一种固态电化学发光传感器的制备方法
【专利摘要】本发明属于光引发可逆加成断裂链转移(RAFT)聚合和电化学发光传感器制备领域，涉及一种利用三联吡啶钌[Ru(bpy)32+]光引发RAFT聚合得到的聚苯乙烯磺酸钠(PSS)和残留光引发剂[Ru(bpy)32+]共同修饰电极以制备固态电化学发光传感器的方法，通过官能化的氰基?4?乙基三硫代戊酸制备PSS，利用PSS带的负电荷和三联吡啶钌引发剂带的正电荷，使聚合物最终产物上通过静电作用吸附[Ru(bpy)32+]，将制得的PSS与阳离子交换树脂一定比例混合，涂到电极表面来制得固态电化学发光传感器，或将表面为石墨烯平面的电极直接浸泡在PSS的水溶液中12?48h，通过芘官能基团与石墨烯表面的π?π叠加作用，将吸附有三联吡啶的聚合物PSS固定到电极表面，制得固态电化学发光传感器，用氮气将其吹干。
【专利说明】
一种固态电化学发光传感器的制备方法
技术领域
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[0001]本发明属于光引发可逆加成断裂链转移(RAFT)聚合和电化学发光传感器制备领域，涉及一种制备化学传感器的方法，特别是涉及一种利用三联吡啶钌[Ru(bpy)32+]光引发RAFT聚合得到的聚苯乙烯磺酸钠(PSS)和残留光引发剂[Ru(bpy)32+]共同修饰电极以制备固态电化学发光传感器的方法。
【背景技术】
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[0002]目前，由于光引发反应条件温和，并且能够用来修饰高温易变性的蛋白质例如酶一类的生物材料，因此光引发越来越受到人们的关注，已被广泛应用于化工等领域。然而，由于在光引发反应中，可引发光聚合的波长范围比较窄，光引发剂引发效率低和光引发剂对环境的污染等问题，使它们的发展受到了限制。近年来，三联吡啶钌[Ru(bpy)32+]作为一种新型低毒环保型光引发剂，引发可逆加成断裂链转移(RAFT)聚合受到了科研工作者的关注，然而由于[Ru(bpy)32+]与聚合物之间的吸附作用(比如[Ru(bpy)32+]与带负电聚合物之间的静电吸附作用)使得其在反应完成后很难从聚合物中除去，这一问题使该光引发剂一直没有得到广泛的应用。所以合理利用[Ru(bpy)32+]与聚合物吸附而不易从聚合物中除去这一点对拓展光引发RAFT聚合具有重要意义。
[0003]以[Ru(bpy)32+]为探针的电化学发光体系具有易操作、极高的检测灵敏度、较低的信噪比等优点，这一体系近些年来在分析检测领域受到广泛的关注和研究。可被应用药物分析、环境分析、疾病诊断等诸多领域。另外，基于[Ru(bpy)32+]电化学反应循环可以的特点，可以常通过层层组装、静电吸附、物理包埋等各种技术将[Ru(bpy)32+]固定在电极表面建立固态电化学发光传感器，该类传感器的建立具有节省试剂、简化装置等特点，在建立该固态电化学发光传感器的过程中，可借助许多石墨烯、碳纳米管和聚苯乙烯磺酸钠(PSS)等这些新材料用以提高电极上[Ru(bpy)32+]的吸附量、电极的稳定性和电导率等，从而提高传感器的灵敏度和检测效果。其中，带负电的聚合物PSS可以通过与[Ru(bpy)32+]之间的静电吸附作用，有效提高[Ru(bpy)32+]在电极上的吸附量，增加所制备电极的稳定性。所以是一种非常有效的用于制备[Ru(bpy)32+]固态电化学发光电极的有效材料，需要大力发展并进一步拓展应用。申请号为201410185102.5的中国发明专利中公开了一种固态电化学发光传感器的制备方法，制备掺杂有钌配合物的纳米金-二氧化硅核壳型复合结构纳米材料(AuOS i 02-Ru )，将复合纳米材料固定到玻碳电极的表面制得无试剂电化学发光传感器，虽然该方法制备的传感器的电化学发光试剂固定在电极上，可以重复使用，但是该制备方法对制备原料要求严格，制备工艺复杂，制备过程繁杂，难以规模化生产。因此寻求设计一种固态电化学发光传感器的制备方法，该方法制备工艺过程简单，效率高，制备的产品质量好，工作环境友好，极具市场前景。
【发明内容】
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[0004]本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，设计提供一种基于三联吡啶钌光引发的RAFT聚合物和残留光引发剂制备固态电化学发光传感器的方法，合理利用[Ru(bpy)32+]作为光引发剂引发RAFT结合得到聚合物PSS，通过静电吸附作用与PSS形成稳定的复合物，辅助以离子交换和JTi叠加作用方式，建立稳定高效地固态电化学发光传感器。
[0005]为了实现上述目的，本发明涉及的制备固态电化学发光传感器的具体工艺包括以下步骤:
[0006]1、利用三联吡啶钌作为光引发剂引发RAFT聚合制备聚合物PSS:
[0007](I)将47-60mg RAFT试剂(4_氰基_4_乙基三硫代戊酸，CETP)、2_6g pH中性条件下带负电荷的单体(对苯乙烯磺酸钠，SSS)和1-1Omg三联吡啶钌在50mL的容量瓶中用3-6mL水和4-8mL 二氧六环进行溶解得试剂；
[0008](2)将步骤(I)中装有试剂的容量瓶内通入氮气20-40分钟除去氧气；
[0009 ] (3)将步骤(2)中除氧后的容量瓶在150-200W的蓝光灯下照射12_48h;
[0010](4)将步骤(3)所得产物在超纯水中透析2-4天，然后放入真空箱中干燥，得到聚合物 PSS;
[0011](5)将上述采用非芘官能化的RAFT试剂合成的PSS命名为PSSl;
[0012]2、对RAFT试剂(4-氰基-4-乙基三硫代戊酸，CETP)进行官能化，用于官能化的基团包括芘、羟基、氨基、羧基、巯基、硝基、磺酸基和酰氯基等，根据不同需求合成不同官能化的PSS，选择将RAFT试剂进行芘官能化，具体工艺包括以下步骤:
[0013](I)分别取0.5-2g芘甲醇、0.73-3g CETP、0.6383-lg二环己基碳二亚胺(DCC)和
0.0378-0.06g 4-二甲氨基吡啶(DMAP)溶于8_20mL四氢呋喃(THF)得混合物备用；
[0014](2)将步骤(I)所得混合物在室温下搅拌反应12_36h，然后过滤除去固体副产物得滤液；
[0015](3)将从步骤(2)中得到的滤液旋蒸后按照乙酸乙酯和正己烷30:70的重量比例过硅胶柱，得到的产物即为芘官能化的CETP(PCETP);
[0016]3、采用芘官能化的RAFT试剂通过光引发聚合合成芘官能化的PSS过程，具体工艺包括以下步骤:
[0017](I)将20-66mg RAFT试剂(芘官能化的CETP，PCETP)，2_6g pH中性条件下带负电荷的单体(对苯乙烯磺酸钠，SSS)，l-10mg三联吡啶钌在50mL的容量瓶中用3-6mL水和4-8mL 二氧六环溶解；
[0018](2)将步骤(I)中装有试剂的容量瓶内通入氮气20-40分钟除去氧气；
[0019](3)将步骤(2)中除氧后的容量瓶在150-200W的蓝光灯下照射并搅拌反应12_48h;
[0020](4)将步骤(3)所得产物在超纯水中透析2-4天，然后放入真空箱中干燥，得到聚合物 PSS;
[0021](5)将上述采用芘官能化的RAFT试剂合成的PSS命名为PSS2;
[0022 ] 4、固态电化学发光传感器的制备:
[0023]利用聚合物PSS带的负电荷和三联吡啶钌引发剂带的正电荷，使聚合物最终产物上通过静电作用吸附[Ru(bpy)32+]，很难通过洗涤的步骤除去吸附的[Ru(bpy)32+]，无需再添加电化学发光探针，就能够将步骤I中合成的聚合物PSSl和步骤3中合成的聚合物PSS2用于电化学发光传感器的构建，采用静电吸附、离子交换、物理包埋或JT-JT叠加中的一种或一种以上方法，将步骤I中合成的PSSI在水中溶解制得浓度大于0.1mM PSSl水溶液，制得的PSSl水溶液与阳离子交换树脂(如Naf 1n)按照体积比20:1-1: 20比例混合，再直接滴涂到电极表面红外烘干10-60S即得到固态电化学发光传感器;或将表面为石墨烯平面的电极直接浸泡在5_20mM的PSS2的水溶液中12-48h，通过芘官能基团与石墨烯表面的JT-JT叠加作用，将吸附有三联吡啶的聚合物PSS2固定到电极表面，构成固态电化学发光传感器，再将所制得传感器用氮气吹干，用以测试；
[0024]5、对传感器进行重现性能检测:
[0025]对所制备的传感器的重现性进行测试，连续扫描3000s后荧光强度下降幅度不足1%，制备的传感器重现性能良好，性能稳定;对所制备的传感器的长期稳定性进行测定90天后，其电化学发光强度降低了小于10%，表明所制备的电化学发光传感器长期稳定性良好。
[0026]本发明与现有技术相比，其制备工艺过程简单，制备效率高，产品质量好，稳定性能强，应用环境友好。
【附图说明】
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[0027]图1为本发明涉及的聚合物PSS的合成过程原理示意图。
[0028]图2A为制备的电化学发光传感器连续扫描3000s的电化学发光强度图；图2B为制备的电化学发光传感器长期稳定性的测试图。
【具体实施方式】
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[0029]下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步说明。
[0030]1、利用三联吡啶钌作为光引发剂引发的RAFT聚合制备聚合物PSS:
[0031](lM#60mg RAFT试剂(4_氰基_4_乙基三硫代戊酸，CETP)、6g对苯乙烯磺酸钠和1mg三联吡啶钌在50mL的容量瓶中用6mL水和8mL 二氧六环溶解得试剂备用；
[0032 ] (2)将步骤(I)中装有试剂的容量瓶内通入氮气40分钟除去氧气；
[0033 ] (3)将步骤(2)中除氧后的容量瓶在200W的蓝光灯下照射48h;
[0034](4)将步骤(3)所得产物在超纯水中透析4天，然后放入真空箱中干燥，得到聚合物PSS ；
[0035](5)将上述采用非芘官能化的RAFT试剂合成的PSS命名为PSSl ；
[0036]实施例2:
[0037]本实施例将4-氰基-4-乙基三硫代戊酸(CETP)进行芘官能化，得到芘官能化的芘官能化的4-氰基-4-乙基三硫代戊酸(PCETP)试剂，具体工艺为:
[0038](I)分别取0.5g芘甲醇、0.73g CETP,0.6383g二环己基碳二亚胺(DCC)和0.0378g4-二甲氨基吡啶(DMAP)溶于1mL四氢呋喃(THF)得混合物；
[0039](2)将步骤(I)所述混合物在室温下搅拌反应12h，然后过滤除去固体副产物得滤液；
[0040](3)将从步骤(2)中得到的滤液旋蒸后按照乙酸乙酯和正己烷30:70的重量比例过硅胶柱，得到的产物即PCETP ；
[0041 ] 实施例3:
[0042]采用芘官能化的RAFT试剂来说明通过光引发聚合合成芘官能化的PSS过程，具体工艺包括以下步骤:
[0043](I)将23.9mg RAFT试剂(芘官能化的4_氰基_4_乙基三硫代戊酸，PCETP)、2.06gpH中性条件下带负电荷的单体(对苯乙烯磺酸钠)和1.5mg三联吡啶钌在50mL的容量瓶中用3.5mL水和3.5mL 二氧六环进行溶解得试剂；
[0044](2)将步骤(I)中装有试剂的容量瓶内通入氮气30分钟除去氧气；
[0045](3)将步骤(2)中除氧后的容量瓶在165W的蓝光灯下照射并搅拌反应24h;
[0046](4)将步骤(3)所得产物在超纯水中透析3天，然后放入真空箱中干燥，得到聚合物PSS ；
[0047](5)将上述采用芘官能化的RAFT试剂合成的PSS命名为PSS2;
[0048]实施例4:
[0049]PSSl在水中溶解制得浓度为5mM PSSl水溶液，制得的PSSl水溶液与阳离子交换树月旨(如Naf1n)按照体积比1:1比例混合，再直接滴涂到电极表面红外烘干60s即得到固态电化学发光传感器；
[0050]实施例5:
[0051]将高温热解石墨电极直接浸泡在1mM的PSS2的水溶液中24h，通过芘官能基团与石墨烯表面的31-31叠加作用，将吸附有三联吡啶的聚合物PSS2固定到电极表面，制备固态电化学发光传感器，再将所制得的传感器用氮气吹干即得到固态电化学发光传感器；
[0052]实施例6:
[0053]本实施例对制备的固态电化学传感器重现性和长期稳定性进行测试:
[0054]对所制备的固态电化学传感器的重现性进行测试，如图2A所示，连续扫描3000s后荧光强度下降幅度不足1%，制备的固态电化学传感器重现性能良好，性能稳定;对所制备的固态电化学传感器的长期稳定性进行测定90天后，其电化学发光强度降低了小于10%，制备的固态电化学传感器长期稳定性良好。
【主权项】
1.一种固态电化学发光传感器的制备方法，其特征在于具体工艺包括以下步骤: (一)利用三联吡啶钌作为光引发剂引发RAFT聚合制备聚合物聚苯乙烯磺酸钠: (1)将47-60mgRAFT试剂4-氰基-4-乙基三硫代戊酸、2-6g pH中性条件下带负电荷的对苯乙烯磺酸钠和1-1Omg三联吡啶钌在50mL的容量瓶中用3-6mL水和4-8mL 二氧六环进行溶解得试剂； (2)将步骤(I)中装有试剂的容量瓶内通入氮气20-40分钟除去氧气； (3)将步骤(2)中除氧后的容量瓶在150-200W的蓝光灯下照射12-48h; (4)将步骤(3)所得产物在超纯水中透析2-4天，然后放入真空箱中干燥，得到聚合物聚苯乙烯磺酸钠； (5)将上述采用非芘官能化的RAFT试剂合成的聚苯乙烯磺酸钠命名为聚苯乙烯磺酸钠I; (二)对RAFT试剂4-氰基-4-乙基三硫代戊酸进行芘官能化，具体工艺包括以下步骤: (1)分别取0.5-2g芘甲醇、0.73-3gCETP、0.6383-lg二环己基碳二亚胺和Ο.?^Τδ-Ο.06g 4-二甲氨基吡啶溶于8-20mL四氢呋喃制得混合物备用； (2)将步骤(I)所得混合物在室温下搅拌反应12-36h，然后过滤除去固体副产物得滤液； (3)将从步骤(2)中得到的滤液旋蒸后按照乙酸乙酯和正己烷30:70的重量比例过硅胶柱，得到的产物即为芘官能化的4-氰基-4-乙基三硫代戊酸； (三)采用芘官能化的RAFT试剂通过光引发聚合合成芘官能化的聚苯乙烯磺酸钠过程，具体工艺包括以下步骤: (1)将20-66mg芘官能化的4-氰基-4-乙基三硫代戊酸，2-6gpH中性条件下带负电荷的对苯乙烯磺酸钠，1-1Omg三联吡啶钌在50mL的容量瓶中用3-6mL水和4-8mL 二氧六环溶解； (2)将步骤(I)中装有试剂的容量瓶内通入氮气20-40分钟除去氧气； (3)将步骤(2)中除氧后的容量瓶在150-200W的蓝光灯下照射并搅拌反应12-48h; (4)将步骤(3)所得产物在超纯水中透析2-4天，然后放入真空箱中干燥，得到聚合物聚苯乙烯磺酸钠； (5)将上述采用芘官能化的RAFT试剂合成的聚苯乙烯磺酸钠命名为聚苯乙烯磺酸钠2; (四)固态电化学发光传感器的制备: 利用聚合物聚苯乙烯磺酸钠带的负电荷和三联吡啶钌引发剂带的正电荷，使聚合物最终产物上通过静电作用吸附[Ru(bpy)32+]，很难通过洗涤的步骤除去吸附的[Ru(bpy)32+]，无需再添加电化学发光探针，就能够将步骤I中合成的聚合物聚苯乙烯磺酸钠I和步骤3中合成的聚合物聚苯乙烯磺酸钠2用于电化学发光传感器的构建，采用静电吸附、离子交换、物理包埋或JT-JT叠加中的一种或一种以上方法，将步骤I中合成的聚苯乙烯磺酸钠I在水中溶解制得浓度大于0.1mM聚苯乙烯磺酸钠I水溶液，制得的聚苯乙烯磺酸钠I水溶液与阳离子交换树脂按照体积比20:1-1: 20比例混合，再直接滴涂到电极表面红外烘干10-60S即得到固态电化学发光传感器;或将表面为石墨烯平面的电极直接浸泡在5-20mM的聚苯乙烯磺酸钠2的水溶液中12-48h，通过芘官能基团与石墨烯表面的JT-JT叠加作用，将吸附有三联吡啶的聚合物聚苯乙烯磺酸钠2固定到电极表面，构成固态电化学发光传感器，再将所制得传感器用氮气吹干，用以测试。2.根据权利要求1所述的固态电化学发光传感器的制备方法，其特征在于对所制备的传感器的重现性进行测试，连续扫描3000s后荧光强度下降幅度不足1%，制备的传感器重现性能良好，性能稳定；再对所制备的传感器的长期稳定性进行测定90天后，其电化学发光强度降低了小于10%，制备的电化学发光传感器长期稳定性良好。
【文档编号】G01N21/76GK105911122SQ201610489344
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年6月27日
【发明人】许元红, 刘敬权, 陈涛
【申请人】青岛大学