專利名稱：一種銅離子熒光探針及其制備方法和用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熒光分子探針，尤其是涉及一種銅離子熒光分子探針及其制備方法以及 該熒光分子探針在重金屬離子識(shí)別和檢測(cè)中的應(yīng)用。
技術(shù)背景超支化聚合物是一類具有三維空間結(jié)構(gòu)、鏈段高度支化的大分子，因其獨(dú)特的物理與化 學(xué)特性，該類聚合物在藥物載體、基因載體與生物降解材料、傳感器等功能材料領(lǐng)域具有廣 闊的應(yīng)用前景，近十幾年來已成為高分子科學(xué)研究的一個(gè)熱點(diǎn)。將熒光性質(zhì)與超支化聚合物 的高支化特點(diǎn)結(jié)合起來，有望制得性能優(yōu)異的超支化熒光功能高分子材料。目前的研究方法 主要有兩種(1)熒光基團(tuán)嵌入法，即先合成一種帶有潛在功能的支化單體，再將該單體聚合得到發(fā)光基團(tuán)"嵌"于主體骨架中的功能超支化聚合物(BAIYaowen等[J ] . J^4/w Cte附 5bc， 2005， "70:2060)。 (2)表面官能團(tuán)修飾法，即利用超支化聚合物大量的末端功能性 基團(tuán)通過改性制備熒光超支化聚合物(GaoChao等[J ] . i eacft've & ^Ym"/o"a/Po/ymera, 20似，(7」6:5 - 72人近幾年，Bard等(Bard e/a/J爿m, C&附.Soc. 20似，"6， W5SJ采用 過硫酸銨氧化聚酰胺胺(PAMAM)的方法，同樣可以使聚合物本身在紫外燈的照射下發(fā)出強(qiáng)烈 的藍(lán)色熒光，從此開創(chuàng)了多氨基聚合物氧化法制備熒光材料的先例。但是在樹枝狀聚合物中 并沒有傳統(tǒng)的熒光團(tuán)，其熒光機(jī)理目前還不是很清楚。WangD J等(WangD JetalJ^肌C^肌2WK "6， 732似)認(rèn)為聚合物自身的氧化起著重要的作用，由于空氣中的氧參與反應(yīng)而 導(dǎo)致與聚合物中氨基的被氧化密切相關(guān)。迄今為止，關(guān)于超支化聚合物聚乙烯亞胺PEI自身的 熒光性能及應(yīng)用方面的研究報(bào)道不是很多。銅是生命系統(tǒng)中重要的微量元素和必需的營養(yǎng)素。銅毒性很小，但銅缺乏可導(dǎo)致生長和 代謝的紊亂。已知銅在細(xì)胞中平衡的改變會(huì)導(dǎo)致抑制神經(jīng)性疾病，如Menkes綜合癥、Wilson 病、家族遺傳性脊側(cè)索硬化、Alzheimers病和Prion病等。正是由于銅對(duì)于生命的重要性， 銅在人體中的分布受到嚴(yán)格的控制。采用熒光分子探針的方法檢測(cè)銅離子，尤其是跟蹤其在 化學(xué)反應(yīng)和生命活動(dòng)中的作用過程就變成一件很有意義的事情。測(cè)定痕量銅的含量常采用的方法有原子吸收光譜法，屬于常規(guī)元素分析法，但對(duì)痕量 元素的測(cè)定靈敏度低，操作復(fù)雜。塞曼效應(yīng)石墨爐原子吸收光譜法，是一種準(zhǔn)確可靠的方法，但同樣操作復(fù)雜，而且費(fèi)用高昂，難以大規(guī)模應(yīng)用。此外還有利用絡(luò)合劑和銅離子絡(luò)合形成 有色絡(luò)合物進(jìn)行比色測(cè)定的方法，但其靈敏度低，重現(xiàn)性差，現(xiàn)在一般很少采用。熒光分子 探針技術(shù)應(yīng)用于過渡金屬及重金屬離子的檢測(cè)，可實(shí)現(xiàn)原位檢測(cè)，由于普通熒光分子探針在 水溶液中對(duì)金屬離子的選擇性較差，因此許多探針分子只有在有機(jī)溶劑中才表現(xiàn)出識(shí)別性能。 但實(shí)際上能夠在水溶液中表現(xiàn)出識(shí)別性能的熒光分子探針才具有廣泛的使用價(jià)值。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的之一是提供一種效果較好的能在水溶液中檢測(cè)重金屬銅離子的銅離子熒光探針及其制備方法。本發(fā)明的另一 目的是提供一種銅離子熒光探針在重金屬離子檢測(cè)中的應(yīng)用。 本發(fā)明所述的銅離子熒光探針的原料為富氨基聚合物超支化聚乙烯亞胺，原料經(jīng)過氧化處理后，其分子內(nèi)部氨基基團(tuán)與空穴電子結(jié)構(gòu)發(fā)生相互作用，從而得到一種在紫外光激發(fā)條件下可產(chǎn)生熒光的銅離子熒光探針。本發(fā)明所述的銅離子熒光探針的制備方法包括以下步驟1) 將聚乙烯亞胺(PEI)配置成聚乙烯亞胺水溶液；2) 取聚乙烯亞胺水溶液，過濾，倒入聚四氟乙烯內(nèi)襯中用不銹鋼外套密封，反應(yīng)后蒸出 溶劑，得到黃色粘稠液體狀的銅離子熒光探針。聚乙烯亞胺水溶液的濃度最好為0.01 0.8 M (以氮丙啶單體計(jì))。聚乙烯亞胺水溶液過 濾，倒入聚四氟乙烯內(nèi)襯中用不銹鋼外套密封反應(yīng)的溫度最好為80 25(TC，反應(yīng)的時(shí)間最 好為1 60h。在聚乙烯亞胺水溶液過濾后最好加入氧化劑，按質(zhì)量百分比，氧化劑的加入量 最好為聚乙烯亞胺水溶液的0.01% 1%。氧化劑可選自過硫酸銨、過氧化氫、過乙酸、碘酸、 高錳酸鉀等中的一種。使用時(shí)，可將銅離子熒光探針用水或pH-6.8的磷酸鹽緩沖溶液稀釋。由于在多種金屬離子(Na+、 Mg2+、 Cu2+、 Co2+、 Fe3+、 Pb2+、 Hg2+、 Cd2+、 C、 Ba2+、 Mn2+)中，只有銅離子(Cu2+)對(duì)銅離子熒光探針表現(xiàn)出好的選擇性，因此銅離子熒光探針 可應(yīng)用于重金屬離子的檢測(cè)，尤其是在生物組織和環(huán)境污水中銅離子的檢測(cè)。本發(fā)明的特點(diǎn)是利用較便宜的超支化聚乙烯亞胺(PEI)，使用簡單水熱法，通過改變反 應(yīng)溫度或添加氧化劑的方法得到熒光強(qiáng)度可控的PEI熒光探針溶液。紫外吸收位于360nm， 熒光發(fā)射波長位于460nm。當(dāng)反應(yīng)溫度低于80 'C時(shí)聚乙烯亞胺(PEI)溶液檢測(cè)不到熒光，升高 溫度，溶液的熒光強(qiáng)度會(huì)隨著溫度的升高而增強(qiáng)。本方法的優(yōu)點(diǎn)主要有(1)聚乙烯亞胺(PEI) 熒光探針易溶于水，可實(shí)現(xiàn)金屬離子的原位檢測(cè)；(2)聚乙烯亞胺(PEI)溶液的熒光強(qiáng)度具有 很好的可調(diào)性；(3)無需任何官能團(tuán)修飾，制備條件簡單、反應(yīng)過程清潔無污染、反應(yīng)效率高；(4)本發(fā)明采用的實(shí)驗(yàn)儀器簡單，即普通的加熱設(shè)備，可操作性強(qiáng)；(5)在添加氧化劑的 條件下可顯著增強(qiáng)聚乙烯亞胺(PEI)溶液的熒光強(qiáng)度；(6)聚乙烯亞胺(PEI)熒光探針在銅離子 與其他多種金屬離子共存體系中，表現(xiàn)出抗干擾程度強(qiáng)的特點(diǎn)，銅離子檢測(cè)限可達(dá)到 0. lnmol*L—、可以應(yīng)用于痕量銅離子的檢測(cè)。


圖1為聚乙烯亞胺(PEI)溶液的熒光分光光譜圖。在圖1中，橫坐標(biāo)為熒光發(fā)射波長(nm)， 縱坐標(biāo)為熒光強(qiáng)度；圖中箭頭表示反應(yīng)溫度依次為100°C、 120°C、 130°C、 140°C、 150°C、 160°C、 180°C，反應(yīng)時(shí)間為12h。圖2為聚乙烯亞胺(PEI)溶液的熒光分光光譜圖。在圖2中，橫坐標(biāo)為熒光發(fā)射波長(nm)， 縱坐標(biāo)為熒光強(qiáng)度；圖中箭頭表示反應(yīng)時(shí)間依次為2h、 4h、 6h、 10 h、 12 h、 14 h、 18 h、 24 h，加熱溫度為180 °C。圖3為聚乙烯亞胺(PEI)溶液的熒光分光光譜圖。在圖3中，橫坐標(biāo)為熒光發(fā)射波長(nm)， 縱坐標(biāo)為熒光強(qiáng)度；圖中箭頭表示依次加入11202 (濃度為30%)的量為0)al、 1 pl、 5 ^d、 10 nl，固定反應(yīng)溫度為120°C，反應(yīng)時(shí)間為12h。圖4為銅離子熒光探針對(duì)銅離子的熒光淬滅曲線。在圖4中，橫坐標(biāo)為熒光發(fā)射波長(nm)， 縱坐標(biāo)為熒光強(qiáng)度；圖中箭頭表示依次加入銅離子的濃度為0 nmol.L—'、 0.3 nmol.i;1、 0.6 拜ol L—'mmo1、 0.9 )xmol. L—'、 1.2jxmo卜L—\ 1.5 fjmo卜L—1 、 1.8(amo卜L—1 、 2.4 pmo卜L—1 。圖5為Cu2+淬滅銅離子熒光探針的Stern-Volmer曲線。在圖5中，橫坐標(biāo)為銅離子濃 度(pmol.L—"，縱坐標(biāo)為相對(duì)熒光強(qiáng)度。圖6為不同金屬離子對(duì)PEI熒光的猝滅常數(shù)(Ksv)值的柱狀圖。在圖6中，橫坐標(biāo)為金 屬離子(Na+、 Mg2+、 Cu2+、 Co2+、 Fe3+、 Pb2+、 Hg2+、 Cd2+、 C一+、 Ba2+、 Mn2+)，縱坐標(biāo)為 淬滅系數(shù)。
具體實(shí)施方式
下面通過實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。 實(shí)施例11) 將四氟乙烯內(nèi)襯用鎘酸浸泡2h以上，然后用自來水沖洗干凈，超純水超聲清洗20min， 置于烘箱內(nèi)60 "C烘干。2) 配置濃度為0.1mM (以氮丙啶單體計(jì))的聚乙烯亞胺PEI (分子量70000)溶液250 ml，取10ml，經(jīng)0.45pm微孔過濾膜過濾，再加入10ml乙醇混合均勻，置入30ml的四氟 乙烯內(nèi)襯中，然后用不銹鋼外套密封，120。C反應(yīng)12 h。3) 固定反應(yīng)濃度、時(shí)間，依次改變反應(yīng)溫度100 °C、 120 °C、 130 °C、 140 °C、 150 °C、 160 °C、 180 °C，反應(yīng)12 h。4) 固定反應(yīng)溫度、濃度，依次改變反應(yīng)時(shí)間2h、 4h、 6h、 10h、 12h、 14h、 18h、 24h。5) 固定反應(yīng)溫度、濃度、時(shí)間，依次加入11202 (30%): 0|al、 1 |til、 5 nl、 10 pl。6) 加熱反應(yīng)冷卻后，讓反應(yīng)釜自然冷卻，打開反應(yīng)釜，取出溶液置于30ml試劑瓶中備 用。反應(yīng)過程中溶液顏色由無色變?yōu)闇\黃色，收集即得到熒光探針產(chǎn)品。實(shí)施例2將PEI (70000)換成PEI (600)，其它分別同實(shí)施例1。反應(yīng)過程中溶液顏色由無色變 為淺黃色，收集即得到熒光探針產(chǎn)品，相同濃度條件下PEI (600)熒光強(qiáng)度降低。 實(shí)施例3將PEI (70000)換成PEI (10000)，其它分別同實(shí)施例1。 實(shí)施例4將PEI (70000)換成聚酰胺胺(PAMAM)，其它分別同實(shí)施例1 實(shí)施例5以下是熒光探針在檢測(cè)金屬銅離子中的應(yīng)用。將實(shí)施例1中的熒光分子探針溶于PBS緩 沖液中中，熒光探針濃度為lxlO"6 mol/L,金屬離子濃度為1"0—5 mol/L，在多種金屬離子中 (如Na+、 Mg2+、 Mn2+、 Fe2+、 Co2+、 Cu2+、 Ni2+、 Pb2+、 Hg+、 Cd2+ 、 Cr2+、 Ba2+)，對(duì)Cu2+ 表現(xiàn)出很好的選擇性，測(cè)得其熒光強(qiáng)度F (激發(fā)波長為360nm,最大發(fā)射波長為460 nm)， 其它離子的影響較低。按同樣方法作空白實(shí)驗(yàn)(熒光強(qiáng)度記為Fo )，計(jì)算出二者的相對(duì)熒光 強(qiáng)度FQ/F,并繪制Stern-Volmer曲線，本法銅離子檢測(cè)限可達(dá)到0. 1 nmol. L-、實(shí)施例6以下是熒光探針在檢測(cè)人頭發(fā)中銅含量中的應(yīng)用。準(zhǔn)確稱取l g發(fā)樣，置于燒杯中，加 入10 ml硝酸，低溫加熱消化至棕色氣體逸盡，溶液呈淡黃色，滴加l ml 11202繼續(xù)消化至 透亮，加熱蒸發(fā)至近干，加入5ml (4 mol/L)鹽酸浸取，冷卻后加入適量維生素C，搖勻， 取制備好的試樣溶液于25ml容量瓶定容以備用。在4ml石英比色皿中加入PEI的磷酸鹽緩 沖溶液3 ml，依次加入定量的發(fā)樣溶液，同時(shí)用360 nm為激發(fā)波長，進(jìn)行熒光掃描，在460nm 處測(cè)其熒光強(qiáng)度F ，按同樣方法作空白實(shí)驗(yàn)(熒光強(qiáng)度記為Fo)，計(jì)算出二者的相對(duì)熒光強(qiáng) 度Fo/F。測(cè)得發(fā)樣中銅含量為8.0嗎.g1，與電化學(xué)測(cè)定做參比回收率達(dá)到98%。實(shí)施例7熒光探針在檢測(cè)廢水中銅離子含量中的應(yīng)用，參照實(shí)施例5。權(quán)利要求
1. 一種銅離子熒光探針，其特征在于其原料為富氨基聚合物超支化聚乙烯亞胺，原料經(jīng)過氧化處理后，其分子內(nèi)部氨基基團(tuán)與空穴電子結(jié)構(gòu)發(fā)生相互作用，從而得到一種在紫外光激發(fā)條件下可產(chǎn)生熒光的銅離子熒光探針。
2. 如權(quán)利要求1所述的銅離子熒光探針的制備方法，其特征在于包括以下步驟-1) 將聚乙烯亞胺配置成聚乙烯亞胺水溶液；2) 取聚乙烯亞胺水溶液，過濾，倒入聚四氟乙烯內(nèi)襯中用不銹鋼外套密封，反應(yīng)后蒸出 溶劑，得到黃色粘稠液體狀的銅離子熒光探針。
3. 如權(quán)利要求2所述的銅離子熒光探針的制備方法，其特征在于聚乙烯亞胺水溶液的濃 度以氮丙啶單體計(jì)為0.01 0.8 M。
4. 如權(quán)利要求2所述的銅離子熒光探針的制備方法，其特征在于聚乙烯亞胺水溶液過濾， 倒入聚四氟乙烯內(nèi)襯中用不銹鋼外套密封反應(yīng)的溫度為80 25(TC，反應(yīng)的時(shí)間為1 60h。
5. 如權(quán)利要求2所述的銅離子熒光探針的制備方法，其特征在于在聚乙烯亞胺水溶液過 濾后加入氧化劑，按質(zhì)量百分比，氧化劑的加入量為聚乙烯亞胺水溶液的0.01% 1%。
6. 如權(quán)利要求2所述的銅離子熒光探針的制備方法，其特征在于氧化劑選自過硫酸銨、 過氧化氫、過乙酸、碘酸、高錳酸鉀中的一種。
7. 如權(quán)利要求1所述的銅離子熒光探針應(yīng)用于重金屬離子的檢測(cè)。
8. 如權(quán)利要求l所述的銅離子熒光探針應(yīng)用于重金屬離子的檢測(cè)，其特征在于所述的重 金屬離子的檢測(cè)為在生物組織和環(huán)境污水中銅離子的檢測(cè)。
全文摘要
一種銅離子熒光探針及其制備方法和用途，涉及一種熒光分子探針，尤其是涉及一種銅離子熒光分子探針及其制備方法以及該熒光分子探針在重金屬離子識(shí)別和檢測(cè)中的應(yīng)用。提供一種效果較好的能在水溶液中檢測(cè)重金屬銅離子的銅離子熒光探針及其制備方法和應(yīng)用。將聚乙烯亞胺(PEI)配置成聚乙烯亞胺水溶液；取聚乙烯亞胺水溶液，過濾，倒入聚四氟乙烯內(nèi)襯中用不銹鋼外套密封，反應(yīng)后蒸出溶劑，得到黃色粘稠液體狀的銅離子熒光探針。銅離子熒光探針可應(yīng)用于重金屬離子的檢測(cè)，尤其是在生物組織和環(huán)境污水中銅離子的檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01N21/64GK101261228SQ20081007091
公開日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2008年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月16日
發(fā)明者劉曉清, 強(qiáng) 崔, 張其清, 李思越, 來琳婓, 建 翁 申請(qǐng)人:廈門大學(xué)