专利名称：可控联苯丙氨酸纳米结构测量空气中水含量的的方法
技术领域：
本发明涉及一种简单、方便，具有强烈发光和良好生物兼容性的联苯丙氨酸纳米结构的制备，以及用其进行空气中水含量探测的方法。
背景技术：
联苯丙氨酸是最简单的肽之一，也是阿茨海默病的相关β -淀粉样多肽的核心识别基序，这赋予了它很好的生物兼容性。而且联苯丙氨酸在许多其他方面都具有优点，例如易于进行化学修饰和分子识别，良好的可塑性，制造过程中的反应条件温和，结构相对简单等。这使得它在生物器件等应用方面有着巨大的潜力。事实上，联苯丙氨酸纳米管已经被用于多种生物纳米器件的制备。这些纳米结构在生物传感，催化，分子识别，抗菌应用和给药等方面有着广阔的应用前景。联苯丙氨酸可以在水溶液中自组装成坚硬的、化学和热稳定性良好的纳米管，可用于创建诸如整齐排列的纳米森林、纳米线和纳米薄膜等复杂结构。X射线分析表明联苯丙氨酸单体在结晶过程中受到与氢键的影响形成每圈六个分子的螺旋链状结构，该螺旋状结构延伸并形成充满水的微小管状结构。这意味着，水分子的存在对联苯丙氨酸纳米结构的性质有着重要的影响。联苯丙氨酸和水分子的相互作用是一个包括生物、物理，分子传感器和纳米技术等多学科的重要研究课题，它为研究生物组织的物理效应提供了新的平台。但是，在研究联苯丙氨酸纳米结构的光致发光方面却只有很少的几篇文章[N. Amdursky, et al. Nano Lett. 9 (2009) 3111]。另一方面，制备具有良好生物兼容性的水分子传感器也是一个十分热门的课题。 水是一种极强的电解质。水分子有较大的电偶极矩，在氢原子附近有极大的正电场，因而它有很大的电子亲和力，使得水分子易吸附在固体表面并渗透到固体内部。利用水分子这一特性制成的湿度传感器称为水分子亲和力型传感器。而把与水分子亲和力无关的湿度传感器称为非水分子亲和力型传感器。在现代工业上使用的湿度传感器大多是水分子亲和力型传感器，它们将湿度的变化转换为阻抗或电容值的变化后输出。采用光致发光输出无疑是一种开创性的思路，同时，联苯丙氨酸的生物兼容性等特质也赋予了该纳米结构更广泛的应用。
发明内容
本发明的目的在于提出一种简单、方便的方法，使用联苯丙氨酸进行空气中水含量变化的传感方法，用于制备准确度高的空气湿度传感器。本发明的技术方案是用可控联苯丙氨酸纳米结构测量空气中水含量的方法，其特征是用六氟异丙醇配置浓度为3(T300 mg/ml的联苯丙氨酸溶液，在载片上滴涂干燥，载片上得到联苯丙氨酸纳米结构，其形貌和发光可由溶液浓度和空气中的水含量(Relative Humility, RH)精确控制；定义联苯丙氨酸纳浓度数值比C为RH(%)/溶液浓度(mg/ml)， C值一般在0到3之间，则联苯丙氨酸纳米结构的形貌和光致发光峰位由C值决定；当C值小于1时，出现观0 340 nm的光致发光峰，峰位的高度与空气中的水含量RH呈对应的线性关系；通过光致发光峰位高度的测量，经过简单的计算即可得知空气中的水含量。本发明的标准的校准是通过观察不同湿度条件下^(T340 nm光致发光峰的具体峰位的波长作定标；也可以根据不同湿度条件下观0 340 nm光致发光峰的具体峰位的波长，将纳米结构从载玻片上刮下，进行热重分析，100°C以内有明显的失水带来的失重， 根据失重的多少可以计算得出纳米结构中水含量作定标。定标完成后将测得具体峰位的波长或者具体水含量的多少代入线性关系即可得到空气中的水蒸气含量。本发明的有益效果是通过联苯丙氨酸纳米结构的光致紫外发光测量空气湿度。 本发明制备方法简单快捷，无需复杂的实验装置，重复性好，实验材料廉价且较易获得，制备的联苯丙氨酸纳米结构的紫外光发射强，且具有良好的生物兼容性，可用于制备准确度高的空气湿度传感器。
图1 本发明制备于不同C值下联苯丙氨酸的扫描电镜照片和光学显微镜照片。 a-c为扫描电镜照片，d-f为光学显微镜照片，其中图中a和d的C值为0. 2，b和e的C值为0.6，c和f的C值为1。图2 制备于不同C值下联苯丙氨酸的光致发光谱。所使用的联苯丙氨酸溶液浓度和空气中水蒸气含量如图中标示。图中abc分别对应联苯丙氨酸纳浓度数值分别为30mg/ ml、105 mg/ml 和 180mg/ml 的发光谱。图3: 280^340 nm光致发光峰的峰位与热重分析得到的联苯丙氨酸纳米结构中水含量的线性关系。水含量用每个联苯丙氨酸分子对应的水分子数表示。绿色点(浅色)的数据来自图2-(c)，红色点(深色)的数据来自孵化处理后的联苯丙氨酸纳米结构。
具体实施例方式可控联苯丙氨酸(L-PHe-L-Phe，FF)纳米结构测量空气中水含量的的方法，用六氟异丙醇配置2(T300 mg/ml的联苯丙氨酸溶液，超声振荡20分钟使溶液均勻，然后用移液枪吸取一定量的溶液滴在干净的载玻片上待其蒸干并稳定半小时，再将所得到的联苯丙氨酸纳米结构进行光致发光测量。该反应在室温下即可进行，无需特别加热或者制冷。定义浓度数值比C为溶液浓度(mg/ml)除以RH(%)，C值一般在0到5之间，则联苯丙氨酸纳米结构的形貌和光致发光峰位可由C值决定。当C值大于1时，呈现位于观0 nm 的唯一光致发光峰。当C值小于1时，该峰分裂为两个峰，即276 nm左右的主峰和观纩340 nm的光致发光峰，后者的峰位随C值变化出现明显移动，且其峰位与联苯丙氨酸纳米结构中的水含量呈简单的线性关系。通过对后者光致发光峰位的测量，经过简单的计算即可得知空气中的水含量。当空气中水含量较高时，所使用的联苯丙氨酸溶液浓度不能太小，务必使联苯丙氨酸纳米结构在制备过程中保持缺水状态(C小于1)，否则不能得到用于计算的 280^340 nm的光致发光峰。将制得的联苯丙氨酸纳米结构暴露于90 0C的干燥空气或者饱和水蒸气的环境中， 维持3 12小时，该纳米结构会失水或吸水，从而使^(T340 nm光致发光峰位发生对应的蓝移或者红移，其峰位仍然和水含量满足同一线性关系。联苯丙氨酸纳米结构中水含量的变
4化可以从热重分析中清楚的体现出来。因此，光致发光可以对联苯丙氨酸纳米结构中水含量进行精确测量，从而间接推算空气中的水含量。取联苯丙氨酸粉末120 mg置于5 ml烧杯中，加入1 ml六氟异丙醇，用聚乙烯薄膜封口，超声震荡20分钟使之充分溶解。用移液枪吸取该溶液40 μ ，置于载玻片上，静置一小时使之完全蒸发干燥，得到附着在载玻片表面的联苯丙氨酸纳米结构。测量此纳米结构的光致发光谱，观察观0 340 nm光致发光峰的具体峰位。将纳米结构从载玻片上刮下， 进行热重分析，100°C以内有明显的失水带来的失重。根据失重的多少可以计算得出纳米结构中水含量的多少，将测得的数据代入线性关系即可得到空气中的水蒸气含量。将制得的纳米结构和一定量的变色硅胶干燥剂(或少量去离子水)放入直径15 cm的培养皿中，用聚乙烯薄膜密封，在90°C恒温孵化;Γ12小时。拿出冷却后立即进行光致发光和热重分析测量可知，联苯丙氨酸在孵化过程中会失水/吸水，并且^(T340 nm光致发光峰的峰位发生相应的蓝移/红移。这一过程仍然符合上述线性关系(如附图3所示)。如采用深紫外PL-Mapping (光致发光)光谱仪由深紫外激光器224nm(5. kV)或 248. 6nm(5eV)作为激发光源，配合光路设计，采用高灵敏度PMT作为探测器件，并通过仪器内置的门闸积分平均器(Boxcar)进行数据处理，实现微弱脉冲信号的检测。
权利要求
1.用可控联苯丙氨酸纳米结构测量空气中水含量的方法，其特征是用六氟异丙醇配置浓度为3(T300 mg/ml的联苯丙氨酸溶液，在载片上滴涂干燥，载片上得到联苯丙氨酸纳米结构，其形貌和发光可由溶液浓度和空气中的水含量即相对湿度(RH)精确控制；定义联苯丙氨酸纳浓度数值比C为RH(%) (mg/ml)/溶液浓度；当C值小于1时，出现观0 340 nm的光致发光峰，峰位的发光波长与空气中的水含量RH呈对应的线性关系；通过光致发光峰位波长的测量，经过线性关系即可得到空气中的水含量。
2.根据权利要求1用可控联苯丙氨酸纳米结构测量空气中水含量的方法，其特征是若长时间暴露于干燥空气或者饱和水蒸气的环境中，发生失水或吸水时使光致发光峰位发生对应的蓝移或者红移。
全文摘要
用可控联苯丙氨酸纳米结构测量空气中水含量的方法，用六氟异丙醇配置浓度为30～300mg/ml的联苯丙氨酸溶液，在载片上滴涂干燥，载片上得到联苯丙氨酸纳米结构，其形貌和发光可由溶液浓度和空气中的水含量即相对湿度(RH)精确控制；定义联苯丙氨酸纳浓度数值比C为RH(%)(mg/ml)/溶液浓度；当C值小于1时，出现280～340nm的光致发光峰，峰位的发光波长与空气中的水含量RH呈对应的线性关系；通过光致发光峰位波长的测量，经过线性关系即可得到空气中的水含量。本发明制备方法简单，无需复杂的实验装置，联苯丙氨酸纳米结构的紫外光发射强且稳定。
文档编号G01N21/63GK102175654SQ201110002140
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月7日 优先权日2011年1月7日
发明者吴兴龙, 汪湣洁, 沈剑沧 申请人:南京大学