一种2-氨基苯并咪唑假模板分子印迹荧光传感材料的制备方法及其应用与流程

本发明属于光学传感材料及分子印迹技术领域，具体涉及2-氨基苯并咪唑假模板分子印迹荧光传感材料的制备方法及其应用。

背景技术：

杂环胺(heterocyclicaromaticamines，haas)是一类由碳、氮、氢原子组成的，具有多环结构的芳香族化合物,大多数的杂环胺含有两个以上的芳香环，环上至少有一个n原子，环外均连有一个-nh2，根据其形成的机制可分为氨基咪唑氮类杂环胺分子(aias)和氨基咔啉类杂环胺分子(acs)。在100-300℃下形成的为aias，是由游离氨基酸、肌酸和己糖等前体物经复杂的美拉德反应形成的，主要包括iq、iqx、meiq、meiqx、4,8-dimeiqx、phip等，其在普通的烹饪条件下就会产生且致病能力较强。当热处理温度高于300℃时，蛋白质和单个氨基酸发生热解形成acs，其致病性不及aias，主要包括aac、meaac、harman、norharman、trp-p-1、glu-p-l等。

杂环胺在食品中存在痕量，有致突变活性及潜在致癌性；在未加热的食品中无法检测到，一般来说是通过加热形成的，其主要成因取决于烹饪温度、加热条件和热处理时间。目前常用的检测方法主要有以下几类：高效液相色谱(hplc)与紫外检测器(uv)、荧光检测器(fld)、二极管阵列检测器(dad)等结合进行检测；液相色谱-质谱法(lc-ms)和液相色谱-串联质谱法(lc-ms/ms)；气相色谱法(gc)及气相色谱-质谱法(gc-ms)；毛细管电泳法(ce)；液相色谱-电化学法(lc-ecd)；酶联免疫法(elisa)。

分子印迹聚合物(molecularlyimprintedpolymer,mip)的设计理念来源于免疫学，仿照抗原-抗体特异性结合的原理，在模板分子(印迹分子)存在下，通过共价或非共价相互作用，功能单体与模板分子之间形成络合物，然后由交联剂和溶剂(致孔剂)进一步稳定、交联而聚合成的。除去模板分子后，会在高度交联的聚合物中形成与模板分子在形状、大小、空间排列上相匹配的识别空穴。分子印迹聚合物具有高亲和力及选择性，与天然的抗体相似，可用来代替抗体；其稳定性强，明显优于天然生物分子；mip的制备操作简便，相较抗体的生产速度快得多；其易于适应特定分析和传感器的实际应用。

杂环胺有致突变活性及潜在的致癌性，食品的热加工过程中会导致其产生并对人体产生危害。目前对于杂环胺的检测多依赖于大型的串联质谱设备，此类方法对于样品的前处理复杂，分析时间较长。此外，由于杂环胺标准品种类繁多，造价昂贵，不能满足分子印迹聚合物在合成过程中模板分子使用量的需求；同时，为满足对致病性强的氨基咪唑氮类杂环胺分子(aias)进行同时分析检测，因而选择与此类物质结构相似的假模板分子进行材料的合成，研发快捷，灵敏度好，能够高选择性、高灵敏的检测氨基咪唑氮类杂环胺分子(aias)的方法，为杂环胺的检测提供新的思路。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于检测氨基咪唑氮类杂环胺分子(aias)的cdse/zns量子点-分子印迹荧光传感材料及其制备方法和应用。

本发明是通过以下技术方案实现的：

用于检测氨基咪唑氮类杂环胺分子(aias)的cdse/zns量子点-分子印迹荧光传感材料，采用与氨基咪唑氮类杂环胺分子(aias)结构相似的2-氨基苯并咪唑为假模板分子，以cdse/zns量子点为荧光探针，3-氨丙基三乙氧基硅烷为功能单体、四乙氧基硅烷为交联剂、氨水为催化剂、无水乙醇为溶剂，使用溶胶-凝胶法在量子点表面合成分子印迹聚合物。将聚合物的假模板分子2-氨基苯并咪唑洗脱后，分子印迹聚合物上留有与其结构相匹配的识别空穴及结合位点，当使用与假模板结构类似的氨基咪唑氮类杂环胺分子(aias)进行吸附时，由于两者的结构相似，杂环胺分子可靠近聚合物的空穴，并与识别位点有一定程度的结合，从而对量子点的荧光强度产生影响，可用来检测杂环胺。

本发明所述荧光传感材料的识别能力及荧光响应受下列条件的影响：分子印迹聚合物的假模板分子、功能单体与交联剂的之间比例，cdse/zns量子点的添加量。因此本发明对以上条件进行优化筛选，以使制备得到的荧光传感材料的检测效果达到最佳。

用于检测氨基咪唑氮类杂环胺分子(aias)的cdse/zns量子点-分子印迹荧光传感材料的制备，包括如下步骤：

(1)cdse/zns量子点-分子印迹荧光传感材料的制备：

将假模板分子2-氨基苯并咪唑0.133g、功能单体3-氨丙基三乙氧基硅烷(aptes)941μl，cdse/zns量子点(油溶性，浓度为8μm)、交联剂四乙氧基硅烷(teos)、氨水100μl溶于10.0ml无水乙醇中，氮气脱气15min后，于600rpm搅拌下避光聚合反应24h。其中，teos加入915～1831μl，cdse/zns量子点注入60～150μl，即得到cdse/zns量子点-分子印迹荧光传感材料；氨水作为催化剂。aptes是一种化学物质，分子式是h2nch2ch2ch2si(oc2h5)3，沸点217℃，相对密度(ρ25℃)：0.946,折射率1.420，浅黄色液体，吸入有毒。aptes易水解，放出乙醇，生成相应的硅醇缩合物。分子中的c-nh2键内氨基可与酸、羧酸酯、醛、酮、卤代烃、酰胺和腈等进行反应。

(2)假模板分子2-氨基苯并咪唑的去除：

用50％(v/v)的乙醇-超纯水溶液，超声辅助洗脱去除假模板分子，直至检测不出2-氨基苯并咪唑为止，60℃下真空干燥。

优选的，步骤(1)中cdse/zns量子点为油溶性，浓度为8μm，最佳添加量为100μl，teos的最佳添加量为1372μl。

本发明还提供一种上述荧光传感材料的应用，用于检测待测样品中氨基咪唑氮类杂环胺分子(aias)的定量检测。具体步骤为：

将所述的荧光传感材料1.0mg，置于3.0ml含有氨基咪唑氮类杂环胺标准品(0.5～20.0μg/l)的无水乙醇溶液中，吸附反应15～120min后置于荧光比色皿中，于280nm激发波长下测定材料的荧光强度，根据荧光淬灭方程的计算，可对检测物质进行定量。

优选的，所述荧光传感材料吸附标准品氨基咪唑氮类杂环胺分子(aias)的反应时间最佳为60min。

本发明的有益效果是：

本发明的用于检测氨基咪唑氮类杂环胺分子(aias)的cdse/zns量子点-分子印迹荧光传感材料，使用与氨基咪唑氮类杂环胺分子(aias)结构类似的2-氨基苯并咪唑作为合成聚合物的假模板分子，由于杂环胺分子具有致突变活性和致癌性，易引起安全问题；其次，杂环胺分子标准品的价格昂贵，而合成材料时需要大量的模板分子；此外，分子印迹聚合物在制备过程中模板分子会形成高度的交联，导致洗脱时难以完全清除，造成模板分子的泄漏，影响实际样品检测结果的真实性，因此选用假模板分子替代氨基咪唑氮类杂环胺分子(aias)用作合成cdse/zns量子点-分子印迹荧光传感材料的模板分子。当假模板分子洗脱后，使用氨基咪唑氮类杂环胺分子(aias)吸附时，可与材料中分子印迹聚合物上的特异性识别位点结合，从而淬灭cdse/zns量子点的荧光，因此可用来检测氨基咪唑氮类杂环胺分子(aias)，以达到对食品中氨基咪唑氮类杂环胺分子(aias)的快速定量检测的目的，其检出限为0.25μg/l。

附图说明

图1为cdse/zns量子点-分子印迹荧光传感材料的制备流程图。

图2为假模板分子2-氨基苯并咪唑(a)，cdse/zns@mip(b)及cdse/zns@nip(c)的红外光谱图。

图3为cdse/zns@mip(a)和cdse/zns@nip(b)的扫描电镜图。

图4为cdse/zns@mip和cdse/zns@nip的吸附动力学曲线。

图5为cdse/zns@mip(a)以及cdse/zns@nip(b)对不同浓度氨基咪唑氮类杂环胺分子(4,8-dimeiqx)的荧光响应曲线。

图6为2-氨基苯并咪唑与iq、iqx、meiq、meiqx、4,8-dimeiqx、7,8-dimeiqx、trimeiqx,phip、harman、norharman的化学结构示意图。

图7为cdse/zns@mip和cdse/zns@nip对iq、iqx、meiq、meiqx、4,8-dimeiqx、7,8-dimeiqx、trimeiqx、phip、harman及norharman的选择性实验。

具体实施方式

下面结合实例对本发明作进一步说明。

下列实施例中使用的试剂均可从商业渠道购买得到，cdse/zns量子点为油溶性、浓度为8μm，2-氨基苯并咪唑的质量分数为97％，3-氨丙基三乙氧基硅烷(aptes)质量浓度为98％，四乙氧基硅烷(teos)质量浓度为98％。

实施例1

本发明提供一种用于检测氨基咪唑氮类杂环胺分子(aias)的cdse/zns量子点-分子印迹荧光传感材料的制备方法及应用，具体制备路线如下：

(1)氨基咪唑氮类杂环胺分子(aias)的cdse/zns量子点-分子印迹荧光传感材料的制备：将假模板分子2-氨基苯并咪唑0.133g、功能单体3-氨丙基三乙氧基硅烷(aptes)941μl，cdse/zns量子点(油溶性，浓度为8μm)100μl、交联剂四乙氧基硅烷(teos)1372μl、氨水100μl溶于10.0ml无水乙醇中，氮气脱气15min后，于600rpm搅拌下避光聚合反应24h。假模板分子2-氨基苯并咪唑：aptes：teos(摩尔比)＝1:4:6，即得到cdse/zns量子点-分子印迹荧光传感材料(cdse/zns@mip)；

(2)假模板分子2-氨基苯并咪唑的去除：用50％(v/v)的乙醇-超纯水溶液，超声辅助洗脱去除模板分子，直至检测不出2-氨基苯并咪唑为止，60℃下真空干燥。

实施例2

本发明提供一种用于检测氨基咪唑氮类杂环胺分子(aias)的cdse/zns量子点-分子印迹荧光传感材料的制备方法及应用，具体制备路线如下：

(1)氨基咪唑氮类杂环胺分子(aias)的cdse/zns量子点-分子印迹荧光传感材料的制备：将假模板分子2-氨基苯并咪唑0.133g、功能单体3-氨丙基三乙氧基硅烷(aptes)941μl，cdse/zns量子点(油溶性，浓度为8μm)100μl、交联剂四乙氧基硅烷(teos)915μl、氨水100μl溶于10.0ml无水乙醇中，氮气脱气15min后，于600rpm搅拌下避光聚合反应24h。假模板分子2-氨基苯并咪唑：aptes：teos(摩尔比)＝1:4:4，即得到cdse/zns量子点-分子印迹荧光传感材料(cdse/zns@mip)；

(2)假模板分子2-氨基苯并咪唑的去除：用50％(v/v)的乙醇-超纯水溶液，超声辅助洗脱去除模板分子，直至检测不出2-氨基苯并咪唑为止，60℃下真空干燥。

实施例3

本发明提供一种用于检测氨基咪唑氮类杂环胺分子(aias)的cdse/zns量子点-分子印迹荧光传感材料的制备方法及应用，具体制备路线如下：

(1)氨基咪唑氮类杂环胺分子(aias)的cdse/zns量子点-分子印迹荧光传感材料的制备：将假模板分子2-氨基苯并咪唑0.133g、功能单体3-氨丙基三乙氧基硅烷(aptes)941μl，cdse/zns量子点(油溶性，浓度为8μm)100μl、交联剂四乙氧基硅烷(teos)1831μl、氨水100μl溶于10.0ml无水乙醇中，氮气脱气15min后，于600rpm搅拌下避光聚合反应24h。假模板分子2-氨基苯并咪唑：aptes：teos(摩尔比)＝1:4:8，即得到cdse/zns量子点-分子印迹荧光传感材料(cdse/zns@mip)；

(2)假模板分子2-氨基苯并咪唑的去除：用50％(v/v)的乙醇-超纯水溶液，超声辅助洗脱去除模板分子，直至检测不出2-氨基苯并咪唑为止，60℃下真空干燥。

按照上述方法，不加假模板分子2-氨基苯并咪唑分别制备本发明对应的非印迹荧光传感材料(cdse/zns@nip)。

聚合体系中假模板分子、功能单体与交联剂的摩尔比例优化如表1所示。固定体系中其他加入量及反应条件不变，改变上述三者的比例分别为1:4:4、1:4:6、1:4:8，对合成的印迹及非印迹材料的荧光响应进行测定(f0/f)，得出印迹因子(if)。由表得出，当假模板分子2-氨基苯并咪唑：aptes：teos(摩尔比)＝1:4:6时印迹因子if最大，为3.24。三者摩尔比1:4:4时，假模板分子2-氨基苯并咪唑添加0.133g、3-氨丙基三乙氧基硅烷(aptes)941μl、四乙氧基硅烷(teos)添加915μl；三者摩尔比1:4:6时，假模板分子2-氨基苯并咪唑添加0.133g、3-氨丙基三乙氧基硅烷(aptes)941μl、四乙氧基硅烷(teos)添加1372μl；三者摩尔比1:4:8时，假模板分子2-氨基苯并咪唑添加0.133g、3-氨丙基三乙氧基硅烷(aptes)941μl、四乙氧基硅烷(teos)添加1831μl。

表1假模板分子、功能单体和交联剂摩尔比例优化

实施例4

一种用于检测氨基咪唑氮类杂环胺分子(aias)的cdse/zns量子点-分子印迹荧光传感材料的制备方法及应用，具体制备路线如下：

(1)氨基咪唑氮类杂环胺分子(aias)的cdse/zns量子点-分子印迹荧光传感材料的制备：将假模板分子2-氨基苯并咪唑0.133g、功能单体3-氨丙基三乙氧基硅烷(aptes)941μl，cdse/zns量子点(油溶性，浓度为8μm)60μl、交联剂四乙氧基硅烷(teos)1372μl、氨水100μl溶于10.0ml无水乙醇中，氮气脱气15min后，于600rpm搅拌下避光聚合反应24h。假模板分子2-氨基苯并咪唑：aptes：teos(摩尔比)＝1:4:6，即得到cdse/zns量子点-分子印迹荧光传感材料(cdse/zns@mip)；

(2)假模板分子2-氨基苯并咪唑的去除：用50％(v/v)的乙醇-超纯水溶液，超声辅助洗脱去除模板分子，直至检测不出2-氨基苯并咪唑为止，60℃下真空干燥。

实施例5

一种用于检测氨基咪唑氮类杂环胺分子(aias)的cdse/zns量子点-分子印迹荧光传感材料的制备方法及应用，具体制备路线如下：

(1)氨基咪唑氮类杂环胺分子(aias)的cdse/zns量子点-分子印迹荧光传感材料的制备：将假模板分子2-氨基苯并咪唑0.133g、功能单体3-氨丙基三乙氧基硅烷(aptes)941μl，cdse/zns量子点(油溶性，浓度为8μm)150μl、交联剂四乙氧基硅烷(teos)1372μl、氨水100μl溶于10.0ml无水乙醇中，氮气脱气15min后，于600rpm搅拌下避光聚合反应24h。假模板分子2-氨基苯并咪唑：aptes：teos(摩尔比)＝1:4:6，即得到cdse/zns量子点-分子印迹荧光传感材料(cdse/zns@mip)；

(2)假模板分子2-氨基苯并咪唑的去除：用50％(v/v)的乙醇-超纯水溶液，超声辅助洗脱去除模板分子，直至检测不出2-氨基苯并咪唑为止，60℃下真空干燥。

聚合体系中cdse/zns量子点的添加量优化如表2所示。使体系中其他加入量及反应条件不变，改变cdse/zns量子点的加入量，对合成的印迹及非印迹材料的荧光响应进行测定(f0/f)，得出印迹因子(if)。由表得出，cdse/zns量子点的加入量为100μl时，此时的印迹因子if最大，为6.15。

表2cdse/zns量子点添加量的优化

图1显示了用于检测氨基咪唑氮类杂环胺分子(aias)的cdse/zns量子点-分子印迹荧光传感材料的制备流程。

为对本发明制备的荧光传感材料的结构进行分析，分别对材料进行了傅立叶红外光谱表征和扫描电子显微镜表征。

图2为假模板分子2-氨基苯并咪唑，cdse/zns@mip及cdse/zns@nip的傅立叶红外光谱图。图线(2a)中，1661cm^-1和1562cm^-1处的吸收峰为苯环的骨架伸缩振动，731cm^-1的吸收峰证明了苯环上有邻二取代，1452cm^-1为咪唑环的伸缩振动峰；图线(2c)中，1057cm^-1的吸收峰为si-o-si的不对称伸缩，791cm^-1和457cm^-1两处的特征峰为si-o的振动峰，上述特征吸收峰表明了si-o-si结构的形成；1641cm^-1的吸收峰为酰胺键中羰基的振动峰，1545cm^-1为酰胺键的c-n伸缩振动峰以及n-h的弯曲振动峰。同时，图2中b和c的特征峰基本保持一致，表明cdse/zns@mip和cdse/zns@nip的结构组成相似。

使用扫描电子显微镜分别对cdse/zns@mip及cdse/zns@nip进行形貌的表征观察，结果如图3所示。图中a为cdse/zns@mip，b为cdse/zns@nip，可看出制备的材料表面相对光滑，呈微球状。

为对本发明制备的荧光传感材料的吸附性能进行评价，分别对材料进行了吸附动力学实验、平衡吸附结合实验以及吸附选择性实验。

图4所示为cdse/zns量子点-分子印迹荧光传感材料的吸附动力学实验结果。cdse/zns@mip对氨基咪唑氮类杂环胺标准品(4,8-dimeiqx,10.0μgl^-1)的荧光响应明显高于cdse/zns@nip的；在60min时，印迹聚合物达到吸附平衡，而非印迹聚合物则需在约85min时才可平衡。这是由于印迹聚合物具有特异性的空穴及识别位点，因此对目标物有较高的吸附量和较强的荧光响应，使传质速率加快，能够在较短的时间内达到吸附平衡。

cdse/zns量子点-分子印迹荧光传感材料的平衡吸附结合实验是通过向1.0mg材料中添加不同浓度的氨基咪唑氮类杂环胺标准品(4,8-dimeiqx,0.5-20.0μgl^-1)，吸附结合后测定材料的荧光强度。图5a和b分别表示了材料cdse/zns@mip、cdse/zns@nip的平衡吸附结合曲线及标准曲线。由图得出，随着目标物浓度的升高，cdse/zns量子点的荧光逐渐被淬灭，印迹和非印迹聚合物的荧光强度逐渐下降。此外，cdse/zns@mip作为荧光传感材料重复吸附测定五次氨基咪唑氮类杂环胺标准品(4,8-dimeiqx，10μgl^-1)的相对标准偏差(rsd)，即精密度为2.41％。对于非印迹聚合物cdse/zns@nip，其荧光淬灭程度远小于印迹聚合物的，这是由于合成非印迹聚合物时未添加假模板分子2-氨基苯并咪唑，形成的空穴无定型结构，无法与目标分子相对应的吸附结合，因而cdse/zns@nip的吸附量降低，相应地，cdse/zns量子点的荧光淬灭程度减少，线性结果不佳。由荧光淬灭方程，f0/f＝ksvc+1，根据上述方程，在本发明中，f0表示分子印迹聚合物在未吸附氨基咪唑氮类杂环胺分子(4,8-dimeiqx)时的荧光强度，f表示聚合物在吸附结合杂环胺分子后的荧光强度；ksv为荧光淬灭常数，使用分子印迹聚合物的印迹因子(if)来表示，即用来评价聚合物的吸附性能；c表示目标物氨基咪唑氮类杂环胺标准品的浓度(4,8-dimeiqx,0.5-20.0μgl^-1)。当氨基咪唑氮类杂环胺分子浓度为0.5-20.0μgl^-1时，印迹聚合物cdse/zns@mip的荧光淬灭方程为f0/f＝0.0443c+1.0613，相关系数为0.9968。

在洗脱假模板分子后，为评价本发明荧光传感材料中的空穴能否选择性的识别并吸附氨基咪唑氮类杂环胺分子(aias)，因此选用几种aias(iq,iqx,meiq,meiqx,4,8-dimeiqx,7,8-dimeiqx,trimeiqx,phip)以及两种氨基咔啉类杂环胺分子(acs)(harman,norharman)，分别测定cdse/zns@mip和cdse/zns@nip在吸附上述杂环胺标准品后的荧光变化情况，以考察聚合物的选择性。假模板分子2-氨基苯并咪唑与所吸附的几种杂环胺分子的结构于图6中示出。图7为材料的吸附选择性实验结果，由图得出，由于iq、meiqx、4,8-dimeiqx等结构与假模板分子相近，因而印迹聚合物对这几种氨基咪唑氮类杂环胺分子(aias)的选择性基本相似；反之，harman和norharman的结构与假模板分子的相似度较低，因而聚合物对其选择性较差。综上表明，cdse/zns@mip对氨基咪唑氮类杂环胺分子(aias)的选择性良好，而对氨基咔啉类杂环胺分子(acs)的选择性不佳。

cdse/zns量子点-分子印迹荧光传感材料用于检测实际食品样品，选用牛肉松和烤鱼片为实际样品，进行加标回收实验。具体操作步骤为：分别取食品样品1.0g置于50ml离心管中，加入氨基咪唑氮类杂环胺标准品4,8-dimeiqx，使加标浓度为5、10、20μgl^-1，于3000r/min涡旋5min后静置过夜。然后加入5.0ml乙酸乙酯和0.5ml氨水，3000r/min涡旋5min后，于10000r/min离心5min，取上清液留用；再次加入3.0ml乙酸乙酯进行提取，将两次的上清液合并后，于50℃下用氮气吹干溶剂。在使用3.0ml无水乙醇复溶后，加入1.0mgcdse/zns@mip振荡吸附60min，测定荧光淬灭效果。结果如表3所示，使用本发明所制备的cdse/zns@mip进行实际样品的检测，添加的杂环胺标品(4,8-dimeiqx)浓度为5、10、20μgkg^-1，检测得到的样品回收率在82.8-110.8％，相对标准偏差(rsd)在1.4-5.5％。

表3cdse/zns量子点-分子印迹材料检测实际样品中杂环胺的加标回收率

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据本发明内容作出的非本质的改进和调整仍属本发明的保护范围。