采用硅纳米粒子包覆在电极上固定化金属铱配合物的方法

采用硅纳米粒子包覆在电极上固定化金属铱配合物的方法
【专利摘要】本发明涉及一种采用硅纳米粒子包覆在电极上固定化金属铱配合物的方法，属于电致化学发光检测领域。旨在将水不溶性的金属铱配合物固定化在电极表面，从而实现直接用检测共反应物的目的。采用正向微乳液法制备了负载油溶性金属铱配合物二(2-苯基喹啉)(乙酰丙酮)合铱((pq)2Ir(acac))的有机硅纳米颗粒。微乳体系是双(2-乙基己基)琥珀酸酯磺酸钠(AOT)/正丁醇(n-BuOH)/水，在微乳体系中加入(pq)2Ir(acac)的溶液，然后加入有机硅单体，最后加入碱作为催化剂，合成负载金属铱配合物的有机硅纳米颗粒。扫描电镜显示合成的有机硅纳米颗粒呈单分散球性，荧光光谱表明有机硅纳米颗粒负载的金属铱配合物荧光性质没有发生改变。将合成的硅纳米颗粒滴涂到玻碳电极表面制备了固相电致化学发光电极。该电极对典型共反应物二(2-丁基)乙醇胺(DBAE)具有很高的灵敏性和测定重现性。
【专利说明】采用硅纳米粒子包覆在电极上固定化金属铱配合物的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及负载金属铱配合物的有机硅纳米颗粒的合成及其修饰电极-固相电致化学发光电极的研制，该修饰电极可以用于多种有机胺类物质的快速检测。
【背景技术】
[0002]电致化学发光(Electrochemiluminescence or ECL)主要是通过电化学手段，利用待测体系中的某些化合物在电化学反应中生成不稳定的电子激发中间态，当激发态的该物质跃迁回基态时产生光辐射。这种电化学反应产生的光辐射强度可以被用以确定物质含量。由于ECL是利用电解技术在电极表面产生某些氧化还原物质而导致的化学发光，所以该方法具有装置简单、重现性好、可进行原位(in situ)检测以及高灵敏度和高选择性等特点，可广泛应用于多种物质的检测。
[0003]联吡啶钌[Ru(bpy)32+]由于具有水溶性好，化学性能稳定，氧化还原可逆，发光效率高和可电化学再生等特点而广泛应用于ECL的研究中[I]。但是很多情况下联吡啶钌的发光体系是在水溶液中进行的，由于昂贵的Ru (bpy)32+试剂被大量消耗，导致较高的分析成本，从而限制了 Ru(bpy)32+电致化学发光的应用。由于联吡啶钌在电极表面的反应是可逆的[2]，为此人们提出利用电极修饰方法，将Ru (bpy) 32+固定在电极上，减少试剂的消耗，制成可重复使用的电致化学发光传感器。目前文献上报道对Ru (bpy) 32+及其衍生物的固定化方法已经有很多，如Bard等人首先报道了用Langmuir-Blodgett技术固定在固体电极表面单分子层联批唳钌衍生物的ECL[3,4],但用Langmuir-Blodgett技术形成的单分子层仅仅是物理吸附于电极表面，被固定的ECL膜有时候会很不稳定，很容易被有机溶剂所破坏，使得利Langmuir-Blodgett固定技术所获得的固相膜的使用寿命受到一定的限制；Bard等人还报道了用自组装技术固定在固体电极表面单分子层联吡啶钌衍生物的ECL[5]，但自组装膜较容易从电极表面脱落；Rubinstein, Bard将联卩比唳钌固定在Nafion膜中，但是电化学稳定性不好；溶胶-凝胶法(sol-gel method)是湿化学材料制备的新兴方法，但效果都不是特别理想，因此需要寻找新的发光试剂以及固定化方法来发展更稳定而灵敏的电化学发光传感器。近年来，常用作有机发光材料的铱配合物由于高的光致发光效率、宽的发射波长和稳定的氧化还原性质等特点，在电致化学发光领域已有相当多的研究[6-11]。在非水环境，有些铱配合物的电致化学发光效率高于三联吡啶钌(II (Ru (bpy) 32+)。其中二(1-苯基喹啉)(乙酰丙酮)合铱(III) (pq)2Ir (acac)具有更高的发光效率，Jin-Kyu Lee[10]报道(Pq)2IHacac)/三正丙基胺(TPA)氧化还原电致化学发光的机理和发光效率，在乙腈溶剂中，当金属配合物浓度相同时，(pq)2Ir (acac)/TPA体系的电致化学发光效率是Ru (bpy) 32+/TPA体系的77倍。但是在溶剂相中，大量的铱配合试剂被消耗，直接导致了环境污染和分析成本上升。因此将金属铱配合物固定到电极表面就显得尤为重要。Simone zanarini [12]课题组首次将铱配合物((Pq)2Ir(acac))掺杂到聚乙二醇(PEG)改性的二氧化硅纳米颗粒中，该硅纳米颗粒具有生物亲和性，水溶性，将(Pq)2IHacac)的电致化学发光扩大到水溶液体系。但是该方法同样消耗试剂，并且电致化学发光强度很弱。宋启军等[13]首次用酸化的多壁碳纳米管(MWCNT)固定一种铱配合物，，陈国南[14]提出用酸化的碳纳米管(CNT)/ (Nafion)复合膜固定铱配合物-((pq) 2Ir (acac)),制备电致化学发光传感器。但是由于金属铱配合物裸露在电极表面容易被污染，以上两种传感器没有解决重现性和使用寿命的问题。宋启军等公开了基于铱配合物电致发光与分子印迹识别技术的传感器的专利
[15]，该专利采用聚乙烯醇(PVA)/CNT固定金属铱配合物修饰电极，但是该方法制备过程耗时较长。通过正向微乳液法，制备负载油溶性荧光分子硅纳米颗粒，该方法简单，粒径可控，已经应用于生物领域[16]。
[0004]本发明采用了发光效率高的金属铱配合物-((pq)2Ir (acac))作为发光物质，该铱配合物的不溶于水，可以与一些共反应物作用，产生较强的发光，通过在正相微乳液合成负载金属铱配合物的有机硅纳米颗粒，制备方法简单，形成的纳米颗粒粒径可控，金属配合物的电致发光性质没有改变，并且有机硅烷进行水解聚合反应，被包裹的金属铱配合物不受氧猝灭的干扰，因此本发明可以很好的解决已有技术中发光试剂被污染、氧猝灭、重现性差和使用寿命短等关键问题。
[0005]本发明通过A0T/n-Bu0H/水形成的胶束体系,控制合成的纳米颗粒的大小，小粒径的纳米颗粒具有更大的比表面积，单位体积负载更多的发光物质，通过改变催化剂碱的用量和种类，以及控制反应时间，来改变硅烷的聚合度。进而得到了颗粒大小适当，电子的传递效率较高的负载物粒子，并成功制备了固定化发光试剂铱配合物的固相电极，用于典型共反应物，二(2-丁基)乙醇胺(DBAE)的检测，获得了良好的效果。

【发明内容】

[0006]本发明的目的是提供一种固定金属铱配合物的方法，用合成包裹铱配合物的有机娃纳米颗粒修饰玻碳电极，制备固相电致化学发光电极，合适尺寸的纳米颗粒不会影响电极表面的电子传递并且能够防止发光试剂被污染，该固相电致化学发光电极的特点是灵敏度高、重现性好、使用寿命长并且所需发光试剂量少。
[0007]为了得到具有上述优异性能的负载铱配合物的有机硅纳米颗粒，本发明的技术方案如下:本发明中的负载铱配合物的纳米颗粒的制作方法采用了正向微乳液法，考察了影响纳米颗粒大小的因素，1、表面活性剂与水的比值，2，聚合单体硅烷的种类和用量，3催化剂的种类和用量。通过改变以上条件，可以合成不同尺寸的纳米颗粒。
[0008]本发明将AOT，n-BuOH加入到20ml超纯水中，磁力搅拌，使AOT完全溶解至澄清。用移液枪移取10.08mmol/L(Pq)2Ir (acac)溶液加入到胶束体系，磁力搅拌。再向胶束体系中加入有机硅氧烷作为水解聚合单体，磁力搅拌一段时间。然后加入碳酸钠作为催化剂，搅拌后得到红色的包裹铱配合物的硅纳米颗粒乳浊液。用透析袋透析，除去AOT和n-BuOH得到的透析液。透析后的有机硅纳米颗粒能够在水中良好分散。用微量进样器移取移分散液，滴涂到玻碳电极表面，将电极置于空气中，使溶剂挥发掉，在电极表面形成均一的膜，即制得了电化学发光传感器。
[0009]本发明的负载金属铱配合物有机硅纳米颗粒具有疏水的官能团，能够在电极表面稳定存在。该纳米颗粒带有负电荷，通过静电吸附作用，富集更多的有机胺类，提高修饰电极的灵敏度。本发明的负载铱配合物的纳米颗粒粒径小，有望在生物领域得到应用。【专利附图】

【附图说明】
[0010]图1包裹金属铱配合物的硅纳米颗粒的扫描电镜图(乙烯基三甲氧基硅烷为单体)。
[0011]图2包埋(Pq)2Ir (acac)的二氧化娃纳米颗粒分散液和(pq)2Ir (acac)溶液(二甲亚砜=H2O =1:1)中的荧光光谱(激发波长=273nm)。
[0012]图3pH值与电致化学发光值的关系，5X 10_6mol/L DBAE磷酸盐缓冲溶液(pH8.0)扫速 100mV/s。
[0013]图4修饰电极的重现性，测试溶液为含有2X 10_6mol/L DBAE磷酸盐缓冲溶液(ρΗ8.0)扫速 100mV/so
[0014]图5纳米颗粒的粒度分布图(DLS)和扫描电镜图(乙烯基三乙氧基硅烷为单体)。
[0015]图6铱配合物二氧化硅纳米颗粒修饰电极检测DBAE的标准曲线。
【具体实施方式】
[0016]为了更清楚地理解本发明的技术方案，下面通过实施例对本发明作进一步详细说明。需要说明的是，以下是发明人给出的具体实施例，但本发明不限于这些实施例。
[0017]实例1.传感器的制备:0.44gA0T,800yL n_Bu0H加入到20ml超纯水中，磁力搅拌，使AOT完全溶解至澄清。用移液枪移取10.08mmol/L (pq)2Ir (acac)的DMSO溶液100 μ I加入到胶束体系，磁力搅拌。再向胶束体系中加入500 μ L乙烯基三甲氧基硅烷，磁力搅拌Ih0最后加入20 μ I浓氨水，磁力搅拌20h，得到红色的掺杂铱配合物的二氧化硅纳米颗粒乳浊液。用截留分子量为12-14KDa的透析袋透析50h，除去AOT和n_Bu0H得到的透析液。透析后的二氧化硅纳米颗粒，分散均匀，用微量进样器移取移取10 μ L分散液，滴涂到玻碳电极表面，将电极置于空气中，使溶剂挥发掉，在电极表面形成均一的膜，即制的了电化学发光传感器。合成硅纳米颗粒的扫描电镜如图1，(pq)2Ir (acac)溶液和纳米颗粒的分散液的荧光发射光谱如图2，纳米颗粒修饰电极检测DBAE是pbs缓冲液pH优化如图3，纳米颗粒修饰电极的重现性如图4。
[0018]实例2.传感器的制备:0.44gA0T,800y I η-BuOH加入到20ml超纯水中，磁力搅拌，使AOT完全溶解至澄清。用移液枪移取10.08mmol/L (pq)2Ir (acac)的DMSO溶液100 μ I加入到胶束体系，磁力搅拌lh。再向胶束体系中加入500 μ L乙烯基三乙氧基硅烷，磁力搅拌20h。最后加入20 μ I浓氨水，磁力搅拌20h，得到红色的掺杂铱配合物的二氧化硅纳米颗粒乳浊液。用截留分子量为12-14KDa的透析袋透析50h，除去AOT和n_Bu0H得到的透析液用0.2μ I微孔滤膜过滤。透析后的二氧化硅纳米颗粒，分散均匀，用微量进样器移取移取10 μ L分散液，滴涂到玻碳电极表面，将电极置于空气中，使溶剂挥发掉，在电极表面形成均一的膜，即制的了电化学发光传感器。合成有机硅纳米颗粒的SEM如图5。
[0019]实例3.传感器的制备:0.33gA0T，600y I η-BuOH加入到20ml超纯水中，磁力搅拌，使AOT完全溶解至澄清。用移液枪移取10.08mmol/L (pq)2Ir (acac)的DMSO溶液100 μ I加入到胶束体系，磁力搅拌lh。再向胶束体系中加入500 μ L苯基三甲氧基硅烷，磁力搅拌lh。最后慢慢加入0.042g碳酸钠，磁力搅拌20h，得到红色的掺杂铱配合物的二氧化硅纳米颗粒乳浊液。用截留分子量为12-14KDa的透析袋透析50h，除去AOT和n-BuOH得到的透析液用0.2μ I微孔滤膜过滤。透析后的二氧化硅纳米颗粒，分散均匀，用微量进样器移取移取10 μ L分散液，滴涂到玻碳电极表面，将电极置于空气中，使溶剂挥发掉，在电极表面形成均一的膜，即制的了电化学发光传感器。
[0020]实例4.传感器的制备:0.33gA0T，600y I n-BuOH加入到20ml超纯水中，磁力搅拌，使AOT完全溶解至澄清。用移液枪移取10.08mmol/L (pq)2Ir (acac)的DMSO溶液100 μ I加入到胶束体系，磁力搅拌lh。再向胶束体系中加入500 μ L苯基三甲氧基硅烷，磁力搅拌lh。最后慢慢加入0.042g碳酸钠，磁力搅拌20h，得到红色的掺杂铱配合物的二氧化硅纳米颗粒乳浊液。用截留分子量为12-14KDa的透析袋透析50h，除去AOT和n-BuOH得到的透析液用0.2μ I微孔滤膜过滤。透析后的二氧化硅纳米颗粒，分散均匀，用微量进样器移取移取10 μ L分散液，滴涂到玻碳电极表面，将电极置于空气中，使溶剂挥发掉，在电极表面形成均一的膜，即制得了电化学发光传感器。图6检测DBAE的标准曲线。
[0021]参考文献
[0022][ljffallace, ff.L.，Bard, A.，J.J.Phys.Chem..83 (1979) 1350.[0023][2] Armistead, P.M.，Thorp, H.H.，Anal.Chem.73 (2001) 558.[0024][3] Zhang, X.，Bard, A.J.，J.Phys.Chem.92 (1988).5566.[0025][4]Miller, C.J., McCord, P.A., J.Bard, Langmuir.7 (1991) 2781.[0026][5] Obeng, Y.S.，Bard, A.J.，Langmuir, 7 (1991) 195.[0027][6] Richter, D.B.，Anal.Chem.，74 (2002) 1340.[0028][7]Andrzej Kapturkiewicz, Electrochimica Acta.,50(2005)3395.[0029][8] Ik.-Soo Shin, Hasuck Kim, J.Am.Chem.Soc.，127 (2005) 1614.[0030][9]Muegge, B.D.and Μ.M.Richter, Luminescence20 (2005) 76.[0031][10] Ik-Soo Shin, Jae Il Kim, J.Phys.Chem.C., 111 (2007) 2280.[0032][11] Shin，1.S.，Yeung, T.K.，Analyst, 136(2011)2151.[0033][12] Simone Z.，Enrico R.，JACS, 131 (2009) 14208.[0034][13]张慧慧，朱胜男江南大学学报10 (2011) 588.[0035][ 14] Mei, J.L., Yun Q.S.Journal of Electroanalytical Chemistry,702(2013)25.[0036][15]江南大 学.铱配合物电致发光分子印迹传感器.中国发明专利，CN1015816732009-06-04
[0037][16] Sehoon, K.，Tymish, Y.0.，J.Am.Chem.Soc.，129 (2007) 2669.
【权利要求】
1.本发明涉及用硅纳米粒子包覆在电极上固定化金属铱配合物的方法，通过正向微乳液体系合成负载金属铱配合物的有机娃纳米颗粒，进一步将该纳米颗粒固定在电极表面，并用于电致发光法直接检测共反应物。
2.根据权利要求1所述有机硅纳米颗粒的制备方法具有以下特征:在超纯水中依次加入相对水质量分数为0.5-5%双(2-乙基己基)琥珀酸酯磺酸钠(AOT)，相对水体积分数为0.1-6%正丁醇(n-BuOH)，搅拌，使AOT完全溶解至澄清，形成胶束；然后移取一定10-300 μ L10.08mmol/L(pq)2Ir (acac)的溶液加入到胶束体系；混勻后再向胶束体系中加入200-500 μ L有机硅氧烷，搅拌0.5-2h ;最后加入0.01-0.04g碳酸钠(或者当量碱度的氨水、氢氧化钠等)搅拌6-20h，得到红色的掺杂铱配合物的二氧化硅纳米颗粒乳浊液；用截留分子量为12-14KDa的透析袋透析50h，除去AOT和n_BuOH，得到均匀分散的包裹铱配合物有机硅纳米颗粒；固定化方法是用微量进样器移取移取1-20 μ L透析后的有机硅纳米颗粒，滴涂到玻碳电极表面，待溶剂挥发后，在电极表面形成均一的膜，即制得电致化学发光固相电极。
3.根据权利要求1金属铱配合物是指二(2-苯基吡啶)(Ν-苯基乙酰胺)合铱、二(2-苯基吡啶)(N-苯基苯甲酰胺)合铱、二(2-苯基吡啶)(N-(1-萘基)苯基苯甲酰胺)合铱、二(2-苯基吡啶)(N-甲基丙烯酰胺)合铱、二(2-苯基喹啉)(N-甲基丙烯酰胺)、三联吡啶合铱。
4.根据权利要求1有机娃烧单体是指乙稀基二甲氧基娃烧、乙稀基二乙氧基娃烧、苯基三甲氧基硅烷等带有疏水官能团的硅烷。
【文档编号】C25B11/00GK103529104SQ201310517369
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月25日 优先权日:2013年10月25日
【发明者】宋启军, 刘艳丽, 韩超峰, 孙自淑 申请人:江南大学