丙基咔唑为荧光载体的固定方法，其步骤为：

(1)、荧光载体的合成：由咔唑和溴丙烯通过以下一步反应合成：

(2)、玻片硅烷化同实施例1

(3)、膜溶液的配置：0.4ml甲基丙烯酸羟乙酯，15mg N-烯丙基咔唑溶于0.4ml DMF中，0.25ml交联剂，200mg丙烯酰胺，0.25ml三乙醇胺，0.3ml光敏剂，混合溶解。

(4)、光极膜的制备：移取0.2ml膜溶液于干净的聚四氟乙烯板上，将硅烷化后的玻片放置在小液滴上，在波长为254nm紫外灯下照射50分钟，用水冲洗除去未反应的物质，室温干燥备用。

(5)、应用：N-烯丙基咔唑的荧光传感器测定强力霉素含量，线性范围是6.0×10^-7～2.0×10^-4mol l^-1和2.0×10^-4～2.0×10^-3mol l^-1。在最佳pH值9.0时，测定强力霉素药片中强力霉素的含量，结果与经典方法分光光度法一致，见表3.。

表3

样品	本传感器	分光光度法
样品	本传感器	分光光度法	123	106.0±0.3104.0±0.396.8±0.2	102.1±0.297.6±0.298.3±0.2

Claims

1、一种荧光载体的固定方法，包括玻片或光纤的硅烷化，膜溶液的配制及光极膜的制备，其特征在于：

2)、光极膜的制备：移取0.1～0.2ml上述配制的膜溶液于干净的聚四氟乙烯板上，将硅烷化的玻片或光纤放置在膜溶液的小液滴上，在波长254nm的紫外光下照射10～50分钟，光聚合后用水冲洗除去未反应的物质；室温干燥备用。