一种光响应印迹识别膜的制备方法与流程

本发明属于材料制备技术和检测技术领域，涉及结构上着色的印迹光响应识别膜，特指一种结合模板化的液晶纤维素和分子印迹技术的方法，制备出对磺胺甲恶唑分子的印迹光响应识别膜。

背景技术：

光信号在自然世界中极大的丰富着生活，通常情况下，它们都是以多姿多彩的颜色呈现在人们眼前。例如，许多甲壳虫的鞘翅总是呈现彩虹状或金属般的外边。诸如此种动植物世界的彩色外边已经长期的被研究着研究。因此，这些独特的光学响应性现象不断地鼓励着科学家制备出一系列光学响应器，它们可以用来方便地识别人类世界相关地东西。例如，秦鹏和他的同事门合成了一种用于识别多糖类的光响应器，这个光学响应器的产生是基于结构色的颗粒制备的。这里我们用液晶纤维素作为结构色基体，借用分子印迹手段，制备出一种手性向列结构的分子印迹膜，通过材料表面折射光变化来达到识别目标物的目的。

液晶纤维素是一种天然高分子，绿色可回收，制备简单，尤其是它们室温蒸发溶剂后可以形成规则有序的向列结构，展现独特的光学特性，这里我们选其作为光识别着色基体。分子印迹技术是一种模拟抗体抗原间的记忆特征发展起来的技术，它利用模板分子与单体之间的共价键或非共价键的作用，从而实现材料自身对模板分子的专一选择性识别性。以此，我们将分子印迹聚合物结合液晶纤维素模板，制备出一种结构上着色的分子印迹聚合物膜。分子印迹的选择性识别激发材料微结构变化，从而引起物理化学信号间的传递，即膜结构色变化，从而实现目标物识别的目的。这里我们选用的材料成本低廉，制备方法简单。同时光学响应性变化明显，选择性突出。因此这是一种新颖高效的分析识别方法。

技术实现要素：

本发明以液晶自组装结合分子印迹技术为制备手段，制备出一种光响应印迹识别膜。

本发明采用的技术方案是：

一种光响应印迹识别膜的制备方法，按照下述步骤进行：

步骤1、纳米晶纤维素(ncc)的制备：

将5g市售棉花浸于50vol％的硫酸溶液(每克棉花对应8.5ml的硫酸溶液)在恒温条件下(45℃)酸催化水解2h，其间应持续搅拌；将水解悬浊液用自身8-10倍体积的去离子水稀释冷却抑制持续水解，搅匀静置过夜沉淀分层；最后，去除上清液，离心分离下层悬浊液，将得到的粘稠混合物转入到透析袋(12000-15000)中透析，得到纳米晶纤维素悬浊液；

步骤2、磺胺甲恶唑树脂印迹前驱体的合成：

向熔融状态的苯酚中加入naoh溶液(16wt％)，搅拌，再加入甲醛，脲和磺胺，得到混合液a，加热反应，得到预聚液；用盐酸将预聚液的ph调至中性，真空干燥得到粘稠状前驱体；最后，用乙醇/水混合溶液(15/85v/v％)溶解配置成30wt％的树脂印迹前驱体混合液，待用；

步骤3、结构上着色的原始膜制备：

将步骤1的纳米晶纤维素悬浊液超声脱气，再与步骤2的磺胺甲恶唑树脂印迹前驱体混合液混合，室温条件下搅拌得到均相混合液b，将混合液b室温晾干成膜；最后将膜热聚合得到结构上显示多色彩的原始膜材料；

步骤4、印迹光响应识别介孔膜的制备：

将步骤3中热聚合后的复合膜置于两种洗脱溶液中进行洗脱操作，使得纤维素和磺胺甲恶唑分子移除；洗脱后将膜用丰富的去离子水清洗浸泡，晾干后得到印迹光响应识别介孔膜。

步骤1中，每克市售棉花所使用的硫酸溶液为8.5ml，硫酸溶液的浓度为64wt％；所述的恒温条件为45℃，所述催化水解的时间为2h；所使用的透析袋的截留分子量为12000-15000；所得到的纳米晶纤维素悬浊液的ph通过透析作用调节到2.4，调控浊液体积使浓度为4.0wt％。

步骤2中，制备混合液a时，所使用的苯酚、naoh溶液、甲醛、脲和磺胺甲恶唑的用量比为6.5mmol:200μl:20.0mmol:3.5mmol:0.8mmol；所述加热反应的温度为75℃，反应时间为1h；所述的盐酸为0.6m；所述乙醇/水混合溶液中，乙醇和水的体积比为15:85；所述磺胺甲恶唑树脂印迹前驱体混合液的浓度为30wt％。

步骤3中，所述纳米晶纤维素悬浊液与磺胺树脂印迹前驱体混合液的体积比为10ml：100-300μl；所述超声脱气的时间为10min；持续搅拌反应的时间为2h；热聚合的时间为24h。

步骤4中，所述洗脱操作的步骤如下：先用16％的naoh的混合溶液洗脱纳米晶纤维素，洗脱时间为8h，洗脱温度为70℃；再用甲醇/乙酸混合溶液超声洗脱时间八次，每次30min并换洗脱液，所述甲醇/乙酸混合溶液中，甲醇和乙酸的体积比为3:1。

所述光响应印迹膜用于识别磺胺甲恶唑，步骤如下：

配制一系列饱和浓度的抗菌药物溶液磺胺甲恶唑，磺胺，磺胺二甲嘧啶钠，阿莫西林，。将检测膜材料(2×2cm)放置于试管中编号1，2，3，4。每个试管众加入5ml的分析物溶液振荡吸附30min。

利用本发明采用液晶自组装结合分子印迹技术中合成制备出光响应分子印迹膜，去模板后显示出独特的光学识别特性，且对磺胺甲恶唑分子具有选择性光学响应。

利用分子印迹技术结合液晶纤维素导向蒸发自组装技术，实现手性向列膜结构构建，从而实现膜材料结构上的着色，去模板后，磺印迹位点分布在介孔膜结构上，选择性识别引起材料结构变化，进一步转化为物理学光信号变化，致使膜结构色改变以达到分析识别磺胺甲恶唑目标物的目的。分子印迹技术因其具有特异性选择性的特点被人们广泛关注，本制备方法选用具有丰富的羟基，氨基和醚键的苯酚-脲醛树脂做功能单体交联聚合，从而实现对磺胺甲恶唑分子的印迹效果。液晶纤维素天然的有序向列结构为其结构着色提供了光学承载，其来源广泛绿色可回收，制备简单，光特性效果较好。光响应分子印迹识别膜使得印迹膜特异性识别的信号，转化为材料结构变化，进而转化为颜色信号。本方法优于常规检测方法操作复杂，成本昂贵，特殊检测材料单一高成本的缺陷。

本发明的技术优点：

其优点在于，液晶光学响应性和分子印迹选择性相结合，本发明制备的材料不仅兼具二者的优点，而且二者相互协同作用；该材料以膜结构的形式构建，便于操作，携带方便；基于颜色变化实现对磺胺分子的光响应识别，方便快捷，无需电池大型仪器设备；专一选择性仅针对磺胺甲恶唑具有识别效应。

用来源广泛的液晶纤维素做膜基体，室温蒸发自组装成规则向列结构；分子印迹技术的选择性识别特性；采用光信号识别目标物，极大扩展了光响应器应用潜力。

附图说明

图1：为实施例1的磺胺甲恶唑分子印迹原始膜的实图，膜材料显示多彩的折光；

图2：为实施例1的磺胺甲恶唑分子印迹原始膜的扫描图；

图3：为实施例1的光响应印迹识别膜的实图，膜材料显示蓝色的折光；

图4：为实施例1的光响应印迹识别膜的的扫描图；

图5：为实施例1的的扫描图；

图6：为实施例2中磺胺甲恶唑分子印迹原始膜洗脱前后的红外对比图，a为磺胺甲恶唑分子印迹原始膜，表示洗脱前，b为光响应磺胺甲恶唑分子印迹识别膜，表示洗脱后；

图7：为实施例3吸附平衡光响应实验图，从图中可以看出对不同磺胺甲恶唑分子浓度的光响应特性；

图8：为实施例3选择性识别实验图。

具体实施方式

下面结合具体实施实例对本发明做进一步说明。

实施例1：

(1)制备纳米晶纤维素(ncc)，通过离心和透析过程调节ncc的ph为2.4，浓度为4.0wt％。

(2)合成磺胺树脂印迹前驱体聚合物，用乙醇和水的混合溶剂(15/85v/v％)溶解配置成30wt％的混合液待用。

(3)将步骤(1)中的ncc悬浊液超声脱气10min后，吸取10ml的ncc于25ml圆底烧瓶中,逐滴加入100μl步骤(2)中的树脂印迹前驱体溶液，在室温下搅拌反应2h。置于22℃恒温水浴中晾干成膜，即磺胺甲恶唑分子印迹原始膜。

(4)将膜材料放置于16％的氢氧化钠的洗脱溶液中，70℃恒温水浴中洗脱8h。取出后先用大量的水冲洗浸泡，接着用甲醇和乙酸的混合溶液(3/1v/v％)超声洗脱8次。最终得到结构上着色的磺胺甲恶唑分子的印迹识别膜。

(5)磺胺甲恶唑分子印迹原始膜如图1，ncc混入树脂前驱体溶液后，晾干成膜后，膜材料反射多彩光泽，这说明手性向列结构构建成功。

(6)磺胺甲恶唑分子印迹原始膜的截面扫描电子显微镜如图2，左旋的有序多层状有序排列着，此图是手性向列结构存在的有利证明。

(7)光响应磺胺甲恶唑分子印迹识别膜如图3所示，移除模板的处理后，膜材料反射蓝色的光泽。

(8)光响应磺胺甲恶唑分子印迹识别膜的截面扫描电子显微镜如图4，左旋的有序多层状有序排列着，层间保留着ncc移除的痕迹，此图说明树脂矩阵成功转嫁了手性向列结构，及ncc从树脂结构上被剔除了。

(9)光响应磺胺甲恶唑分子印迹识别膜的比表面和孔结构如图5所示，一定数量的比表面位于膜材料上，介孔状孔结构分布于膜表面上。说明模板已经从印迹识别膜表面移除了，介孔结构促进识别过程高效的完成。

实施例2：

(1)制备纳米晶纤维素(ncc)，通过离心和透析过程调节ncc的ph为2.4，浓度为4.0wt％。

(2)合成磺胺树脂印迹前驱体，用乙醇和水的混合溶剂(15/85v/v％)溶解配置成30wt％的混合液待用。

(3)将步骤(1)中的ncc悬浊液超声脱气10min后，吸取10ml的ncc于25ml圆底烧瓶中,逐滴加入200μl步骤(2)中的树脂印迹前驱体溶液，在室温下搅拌反应2h。置于22℃恒温水浴中晾干成膜，即磺胺甲恶唑分子印迹原始膜。

(4)将(3)膜放置于16％的氢氧化钠的洗脱溶液中，70℃恒温水浴中洗脱8h。取出后先用大量的水冲洗浸泡，接着用甲醇和乙酸的混合溶液(3/1v/v％)超声洗脱8次。最终得到手性向列磺胺甲恶唑分子的印迹识别膜，即光响应磺胺甲恶唑分子印迹识别膜。

(5)光响应磺胺甲恶唑分子印迹识别膜洗脱模板前后的红外图对比图如图6所示，箭头所指的分别为ncc和磺胺甲恶唑的特征峰位置，原始膜和印迹膜相比，特征峰消失，说明ncc和磺胺模板分子已经被洗脱掉，从而证实了印迹膜制备成功了。

实施例3：

(1)制备纳米晶纤维素(ncc)，通过离心和透析过程调节ncc的ph为2.4，浓度为4.0wt％。

(2)合成磺胺树脂印迹前驱体聚合物，用乙醇和水的混合溶剂(15/85v/v％)溶解配置成30wt％的混合液待用。

(3)将步骤(1)中的ncc悬浊液超声脱气20min后，吸取10ml于25ml圆底烧瓶中,逐滴加入300μl步骤(2)中的树脂印迹前驱体溶液，在室温下搅拌反应2h。置于22℃恒温水浴中晾干成膜，即磺胺甲恶唑分子印迹原始膜。

(4)将膜材料放置于16％的氢氧化钠的洗脱溶液中，70℃恒温水浴中洗脱8h。取出后先用大量的水冲洗浸泡，接着用甲醇和乙酸的混合溶液(3/1v/v％)超声洗脱8次。最终得到手性向列磺胺甲恶唑分子的印迹识别膜，即光响应磺胺甲恶唑分子印迹识别膜。

(5)将制备的识别膜材料用于磺胺甲恶唑分子光响应性实验。

取磺胺甲恶唑分子配置成一系列不同浓度的标准液(纯水，0.001，0.005，0.01,0.05,0.1,0.5,1,5mg/ml)。将识别膜材料(2×2cm)放置于试管中编号1，2，3，4，5，6，7，8，9。每个试管中加入5ml的不同溶度的分析物溶液振荡吸附30min，然后在固体紫外近红外仪上测量其反射率特性曲线，观察其光转移特性曲线变化。图7中数据处理结果显示该分子识别膜对磺胺甲恶唑分子的最大光响应波长转移为42nm，此时浓度为1mg/ml。

(6)将制备的识别膜材料用于抗菌药中选择性实验

配制一系列不同浓度的抗菌药物溶液磺胺甲恶唑(smz)，磺胺(sa)，磺胺二甲嘧啶钠(sd2-na)，阿莫西林(amo)。将检测膜材料(2×2cm)放置于干净的试管中分布编号1，2，3，4，5，6，7，8，9。每个试管中加入5ml的分析物溶液振荡吸附30min。结果显示此识别膜对磺胺甲恶唑分子具有明显的选择性光响应。图8为选择性实验结果，从图中的光转移波长变化图和附图实物，可以看出此检测膜对磺胺甲恶唑具有较大光检测特性，在附图中显示，磺胺甲恶唑引起的折光变化为由蓝色变为黄色，这种光响应是肉眼可见的。相反另外三种抗菌药不能引起此现象。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。