双功能化水凝胶聚合物复合材料、其制备方法和用途与流程

本发明涉及一种含化学发光片段和发光增强片段的双功能化水凝胶聚合物复合材料、及其制备方法及应用。

背景技术：

化学发光功能化复合材料因其优良的发光特性近年来备受关注，在生命科学、材料工程学、环境科学等领域有着广阔的应用前景。例如现有技术将具有化学发光性能的N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺和金属离子催化剂双功能化到金纳米粒子的表面(Liu，M；Zhang，H；Shu，J；Liu，X；Li F；Cui，H；Analytical Chemistry 2014，86，2857-2861.)。这种双功能化的纳米金复合材料展现出优异的化学发光特性，然而合成的双功能化的复合材料在黑暗环境中仍不具有可见性，且达到最大光强后，发光强度很快降低，这在一定程度上限制了其在作为光源，化学发光显微成像等方面的应用。

水凝胶具有三维弹性网络状结构，它是通过物理或化学交联形成的一种亲水的聚合物，能够实现对小分子、蛋白质及其它大分子的缓释作用，这一性质使其成为新型功能化复合材料的理想选择。

常见的具有发光性质的生物如萤火虫、化学发光材料如荧光棒等，其中萤火虫持续发光是通过加速氧化荧光素对荧光素酶的释放，使荧光素酶快速恢复并不断催化发光反应，从而达到持续发光的效果。而荧光棒采用的过氧化草酸酯发光体系，通过选择适当的具有反应活性的芳基草酸酯或选择合适的催化剂如有机强酸，可以得到延续性的化学发光。其中苯环取代基吸电子能力越强，越有利于中间体的生成，也越易于产生高强度高量子效率的化学发光反应。而加入有机强酸或酸酐则是抑制化学反应的进行，使光能以较平稳的趋势长时间的释放。N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺，作为已知的发光物质其，液相化学发光本身不具有持续发光的特点，加入的金属离子催化剂后只能提高发光强度，而不能增加发光的持续性。

Erick Leite Bastos等人(Luminescence 2007；22：113-125)报道了PVP水溶液、鲁米诺(luminol)、高铁血红素溶液，氮气保护下低温汞灯照射光交联成水凝胶，加入H₂O₂后检测，进行了一些控制浓度的基础研究。但是从该报道中可以看出，当向鲁米诺和高铁血红素的标准体系中加入PVP后，原标准体系的发光强度降低了近75％。换言之，PVP水凝胶会对鲁米诺化学发光体系的光强性质产生很不利的影响。此外，该报道并未揭示水凝胶将有助于提高发光持续性。

Qigang Wang等人(CHEMISTRY，“Bioinspired Supramolecular Confinement of Luminol and Heme Proteins to Enhance Chemiluminescent Quantum Yield”)报道了凝胶因子先加热形成溶液、再加入鲁米诺、高铁血红素混合加热再冷却到室温成胶，该方法得到的水凝胶在化学发光量子产率方面提高了四倍，并在化学发光半衰期方面提高了六倍。但是，所述水凝胶在300秒后基本不再发光。因此，在发光持续性方面，该水凝胶依然不能满足需求。

因此，本领域需要一种具有高强度且长时间持续化学发光的复合材料。

技术实现要素：

本发明的一个目的在于提供一种新型水凝胶聚合物复合材料，其能够高强度且长时间持续化学发光。

本发明的另一个目的是提供一种简单快捷的用于制备所述水凝胶聚合物复合材料的方法以及上述双功能化水凝胶聚合物复合材料的用途。

因此，在一方面，本发明提供了一种双功能化水凝胶聚合物复合材料，其包含：壳聚糖水凝胶聚合物；过渡金属离子；以及通式(I)的化合物：

其中，A环表示C₆-C₁₄芳环；R₁和R₂独立地表示氢、端基被氨基取代或为未取代的直链或支链(C₁-C₃₀)烷基，前提是该NR₁R₂具有至少一个NH₂端基。

在另一方面，本发明提供一种制备如上所述的双功能化水凝胶聚合物复合材料的方法，所述方法包括如下步骤：

1)向碱性水溶液中加入壳聚糖，通过冷冻-溶解法使壳聚糖形成水凝胶聚合物；2)向反应体系中加入通式(I)的化合物；3)向反应体系中加入过渡金属离子；其中步骤1)至3)按照以下顺序进行：

a)按照步骤1)、2)、3)的顺序依次进行；或者

b)按照步骤1)、3)、2)的顺序依次进行；或者

c)在步骤1)后，步骤2)和3)同时进行；或者

d)步骤3)和步骤1)同时进行，然后进行步骤2)；或者

e)步骤1)、2)和3)同时进行。

在另一方面，本发明提供如上所述的双功能化水凝胶聚合物复合材料作为光源的用途，所述双功能化水凝胶聚合物复合材料在氧化剂存在下能够持续且高强度地发光。

在另一方面，本发明提供如上所述的双功能化水凝胶聚合物复合材料在生物检测中的用途，所述双功能化水凝胶聚合物复合材料在氧化剂存在下可用于生物传感器、分子显微成像、细胞显微成像或生物样品分析。

与现有技术相比，本发明具有但不限于如下的优点：

1.本发明通过将壳聚糖水凝胶聚合物、过渡金属离子和通式(I)的化合物进行组合获得了的新型双功能化水凝胶聚合物复合材料，其能够实现高强度和长时间持续的化学发光。与现有技术不同，本发明的水凝胶聚合物并不会对发光分子的化学发光性质产生不利影响。此外，由于水凝胶的缓释作用，使得包含在水凝胶聚合物复合材料中的发光分子能够实现高强度且持续性发光，化学发光强度保持在最初发光强度的90％范围内的发光可以持续10.0-56.4小时，化学发光强度保持在最初发光强度的50％范围内的发光可以持续5.0-75.0小时。

2.本发明的双功能化水凝胶聚合物复合材料具有良好的流变性能。

3.本发明的双功能化水凝胶聚合物复合材料能够在pH 7.0-13.0范围内产生高强度且持续性发光，因此，该材料广泛适合用于各种生物分析，具有广阔的应用前景。

4.本发明的双功能化水凝胶聚合物复合材料的合成方法是一种通用性方法，可适用于制备其它持续性发光的化学发光功能化材料。

5.本发明的双功能化水凝胶聚合物复合材料具有高强度发光且长时间持续发光的特点，其发光在暗室中可见。因此，该材料可成为良好的发光光源，在紧急照明，日常装饰，娱乐等领域具有广阔的应用前景。

6.本发明的双功能化水凝胶聚合物复合材料由于高发光强度和长时间持续发光的特点，可成为化学发光标记的良好材料，用于生物传感器的构建与显微成像分析中。

7.本发明的双功能化水凝胶聚合物复合材料的制备方法具有简便、快速等优点；仅需要冷冻、溶解、搅拌分散等简单易行的步骤。

因此，本发明的双功能化水凝胶聚合物复合材料对新型发光光源的发现具有重要意义，它在临床分析、食品安全、环境检测、药物分析等领域也具有巨大的应用潜力和良好的应用前景。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是根据本发明一个实施例的扫描电镜照片。

图2A)是根据本发明一个实施例的双功能化水凝胶聚合物复合材料的流变性能示意图；图2B)是根据本发明一个实施例的双功能化水凝胶聚合物复合材料在瓶中倒置时的实物图。

图3是根据本发明一个实施例的双功能化水凝胶聚合物复合材料的化学发光光谱图与相同浓度的N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺在NaOH溶液中的化学发光光谱图。

图4A)-E)是根据本发明多个优选例和多个比较例的化学发光动力学曲线图。

图5是采用数码相机拍摄的根据本发明一个优选例的双功能化水凝胶聚合物复合材料在暗场条件下不同时间的化学发光图，其中每种情形中的左右两个烧杯分别表示氧化剂和材料在不同混合状态下的图，左边烧杯为在材料中直接加入氧化剂(H₂O₂)溶液的发光图，右边烧杯为材料加入氧化剂(H₂O₂)溶液混匀后的发光图。

图6A)和图6B)是根据本发明一个优选例的双功能化水凝胶聚合物复合材料在明场中加入氧化剂前(A)和加入氧化剂与材料反应一段时间后(B)的显微成像图；图6C)是根据本发明一个优选例的双功能化水凝胶聚合物复合材料在暗场中的化学发光显微成像图。

图7是多个优选例和一个比较例的化学发光动力学曲线图。

图8是根据本发明一个实施例的双功能化水凝胶聚合物复合材料在加入不同量的H₂O₂情况下的化学发光动力学曲线图。曲线a～e对应H₂O₂溶液的浓度为0.1、1、10、100、1000mM。

图9是本发明一个实施例在不同pH值条件下的化学发光动力学曲线图(A～G分别对应的pH为13、11.92、10.88、9.91、8.95、7.96、7)。

图10是一个优选例的化学发光动力学曲线。

图11采用一种实施方式的制备方法所制得的双功能化水凝胶聚合物复合材料的化学发光动力学曲线。

图12采用一种实施方式的制备方法所制得的双功能化水凝胶聚合物复合材料的化学发光动力学曲线。

图13是两种比较例的双功能化水凝胶聚合物材料的化学发光动力学曲线。

图14是根据本发明多个优选例的化学发光动力学曲线图。

具体实施方式

下面对本发明的双功能化水凝胶聚合物复合材料及其制备方法、基于该双功能化水凝胶聚合物复合材料的新型发光光源以及将该复合材料用于生物样品的检测如化学发光显微成像标记物等的具体实施方式进行详细描述。

A.双功能化水凝胶聚合物复合材料

本发明提供了一种双功能化水凝胶聚合物复合材料，其包含：壳聚糖水凝胶聚合物、过渡金属离子以及通式(I)化合物。

在本发明中，过渡金属离子也可以称为发光增强剂，而通式(I)的化合物也可以称为化学发光试剂。

1.壳聚糖水凝胶聚合物

本发明所述的壳聚糖水凝胶聚合物为高分子聚合物，其具有多孔隙的结构。本发明壳聚糖水凝胶聚合物无特别的限制，可以是本领域已知的任何壳聚糖水凝胶聚合物。

在一个实施方式中，本发明所述的壳聚糖水凝胶聚合物在碱性环境下由壳聚糖分子形成。

在一个实施方式中，在壳聚糖分子形成水凝胶之前或者在形成水凝胶的过程中，其可以吸附或捕获过渡金属离子和/或通式(I)化合物。

在一个实施方式中，在壳聚糖分子形成水凝胶之后，所述壳聚糖水凝胶聚合物的多孔隙结构中可以富集过渡金属离子和/或通式(I)化合物。

本发明的壳聚糖水凝胶聚合物在碱性条件下稳定存在，并具有良好的缓慢释放化学发光试剂和/或发光增强剂的效果。

2.通式(I)的化合物

适用于本发明的化学发光试剂具有下列通式(I)：

式中，A环表示C6-C14芳环，优选C6-C10芳环，更优选具有6个碳原子的芳环，如苯环。在本发明中，术语“A环表示C6-C14芳环”是指具有碳原子总数为6-14个的单环或稠环的芳族碳环，例如其可以是苯环、萘环或蒽环。

R₁和R₂可独立地表示氢、端基被氨基取代或未取代的直链或支链C₁-C₃₀、较好C₁-C₂₀、更好C₁-C₁₀、最好C₁-C₈、优选C₁-C₆烷基，前提是该NR₁R₂具有至少一个NH₂端基。

在本发明中，术语“NR₁R₂具有至少一个NH₂端基”是指NR₁R₂本身是NH₂，或者R₁、R₂中至少有一个带有NH₂端基的烷基。

在本发明中，术语“(C₁-C₃₀)烷基”的实例包括但不限于甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、戊基、异戊基、己基、氨基甲基、氨基乙基、1-氨基丙基、2-甲基-氨基乙基、1-氨基丁基、2-甲基-氨基丙基等。

在本发明的一个较好实例中，上述通式(I)的鲁米诺类化学发光试剂选自：

其中，R₁和R₂如上所限定。

在一个实施方式中，代表性通式(I)的鲁米诺类化学发光试剂选自下组，但不限于此：

在另一个实施方式中，所述通式(I)的鲁米诺类化学发光试剂为N-(4-氨基丁基)-N-乙基萘酰肼；

在本发明的另一个实施方式中，通式(I)的化合物具有下式：

其中，R₁和R₂如上所限定。

本发明的壳聚糖水凝胶聚合物具有均一的多孔海绵状结构，其中包含微米甚至纳米级的孔洞，该多孔海绵状结构可以富集大量所述通式(I)的化合物。并且在后续的使用中，该多孔海绵状结构能够缓慢释放通式(I)的化合物，使得该复合材料具有持续而稳定的化学发光特性。

3.过渡金属离子

本发明的发明人通过深入研究发现，过渡金属离子对于分散在壳聚糖水凝胶聚合物孔隙中的通式(I)的化合物具有催化增强发光的效应。本发明过渡金属离子无特别的限制，只要它具有化学发光增强作用即可。

在本发明的一个实施方式中，所述过渡金属离子选自第VIII族、IB族、IIB族、VIB族过渡金属离子，或其组合。

在一个实施方式中，代表性过渡金属离子选自下组，但不限于此：Co²⁺、Ni²⁺、Fe³⁺、Fe²⁺。

在一个最优选的实施例中，所述过渡金属离子为Co²⁺。

在另一个实施方式中，所述过渡金属离子吸附在所述壳聚糖水凝胶聚合物的表面或者分散在所述壳聚糖水凝胶聚合物的孔隙中。

在本文中，除非另有说明，化学发光的“发光增强剂”与“发光催化片段”或“发光增强片段”可互换使用，都指的是在化学发光反应中，加入到化学发光反应体系中能够使化学发光强度大大增强的试剂或片段。

本发明双功能化水凝胶聚合物复合材料中源自通式(I)化合物的发光片段与源自过渡金属离子的发光增强片段的相对量无特别的限制，只要该发光增强片段足以提高发光片段的发光强度即可。在本发明的一个实施方式中，所述发光增强片段与发光片段的摩尔比为5∶1至1∶1,000,000，优选4∶1至1∶100,000，更优选3∶1至1∶10,000。

本发明双功能化水凝胶聚合物复合材料中壳聚糖水凝胶聚合物和过渡金属离子的相对量没有特别限制，但从所述功能化壳聚糖水凝胶聚合物复合材料的流变性能角度以及持续发光的角度，在本发明的一个实施方式中，以该双功能化水凝胶聚合物复合材料的总重量计，所述壳聚糖水凝胶聚合物的质量分数是60.00-99.98重量％，优选70.00-99.95重量％，更优选81.17-99.83重量％。本发明的双功能化水凝胶聚合物复合材料具有优异的化学发光特性。所述双功能化水凝胶聚合物复合材料通过与氧化剂溶液反应而产生化学发光。所述氧化剂包括但不限于H₂O₂、O₂、ClO^-、I₂、IO₄^-、MnO₄^-。本发明的复合材料在氧化剂存在下可持续且高强度地发光。在本发明的一个实例中，化学发光反应的条件为：将10-1000微升0.1M H₂O₂溶液注入到10-1000微升的双功能化水凝胶聚合物复合材料中，产生高强度且持续的化学发光。

在一个优选实例中，所述双功能化水凝胶聚合物复合材料，其化学发光片段源自N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺，其发光增强片段源自Co²⁺。

在一个实施方式中，本发明的双功能化氧化水凝胶复合材料在pH值为7.0-13.0的H₂O₂水溶液中可以产生高强度且持续的化学发光，化学发光强度保持在最初发光强度的90％范围内的发光可以持续10.0-56.4小时，化学发光强度保持在最初发光强度的50％范围内的发光可以持续5.0-75.0小时。在一个优选的实施方式中，优选氧化剂溶液的pH值为10.0-11.5。

虽然并不希望局限于特定的理论，但是发明人猜测在本发明的复合发光材料中，一方面由于双功能化水凝胶聚合物复合材料与氧化剂溶液在刚混合的时候不能发生充分接触，因此利用水凝胶的缓释作用，可以使化学发光试剂和/或发光增强剂缓慢从孔隙中释放出来，逐渐与氧化剂接触，产生高强度且持续的化学发光；另一方面，氧化剂溶液对壳聚糖水凝胶可能存在缓慢降解作用，该作用也有利于化学发光试剂和/或发光增强剂从水凝胶聚合物的孔隙中进一步释放出来，从而进一步促进持续性高强度发光。相反，在常规液相条件下，通式(I)的化合物的化学发光试剂以及发光增强剂与氧化剂在刚混合的时候即可发生充分接触而产生发光，得到的是“闪光”型化学发光。本发明的复合材料改变了原来在常规液相中通式(I)的化合物的发光动力学过程，通过利用水凝胶的缓释作用和H₂O₂水溶液对壳聚糖的降解可以实现通式(I)的化合物和发光增强剂不断从双功能化水凝胶聚合物复合材料中释放出来，并与氧化剂不断接触发光，从而实现了高强度持续性的化学发光过程。

在另一个实施方式中，本发明的双功能化水凝胶聚合物复合材料在暗室中用数码相机拍照，记录化学发光随时间的变化情况证实了以上推测。在将氧化剂直接注入到复合材料里，不做任何的混合时，化学发光首先在氧化剂例如H₂O₂水溶液和凝胶材料的界面处发光，且界面处的发光层厚度不断增加，这是由于水凝胶对小分子的缓释作用，通式(I)的化合物的发光片段从水凝胶聚合物复合材料中释放出来所致。又由于H₂O₂水溶液对壳聚糖水凝胶的降解作用，壳聚糖降解物质量较小的碎片(含通式(I)的化合物)被H₂O₂分解产生的氧气带到氧化剂H₂O₂溶液上部，而其中质量较大的碎片(含通式(I)的化合物)则沉在水凝胶聚合物复合材料底部，可以看见溶液顶部和胶体底部有明显的发光。水凝胶的降解物在体系中上下浮动，使未反应的化合物与氧化剂进一步接触反应，产生新的发光。化学发光反应如上述不断进行，产生持续性的化学发光。更特别地，例如取2mL本发明的双功能化水凝胶聚合物复合材料，加入氧化剂溶液，在72小时后，在暗室中仍有可见的化学发光产生。

在另一个实施方式中，本发明的双功能化水凝胶聚合物复合材料具有良好的流变性能，例如，取一定量的所述复合材料置于玻璃瓶中，倒置后没有流动性。由于壳聚糖水凝胶聚合物复合材料胶体的非流动性，通过以一定方式进行涂布或布置，可形成所需的图案如太极图案的形貌。

在另一个实施方式中，本发明的双功能化水凝胶聚合物复合材料用于化学发光显微成像。在暗场中的化学发光显微成像图可以明显看到反应中产生的气泡和从开始发光到发光结束的过程。明场记录同一位置反应前后水凝胶聚合物复合材料的形貌，从反应前胶态透明状变为反应后沉淀状不透明，进一步证明上面论述。

如本文所用，术语“发光功能化”或“化学发光功能化”等可互换使用，均是指由于包含发光试剂而使得水凝胶聚合物材料具有化学发光特性。

B.双功能化水凝胶聚合物复合材料的制备方法

本发明还提供简便、快速地制备本发明双功能化水凝胶聚合物复合材料的绿色方法。

本发明所述的双功能化水凝胶聚合物复合材料通过选自下组的方法制得：1)向反应体系中加入壳聚糖，通过冷冻-溶解法使壳聚糖形成水凝胶聚合物；2)向反应体系中加入通式(I)的化合物；3)向反应体系中加入过渡金属离子；其中步骤1)至3)按照以下顺序进行：

a)按照步骤1)、2)、3)的顺序依次进行；或者

b)按照步骤1)、3)、2)的顺序依次进行；或者

c)在步骤1)后，步骤2)和3)同时进行；或者

d)步骤3)和步骤1)同时进行，然后进行步骤2)；或者

e)步骤1)、2)和3)同时进行。

较好的是，反应体系的pH值约为7-13，优选pH值约为8-12，更优选pH值约为9-11，最优选pH值约为11。过渡金属离子与通式(I)的化合物的摩尔比优选为5∶1至1∶1,000,000，优选4∶1至1∶100,000，更优选3∶1至1∶10,000。以该双功能化水凝胶聚合物复合材料的总重量计，所述壳聚糖水凝胶聚合物的质量分数是60.00-99.98重量％，优选70.00-99.95重量％，更优选81.17-99.83重量％。

在一个较好的实施方式中，本发明的双功能化水凝胶聚合物复合材料可以按以下方式制得：先将过渡金属离子与壳聚糖混合，然后通过冷冻-溶解法使其形成水凝胶聚合物；然后再将通式(I)的化学发光试剂分散或扩散进入到上述壳聚糖水凝胶聚合物的孔隙中。

在另一个较好的实施方式中，本发明的双功能化水凝胶聚合物复合材料可以按以下方式制得：先使壳聚糖通过冷冻-溶解法形成水凝胶聚合物；然后再将通式(I)的化学发光试剂和过渡金属离子分散或扩散进入到上述壳聚糖水凝胶聚合物的孔隙中。

在另一个较好的实施方式中，本发明的双功能化水凝胶聚合物复合材料可以按以下方式制得：先将通式(I)的化学发光试剂、过渡金属离子与壳聚糖混合，然后通过冷冻-溶解法使其形成水凝胶聚合物复合材料。

本发明使用的冷冻-溶解法指的是将反应物放置于0至-50℃下冷冻1-20小时，然后在室温下解冻，得到所需的水凝胶材料。

在一个具体的实施方式中，本发明的制备如上所述的双功能化水凝胶聚合物复合材料的方法包括：

1)将壳聚糖与含有过渡金属离子的碱性溶液混合；

2)将所得的混合物在0至-50℃下冷冻1-20小时，然后在室温下解冻得到携带有过渡金属离子的壳聚糖水凝胶聚合物；

3)将通式(I)的化合物通过搅拌2-15小时的方式分散在所述携带有过渡金属离子的壳聚糖水凝胶聚合物的孔隙中，从而得到所述双功能化水凝胶聚合物复合材料。

在另一个具体的实施方式中，本发明的制备如上所述的双功能化水凝胶聚合物复合材料的方法包括：

1)将壳聚糖与含有过渡金属离子和通式(I)的化合物的碱性溶液混合；

2)将所得的混合物在0至-50℃下冷冻1-20小时，然后在室温下解冻得到所述双功能化壳聚糖水凝胶聚合物复合材料。

在另一个具体的实施方式中，本发明的制备如上所述的双功能化水凝胶聚合物复合材料的方法包括：

1)将壳聚糖在0至-50℃下冷冻1-20小时，然后在室温下解冻得到壳聚糖水凝胶聚合物；

2)将通式(I)的化合物和过渡金属离子通过搅拌2-15小时的方式分散在所述壳聚糖水凝胶聚合物的孔隙中，从而得到所述双功能化水凝胶聚合物复合材料。

在本发明中，所述碱性溶液为碱金属氢氧化物水溶液。优选地，所述碱性溶液为含尿素的碱金属氢氧化物水溶液。所述碱金属氢氧化物包括但不限于氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂及其组合。所述碱金属氢氧化物的浓度没有特别的限制。

在本发明中，所述过渡金属离子来源于其可溶性碱金属盐，包括但不限于碱金属硝酸盐，碱金属氯化盐，碱金属硫酸盐及其组合。

在本发明中，通式(I)的化合物或过渡金属离子可以通过简单的方式(诸如搅拌等方式)而分散或扩散进入到所述壳聚糖水凝胶聚合物的孔隙中。所述搅拌优选为快速搅拌2-15小时。

C.本发明的双功能化水凝胶聚合物复合材料在发光光源和化学发光显微成像中的应用

本发明的双功能化水凝胶聚合物复合材料因具有高发光强度和长时间持续发光的特点，可以用来制造发光光源和作为标记物通过化学发光显微成像用于物质的检测分析。

在本发明的一个实施方式中，本发明的双功能化水凝胶聚合物复合材料可作为发光光源，用于各种紧急场合、水下发光和作为装饰性发光材料。

在本发明的另一个实施方式中，本发明的双功能化水凝胶聚合物复合材料可用作标记物，用于构建化学发光传感器，通过化学发光显微成像技术，对生物样品、食品或饮料样品、药物样品、环境样品、化学样品等进行分析。

本发明的传感器可广泛用于各种领域和各种样品的检测和分析，包括(但不限于)生物样品、食品或饮料样品、药物样品、环境样品、化学样品的检测和分析。生物样品可包括例如血液、血浆、血清、尿液、粪便、痰液、分泌物(如汗液、泪液等)、培养物等；所述环境样品可为空气样品、水样、土壤样品；所述化学样品可包括中间物、终产物等等。

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明专利的内容。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例

测试方法：

(1)扫描电镜；

测试方法：将制得的试样稀释5倍后进行冷冻干燥，干燥后的样品在扫描电镜(SEM，JEOL JEM-6700F，日本)上进行扫描电镜分析。

(2)电感耦合等离子体原子发射；

测试方法：将制得的试样用原子发射光谱仪(OPTIMA 7000DV)检测金属离子Co²⁺的含量。

(3)流变性能分析；

测试方法：将制得的试样采用流变仪(TA AR-G2)进行测量，使用半径为40mm锥角为1°的锥盘，狭缝宽度为1mm，测量温度为20℃，应变为1％，测定储能模量G’和损耗模量G”随频率F变化的关系。

(4)化学发光光谱；

测试方法：将制得的试样采用荧光分光光度计(F-7000，Hitachi，日本)，关闭光源，加入氧化剂溶液(H₂O₂溶液)，测量试样的化学发光光谱。

(5)数码相机拍摄发光图；

测试方法：将制得的试样取2ml放置于小烧杯中，加入2ml的氧化剂溶液(H₂O₂溶液)，在暗室中，采用延迟25s进行拍摄，间隔一定的时间，记录发光情况。

(6)化学发光显微成像；

测试方法：将制得的试样取20μl置于小池子中，加入20μl的氧化剂溶液(H₂O₂溶液)，在暗室中，用显微镜(Olympus IX83宽场荧光显微镜)观察，采用延迟10s进行拍摄，记录微观状态下发光情况。明场分别记录氧化剂溶液加入前和发光反应一段时间后试样的显微成像图。

(7)化学发光特性：

采用静态注射发光检测仪(BPCL，北京)对双功能化水凝胶聚合物复合材料的化学发光特性进行研究。在玻璃池子中注入双功能化水凝胶聚合物复合材料，然后通过一次性注射器加入0.1M H₂O₂溶液(溶解在pH范围为7.0-11.92的伯瑞坦-罗比森缓冲液(即B-R缓冲液)和pH范围为12.0-13.0的NaOH溶液里，优选结果为pH＝10.88)，静态注射的负高压为450-1000V。由静态注射发光检测仪对化学发光强度和发光的持续性进行检测，同时记录下化学发光的动力学曲线。

实施例1：制备金属离子Co²⁺和N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺双功能化水凝胶聚合物复合材料，其中Co²⁺与ABEI的摩尔比为1∶1，以双功能化水凝胶聚合物复合材料的总重量计，壳聚糖的质量分数是99.36重量％(材料1)。

在本实施例中，通式(I)的化合物为N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺(“ABEI”)，发光增强剂为金属离子Co²⁺，其中Co²⁺与ABEI的摩尔比为1∶1，壳聚糖的质量分数是99.36重量％。制备方法如下：

(i)在烧杯中，在室温下，配制碱性溶液，即将LiOH、KOH、尿素和H₂O按照质量比为4.5∶7∶8∶80.5进行混合。在另一烧杯中，取上述碱性溶液15ml，加入600μL 10mM CoCl₂水溶液，再加入壳聚糖粉末(商购获得，平均分子量>1000kDa，脱乙酰度>90％)，使壳聚糖在碱性溶液的质量分数为2.5重量％，用磁力搅拌器搅拌5分钟后，放入冰箱-30℃冷冻，冷冻至完全成固体状。取出冻住的材料，室温下解冻，得到金属离子Co²⁺单功能化水凝胶聚合物。

(ii)在室温和搅拌状态下，将1.5毫升4mM溶解在0.1M的NaOH溶液中的ABEI水溶液迅速加入步骤(i)得到的金属离子Co²⁺单功能化水凝胶聚合物中，用磁力搅拌器搅拌10小时，得到ABEI和金属离子Co²⁺双功能化水凝胶聚合物复合材料(材料1)，其中Co²⁺与ABEI的摩尔比为1∶1，壳聚糖的质量分数是99.36重量％。

分别根据上述测试方法(1)、(3)、(4)测试材料1的形貌、流变性能和化学发光光谱，并分别采用测试方法(5)-(7)的方法分别用数码相机，显微镜和静态注射发光检测仪来考察材料1的化学发光特性，结果分别如图1-6所示。

实施例2：制备金属离子Ni²⁺和N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺双功能化水凝胶聚合物复合材料，其中Ni²⁺与ABEI的摩尔比为1∶1，以双功能化水凝胶聚合物复合材料的总重量计，壳聚糖的质量分数是99.36重量％(材料2)。

根据实施例1中制备材料1的相同方法，不同之处在于，在步骤(i)中使用相同摩尔量的NiCl₂代替CoCl₂，得到材料2。根据上述测试方法(7)测定材料2的化学发光动力学曲线，结果如图4B)中曲线c所示。

实施例3：制备金属离子Fe³⁺和N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺双功能化水凝胶聚合物复合材料，其中Fe³⁺与ABEI的摩尔比为1∶1，以双功能化水凝胶聚合物复合材料的总重量计，壳聚糖的质量分数是99.36重量％(材料3)。

根据实施例1中制备材料1的相同方法，不同之处在于，在步骤(i)中使用相同摩尔量的FeCl₃代替CoCl₂，得到材料3。根据上述测试方法(7)测定材料3的化学发光动力学曲线，结果如图4B)中曲线d所示。

实施例4：制备金属离子Fe²⁺和N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺双功能化水凝胶聚合物复合材料，其中Fe²⁺与ABEI的摩尔比为1∶1，以双功能化水凝胶聚合物复合材料的总重量计，壳聚糖的质量分数是99.36重量％(材料4)。

根据实施例1中制备材料1的相同方法，不同之处在于，在步骤(i)中使用相同摩尔量的Fe₂SO₄代替CoCl₂，得到材料4。根据上述测试方法(7)测定材料4的化学发光动力学曲线，结果如图4B)中曲线e所示。

实施例5：制备金属离子Co²⁺和N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺双功能化水凝胶聚合物复合材料，其中Co²⁺与ABEI的摩尔比为1∶10，以双功能化水凝胶聚合物复合材料的总重量计，壳聚糖的质量分数是99.55重量％(材料5)。

根据实施例1中制备材料1的相同方法，不同之处在于，在步骤(i)中使用1mM的CoCl₂溶液代替10mM CoCl₂溶液，得到材料5。根据上述测试方法(7)测定材料5的化学发光动力学曲线，结果如图7中曲线b所示。

实施例6：制备金属离子Co²⁺和N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺双功能化水凝胶聚合物复合材料，其中Co²⁺与ABEI的摩尔比为1∶2，以双功能化水凝胶聚合物复合材料的总重量计，壳聚糖的质量分数是99.51重量％(材料6)。

根据实施例1中制备材料1的相同方法，不同之处在于，在步骤(i)中使用5mM的CoCl₂溶液代替10mM CoCl₂溶液，得到材料6。根据上述测试方法(7)测定材料6的化学发光动力学曲线，结果如图7中曲线c所示。

实施例7：制备金属离子Co²⁺和N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺双功能化水凝胶聚合物复合材料，其中Co²⁺与ABEI的摩尔比为2∶1，以双功能化水凝胶聚合物复合材料的总重量计，壳聚糖的质量分数是99.37重量％(材料7)。

根据实施例1中制备材料1的相同方法，不同之处在于，在步骤(i)中使用20mM的CoCl₂溶液代替10mM CoCl₂溶液，得到材料7。根据上述测试方法(7)测定材料7的化学发光动力学曲线，结果如图7中曲线e所示。

实施例8：制备金属离子Co²⁺和N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺双功能化水凝胶聚合物复合材料，其中Co²⁺与ABEI的摩尔比为3∶1，以双功能化水凝胶聚合物复合材料的总重量计，壳聚糖的质量分数是99.28重量％(材料8)。

根据实施例1中制备材料1的相同方法，不同之处在于，在步骤(i)中使用30mM的CoCl₂溶液代替10mM CoCl₂溶液，得到材料8。根据上述测试方法(7)测定材料8的化学发光动力学曲线，结果如图7中曲线f所示。

实施例9：制备金属离子Co²⁺和鲁米诺双功能化水凝胶聚合物复合材料，其中Co²⁺与鲁米诺的摩尔比为1∶1，以双功能化水凝胶聚合物复合材料的总重量计，壳聚糖的质量分数是99.62重量％(材料9)。

根据实施例1中制备材料1的相同方法，不同之处在于，在步骤(ii)中使用相同摩尔量的鲁米诺代替N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺，得到材料9。根据上述测试方法(7)测定材料9的化学发光动力学曲线，结果如图4C中曲线f所示。

可以看出，使用鲁米诺代替N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺作为化学发光试剂仅发光强度略低，仍有持续性的发光效果。

实施例10：制备金属离子Co²⁺和异鲁米诺双功能化水凝胶聚合物复合材料，其中Co²⁺与异鲁米诺的摩尔比为1∶1，以双功能化水凝胶聚合物复合材料的总重量计，壳聚糖的质量分数是99.62重量％(材料10)。

根据实施例1中制备材料1的相同方法，不同之处在于，在步骤(ii)中使用相同摩尔量的异鲁米诺代替N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺，得到材料10。根据上述测试方法(7)测定材料10的化学发光动力学曲线，结果如图4D中曲线g所示。

可以看出，使用异鲁米诺代替N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺作为化学发光试剂仅发光强度略低，仍有持续性的发光效果。

实施例11：制备金属离子Co²⁺和N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺双功能化水凝胶聚合物复合材料，其中Co²⁺与ABEI的摩尔比为1∶1，以双功能化水凝胶聚合物复合材料的总重量计，壳聚糖的质量分数是99.83重量％(材料11)。

根据实施例1中制备材料1的相同方法，不同之处在于，在步骤(i)中壳聚糖加入的质量，使其质量分数为99.83重量％，得到材料11。根据上述测试方法(7)测定材料11的化学发光动力学曲线，结果如图10所示。

实施例12：采用第二种方法制备金属离子Co²⁺和N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺双功能化水凝胶聚合物复合材料(材料12)

在本实施例中，通式(I)的化合物为N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺，发光增强剂为金属离子Co²⁺，其中Co²⁺与ABEI的摩尔比为1∶1，以双功能化水凝胶聚合物复合材料的总重量计，壳聚糖的质量分数是99.36重量％。制备方法如下：

(i)在烧杯中，在室温下，配制碱性溶液，即将LiOH、KOH、尿素和H₂O按照质量比为4.5∶7∶8∶80.5进行混合。在另一烧杯中，取上述碱性溶液15ml，再加入壳聚糖粉末，使壳聚糖在碱性溶液的质量分数为2.5重量％，用磁搅拌器搅拌5分钟后，放入冰箱-30℃冷冻，冷冻至完全成固体状。取出冻住的材料，室温下解冻，得到壳聚糖水凝胶聚合物。

(ii)在室温和搅拌状态下，将1.5ml 4mM的ABEI溶液(溶解在0.1MNaOH溶液中)和600μL 10mM CoCl₂水溶液迅速加入步骤(i)得到的壳聚糖水凝胶聚合物中，用磁力搅拌器搅拌10小时，得到ABEI和金属离子Co²⁺双功能化水凝胶聚合物复合材料，其中Co²⁺与ABEI的摩尔比为1∶1，以双功能化水凝胶聚合物复合材料的总重量计，壳聚糖的质量分数是99.36重量％(材料12)。

根据上述测试方法(7)测定材料12的化学发光动力学曲线，结果如图11所示。

实施例13：采用第三种方法制备金属离子Co²⁺和N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺双功能化水凝胶聚合物复合材料(材料13)

在本实施例中，通式(I)的化合物为N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺，发光增强剂为金属离子Co²⁺，其中Co²⁺与ABEI的摩尔比为1∶1，以双功能化水凝胶聚合物复合材料的总重量计，壳聚糖的质量分数是99.36重量％。制备方法如下：

在烧杯中，在室温下，配制碱性溶液，即将LiOH、KOH、尿素和H₂O按照质量比为4.5∶7∶8∶80.5进行混合。在另一烧杯中，取上述碱性溶液15ml，加入600μL 10mM CoCl₂水溶液和1.5ml 4mM的ABEI溶液(溶解在0.1M NaOH溶液中)，再加入壳聚糖粉末，使壳聚糖在碱性溶液的质量分数为2.5重量％，用磁搅拌器搅拌5分钟后，放入冰箱-30℃冷冻，冷冻至完全成固体状。取出冻住的材料，室温下解冻，得到ABEI和金属离子Co²⁺双功能化水凝胶聚合物复合材料，其中Co²⁺与ABEI的摩尔比为1∶1，壳聚糖的质量分数是99.36重量％(材料13)。

根据上述测试方法(7)测定材料13的化学发光动力学曲线，结果如图12所示。

实施例14：制备金属离子Co²⁺和N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺双功能化水凝胶聚合物复合材料，其中Co²⁺与ABEI的摩尔比为1∶100，以双功能化水凝胶聚合物复合材料的总重量计，壳聚糖的质量分数是95.76重量％(材料14)。

根据实施例1中制备材料1的相同方法，不同之处在于，在步骤(i)中使用1mM的CoCl₂溶液代替10mM CoCl₂溶液，使用40mM的ABEI溶液代替4mM的ABEI溶液，得到材料14。根据上述测试方法(7)测定材料14的化学发光动力学曲线，结果如图14中曲线a所示。

实施例15：制备金属离子Co²⁺和N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺双功能化水凝胶聚合物复合材料，其中Co²⁺与ABEI的摩尔比为1∶1,000，以双功能化水凝胶聚合物复合材料的总重量计，壳聚糖的质量分数是95.76重量％(材料15)。

根据实施例1中制备材料1的相同方法，不同之处在于，在步骤(i)中使用0.1mM的CoCl₂溶液代替10mM CoCl₂溶液，使用40mM的ABEI溶液代替4mM的ABEI溶液，得到材料15。根据上述测试方法(7)测定材料15的化学发光动力学曲线，结果如图14中曲线b所示。

实施例16：制备金属离子Co²⁺和N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺双功能化水凝胶聚合物复合材料，其中Co²⁺与ABEI的摩尔比为1∶10,000，以双功能化水凝胶聚合物复合材料的总重量计，壳聚糖的质量分数是95.76重量％(材料16)。

根据实施例1中制备材料1的相同方法，不同之处在于，在步骤(i)中使用0.01mM的CoCl₂溶液代替10mM CoCl₂溶液，使用40mM的ABEI溶液代替4mM的ABEI溶液，得到材料16。根据上述测试方法(7)测定材料16的化学发光动力学曲线，结果如图14中曲线c所示。

实施例17：制备金属离子Co²⁺和N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺双功能化水凝胶聚合物复合材料，其中Co²⁺与ABEI的摩尔比为1∶100,000，以双功能化水凝胶聚合物复合材料的总重量计，壳聚糖的质量分数是95.76重量％(材料17)。

根据实施例1中制备材料1的相同方法，不同之处在于，在步骤(i)中使用0.001mM的CoCl₂溶液代替10mM CoCl₂溶液，得到材料17。根据上述测试方法(7)测定材料17的化学发光动力学曲线，结果如图14中曲线d所示。

实施例18：制备金属离子Co²⁺和N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺双功能化水凝胶聚合物复合材料，其中Co²⁺与ABEI的摩尔比为1∶1，以双功能化水凝胶聚合物复合材料的总重量计，壳聚糖的质量分数是60.00重量％(材料18)。

根据实施例1中制备材料1的相同方法，不同之处在于，在步骤(i)中壳聚糖加入的质量，使其质量分数为60.00重量％，得到材料18。该发光材料具有与材料1几乎完全相同的发光效果。

实施例19：制备金属离子Co²⁺和N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺双功能化水凝胶聚合物复合材料，其中Co²⁺与ABEI的摩尔比为1∶1，以双功能化水凝胶聚合物复合材料的总重量计，壳聚糖的质量分数是70.00重量％(材料19)。

根据实施例1中制备材料1的相同方法，不同之处在于，在步骤(i)中壳聚糖加入的质量，使其质量分数为70.00重量％，得到材料19。该发光材料具有与材料1几乎完全相同的发光效果。

比较例1：制备金属离子Co²⁺单功能化水凝胶聚合物复合材料(比较材料1)

根据实施例1中制备材料1的相同方法，不同之处在于，省去步骤(ii)，即仅实施步骤(i)，得到Co²⁺单功能化水凝胶聚合物复合材料(比较材料1)。根据上述测试方法(7)测定比较材料1的化学发光动力学曲线，并未观察到化学发光。

比较例2：制备N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺单功能化水凝胶聚合物复合材料(比较材料2)

本比较例的目的在于，考察金属离子Co²⁺对该N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺水凝胶复合物的催化作用。

根据实施例1中制备材料1的相同方法，不同之处在于，在步骤(i)中不加入CoCl₂溶液，而加入等体积的水，得到ABEI单功能化水凝胶聚合物复合材料(比较材料2)。根据上述测试方法(7)测定比较材料2的化学发光动力学曲线，结果如图4B)曲线b所示。

比较例3：制备N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺和金属离子Co²⁺的混合溶液(比较材料3)

在本比较例的体系中，N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺与金属离子Co²⁺仅相互混合，没有存在于水凝胶聚合物内。本比较例的目的在于，考察水凝胶聚合物基底对于化学发光持续性的影响。

向上述特定的碱性溶液中加入与实施例1相同量的CoCl₂溶液和N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺溶液，混合均匀后，得到比较材料3。根据上述测试方法(7)测定比较材料3的化学发光动力学曲线，结果如图4E)中曲线h所示。

比较例4：制备金属离子Co²⁺和N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺双功能化水凝胶聚合物复合材料，其中Co²⁺与ABEI的摩尔比为1∶1，以双功能化水凝胶聚合物复合材料的总重量计，壳聚糖的质量分数是50.00重量％(比较材料4)

根据实施例1中制备材料1的相同方法，不同之处在于，在步骤(i)中壳聚糖加入的质量，使其质量分数为50.00重量％，得到比较材料4。根据上述测试方法(7)测定比较材料4的化学发光动力学曲线，不能形成水凝胶，而是得到絮状液体悬浮材料。

比较例5：制备金属离子Co²⁺和N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺双功能化水凝胶聚合物复合材料，其中Co²⁺与ABEI的摩尔比为1∶1，以双功能化水凝胶聚合物复合材料的总重量计，壳聚糖的质量分数是99.85重量％(比较材料5)

根据实施例1中制备材料1的相同方法，不同之处在于，在步骤(i)中壳聚糖加入的质量，使其质量分数为99.85重量％，得到比较材料5。根据上述测试方法(7)测定比较材料5的化学发光动力学曲线，发现该材料不能够持续发光，结果如图13A)所示。

比较例6：制备金属离子Co²⁺和N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺双功能化水凝胶聚合物复合材料，其中Co²⁺与ABEI的摩尔比为5.5∶1，以双功能化水凝胶聚合物复合材料的总重量计，壳聚糖的质量分数是99.05重量％(比较材料6)

根据实施例1中制备材料1的相同方法，不同之处在于，在步骤(i)中使用55mM的CoCl₂溶液代替10mM CoCl₂溶液，得到比较材料6。根据上述测试方法(7)测定比较材料6的化学发光动力学曲线，不能够持续发光，结果如图13B)所示。

图1是材料1的扫描电镜照片。从图1中可以看出，材料1是均一的多孔海绵状结构，这些微米甚至纳米的孔洞可以有效富集发光试剂和发光增强剂，并实现这些物质的缓释，因而该复合材料具有高强度且持续的化学发光特性。

图2A)是材料1流变性能测试结果。从频率扫描的结果可以看出，当频率在0.1Hz-10Hz范围内，储能模量G’和损耗模量G”会随着频率的增加而增加。且储能模量G’的数值在此频率范围内始终大于损耗模量G”，这可以证明材料1是凝胶。图2B)是将装有材料1的瓶子倒置时的实物图，可见材料1没有流动，进一步证明材料1的凝胶性质。

图3是材料1的化学发光光谱。由图3可以看出，材料1(曲线b)的最大发射波长在450nm左右，与单独的N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺溶液(曲线a)的最大发射波长相近。证明材料1中含有N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺，且化学发光来源于N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺。此外，通过测试方式(2)所述的电感耦合等离子体原子发射测得材料1中Co²⁺的含量为13.21μg/g，证明材料1中含有金属离子Co²⁺。以上表征数据表明，成功合成了含有金属离子Co²⁺和N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺的双功能化水凝胶聚合物复合材料，即得到本发明的双功能化壳聚糖水凝胶聚合物复合材料。

化学发光性能

图4A)是材料1(曲线a)的化学发光动力学曲线。图4B)分别是比较材料2(曲线b)、材料2(曲线c)、材料3(曲线d)和材料4(曲线e)的化学发光动力学曲线。图4C)和4D)分别是材料9(曲线f)和材料10(曲线g)的化学发光动力学曲线。图4E)是比较材料3(曲线h)的化学发光动力学曲线。对比曲线a与b可以看出，材料1具有卓越的化学发光性能，其相比于ABEI单功能化水凝胶聚合物复合材料(比较材料2)化学发光强度至少提高40倍。这是归功于金属离子Co²⁺对N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺发光体系良好的催化效果。从曲线h可以看出，没有壳聚糖的情况下，发强光后立即衰减，在经过70分钟的化学反应后，对比材料3(即ABEI与Co²⁺的混合物)的发光已经几乎降为0。与本发明的材料14-17相比可以看出(如下表1所示)，本发明的水凝胶聚合物复合材料能够实现高强度且持续性发光，材料14-17的化学发光强度保持在最初发光强度的90％范围内的发光可以持续22.3-56.4小时，而化学发光强度保持在最初发光强度的50％范围内的发光甚至可以持续28.6-75.0小时。由此可以看出，本发明的水凝胶材料实现了将原先ABEI的“闪光型”发光转变为新型的“平台型”发光。本发明的双功能化复合材料展现出优异的高强度且持续性发光，极大地延长了发光时间，该持续性高强度发光应归功于壳聚糖水凝胶的特殊多孔隙结构的缓释功能。从实验结果可以得知，本发明的材料1有明显的持续高强度发光的效果，是一种新型的优异的发光光源材料。

表1.材料14-17的高强度发光持续性

注：材料14-17中，以复合材料的总重量计，壳聚糖的重量百分数均为95.76重量％。

从图4B)中的曲线c、d和e可以看出，分别含金属离子Ni²⁺、Fe³⁺、Fe²⁺的双功能化水凝胶聚合物复合材料也都具有高强度且持续的化学发光特性，并且这些材料的化学发光强度均高于ABEI单功能化水凝胶聚合物复合材料。该特性应归功于各配位金属离子对N-(4-氨基丁基)-N-乙基异鲁米诺发光体系良好的催化效果以及壳聚糖水凝胶的缓释作用。

此外，从图4C)中的曲线f和图4D)中的曲线g可以看出，分别含鲁米诺和异鲁米诺的双功能化水凝胶聚合物复合材料也都具有高强度且持续的化学发光特性。

发明人还采用数码相机拍摄和化学发光显微成像技术对材料1的发光强度和持续性进行了监测，结果分别见图5和图6。

图5是材料1在不同的时间用数码相机记录的发光情况。如图所示，其中的左右两个烧杯分别表示氧化剂和材料在不同混合状态下的图示，图中左侧烧杯里显示为在材料中直接加入氧化剂(H₂O₂)溶液无任何搅拌条件下的发光图的情况，可以很好的显示出两者反应的过程。照片结果显示，发光首先在氧化剂H₂O₂溶液和凝胶材料的界面处发光(见1分钟图)，且界面处的发光层厚度不断增加(见15分钟图)，这是由于水凝胶对小分子的缓释作用，通式(I)的化合物的发光片段从水凝胶聚合物复合材料中释放出来所致。又由于H₂O₂水溶液对壳聚糖水凝胶的降解作用，通式(I)的化合物的发光片段从水凝胶聚合物复合材料中进一步释放，质量较小的壳聚糖降解碎片(含通式(I)的化合物)被氧化剂H₂O₂分解产生的氧气带到H₂O₂溶液的上部(见25分钟图，记录下此现象)，而其中质量较大的碎片(含通式(I)的化合物)则沉在水凝胶聚合物复合材料的底部，所以氧化剂溶液相的顶部和凝胶相底部都显现出化学发光(见120分钟图)。水凝胶的降解物在体系中上下浮动(见图5中所示，顶部和底部发光层逐渐增厚)，使未反应的通式(I)的化合物与氧化剂进一步接触反应，产生新的发光。这样随着化学发光反应不断进行，产生持续稳定的化学发光。右侧烧杯为材料加入氧化剂(H₂O₂)溶液进过震荡混匀后的发光图，可以看到开始一段时间有很强的可见光，且发光强度随时间的增加会有一定的降低，但3h后仍有较强的可见光。可以看出，当作为发光材料使用时，材料与氧化剂混合方式不影响材料的使用。且仅取2ml的材料就有以上的发光效果，可以看出此材料具有良好的发光强度与持续性发光的特点，是制备新型发光光源的优异材料。

图6是显微镜下材料1的化学发光图，可以看到微观下该材料的形貌与化学发光过程。在明场中A)，材料1由反应前胶态透明状，B)为材料反应一段时间后，变为沉淀状不透明，进一步证明了上述材料1通过缓释作用和H₂O₂对壳聚糖的降解作用达到持续稳定发光的推测。而在暗场中C)，可以看到，随着化学发光反应的进行，有气泡产生，并拍摄了发光由暗变亮在变暗的过程，证明材料发光的持续性。由于材料1发光强度高且具有持续发光的特点，它可以作为发光标记物通过显微成像，用于物质的分析测定。

实验还发现，材料1的发光具有可控性，加入适量的体积，即可实现所需的长时间稳定的发光，是制备发光光源的良好材料。

图7是具有不同的Co²⁺与ABEI的摩尔比的双功能化水凝胶聚合物复合材料的化学发光动力学曲线，曲线a-f分别对应于对比材料2、本发明的材料5、6、1、7和8。可以看出，不同的Co²⁺与ABEI的摩尔比对化学发光强度与发光持续稳定性的影响。随着Co²⁺与ABEI的摩尔比增加，化学发光强度增加，但到达一定程度后，发光的持续性有所降低。因此，只有合适的Co²⁺与ABEI的摩尔比范围内，才可得到高强度且持续发光的复合材料。

此外，发明人还发现氧化剂的量对本发明的复合材料的化学发光强度与持续性也存在一定的影响。将材料1中加入不同浓度的H₂O₂(0.1mM-1000mM)溶液，并进行化学发光的检测，结果如图8所示，加入上述不同浓度的H₂O₂溶液分别对应曲线a，b，c，d，e。可以发现，随H₂O₂的浓度的增大，化学发光的强度和持续性都相应增加。但当H₂O₂的浓度增至1000mM时(曲线e)，发光强度略有降低，且发光持续稳定性也降低，这可能是H₂O₂浓度过大内产生过多的气泡所致。

本发明的发明人还发现，本发明的材料1在较宽范围的pH值条件下都可以产生化学发光，如图9所示，本发明的材料1在pH 7.0-13.0区间具有很好的发光特性。特别地，本发明的材料1在生理环境(pH 7.0-7.96)区间仍具有优异的发光性能。这使得本发明的材料1能够用于各种生物相关的检测，大大拓展了鲁米诺及其类似物体系的化学发光应用范围。

发明人还发现不同壳聚糖的质量分数对最终的复合材料的流变性能有一定的影响。以复合材料的总重量计，当壳聚糖的质量分数低于60重量％时，复合材料的发光持续性不够持久，而壳聚糖的质量分数大于99.83重量％时，会出现一个瞬时较强光，后缓慢下降(如图13A所示)。此外，Co²⁺离子的含量对于壳聚糖成胶也有一定的影响，当壳聚糖质量保持不变的情况下，Co²⁺离子含量过高将不利于壳聚糖成胶(如图13B所示)。因此，只有当Co²⁺离子，化学发光分子以及壳聚糖三者相对含量在一定的范围内，才可得到高强度且持续发光的复合材料。

图11和12是分别采用其他实施方式的制备方法所制得的双功能化水凝胶聚合物复合材料(分别对应于材料12和13)的化学发光动力学曲线。可以看出，这两种方法均可以制备获得具有高强度且持续的复合材料。

尽管本发明的具体实施方式已经得到详细的描述，本领域技术人员将会理解。根据已经公开的所有教导，可以对那些细节进行各种修改和替换，这些改变均在本发明的保护范围之内。本发明的全部范围由所附权利要求及其任何等同物给出。