硅烷化碳量子点表面咖啡酸分子印迹聚合物、其制备方法及其应用与流程

本发明属纳米材料、分子印迹技术和生物分析检测领域，具体涉及一种硅烷化碳量子点表面分子印迹聚合物、其制备方法及基于该聚合物的传感平台定量测定样品中咖啡酸的用途。
背景技术：
：咖啡酸(3,4-dihydroxycinnamicacid,ca)，分子式：c9h8o4，结构式如下：是一种具有独特氧化性质的酚酸类化合物，具有收缩增固微血管，促进凝血因子功能，升高白血球及血小板之功效，在临床上用于白细胞、血小板减少症的治疗。近年来，研究表明咖啡酸还可以用于儿童上呼吸道感染和肥胖症，咖啡酸片是其临床应用的主要制剂。目前国内外测定咖啡酸含量时，通常采用色谱分离，电化学、荧光或质谱检测。这些方法虽然比较成熟，但存在许多缺点。如色谱分离耗时长、电化学检测重现性较差、质谱检测需要昂贵的仪器等，且以上仪器操作也比较复杂。因此，探索一种新的咖啡酸含量的测定方法将是一项极具实际意义的研究。近年来，碳量子点(carbonquantumdots,碳量子点)作为一种新兴的碳纳米材料，由于其独特的光学特性，良好的生物相容性以及低毒性，引起了人们的广泛关注。一般来说，碳量子点是指粒径小于10nm，具有准球形的微观结构，能够稳定发光的一类碳纳米颗粒。光致发光是碳量子点最特别的特征之一，与传统的有机染料相比，碳量子点的激发光谱宽且连续、光稳定性高、具有抗光漂白的能力。近几年来，碳量子点在新型荧光探针方面的研究取得了重大进展，显示了巨大的应用价值和开发潜力。碳量子点定量的原理与传统的荧光探针类似：将被测物引入碳量子点表面，待测物和碳量子点之间会发生一系列相互作用产生能量或者电子的转移，这些相互作用通过碳量子点的荧光强度显现出来，就可以实现对待测物的定量检测。因此，为获得准确的分析结果，要尽量避免碳量子点表面的非选择性结合。分子印迹技术(molecularimprintingtechnique，mit)是一种制备对特定分子具有专一识别性能的聚合物的技术。分子印迹聚合物(molecularlyimprintedpolymer,mip)具有高选择性和特异识别的能力，在生物分离、分析检测、药物提纯和传感器等方面有着非常广阔的应用前景。分子印迹聚合物在合成过程中，目标分子与功能单体通过共价键或者非共价键结合形成复合物，然后在交联剂的作用下形成聚合物，最后，通过模板分子洗脱剂除去模板分子，聚合物中即留下了与模板分子大小、形状、功能团互补的孔穴，得到对模板分子具有选择性识别作用的分子印迹聚合物。目前，分子印迹聚合物的制备方法有本体聚合、原位聚合、沉淀聚合、悬浮聚合和表面印迹法。分子印迹技术由于其高选择性和特异性识别作用已经被广泛应用于生物学、环境分析、传感器等多个学科领域中。将具有高选择性和特异识别能力的分子印迹聚合物与具有独特的荧光性能碳量子点结合在一起，既可以实现对待测物的选择性的结合，又可以利用碳量子点的荧光特性对待测物进行定量分析。这种方法在国内外得到了广泛的认可和研究，应用碳量子点结合分子印迹的方法来检测咖啡酸的药物含量还未见报道。技术实现要素：为了克服现有技术费时、操作复杂、费用高等缺陷，本发明的目的在于提供一种硅烷化碳量子点表面咖啡酸分子印迹聚合物、其制备方法及其用于检测咖啡酸药物含量的用途，检测过程快速、简便、经济、可视化。为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：硅烷化碳量子点表面咖啡酸分子印迹聚合物，是以咖啡酸为模板分子，氨丙基三乙氧基硅烷为功能单体，两者的前体复合材料在硅烷化碳量子点表面与交联剂正硅酸四乙酯共聚凝胶化获得结合神经递质分子的分子印迹聚合物，粒径为纳米级别。硅烷化碳量子点表面咖啡酸分子印迹聚合物的制备方法：(1)硅烷化碳量子点的合成：称取无水柠檬酸于烧杯中，加入氨丙基三乙氧基硅烷，搅拌，使得碳源无水柠檬酸在钝化剂氨丙基三乙氧基硅烷中分散，将其转移至30ml反应釜中，180～240℃高温反应5h,所得的反应液冷却至室温以后，离心除去未反应的固体杂质，所得上清液透析纯化即得到所需要的硅烷化碳量子点溶液。得到的硅烷化碳量子点粒径为3-10nm。(2)咖啡酸分子印迹聚合物的制备：称取咖啡酸模板分子，溶解在乙醇中，分散均匀，通氮除氧，得到浓度为0.09～0.14mol·l-1的咖啡酸乙醇溶液；将步骤(1)制备所得的硅烷化碳量子点、功能单体氨丙基三乙氧基硅烷和交联剂正硅酸四乙酯依次加入上述咖啡酸乙醇溶液中，使用氨水催化反应，在氮气保护作用下，搅拌反应18～24h,得到的反应液离心除去上清，得到的固体先用乙醇洗涤，再用模板分子洗脱剂洗涤，直到除去模板分子，即得到咖啡酸的分子印迹聚合物。模板分子、功能单体、交联剂的摩尔比为1:2～5:6～12；所述模板分子为咖啡酸分子。硅烷化碳量子点表面咖啡酸分子印迹聚合物用于定量测定样品中咖啡酸的用途。本发明的反应原理如下：模板分子(咖啡酸)中的羟基(-oh)与功能单体氨丙基三乙氧基硅烷结合，合成出功能化的反应前体-模板分子和功能单体的复合物。然后，在可控的反应条件下，在硅烷化碳量子点表面，与交联剂正硅酸四乙酯共聚凝胶化，获得结合神经递质分子的分子印迹聚合物。最后，洗脱除去咖啡酸分子，从而在碳量子点表面产生带有残基的结合位点和形状匹配的结合“空穴”，制备出对咖啡酸分子具有高选择性和高度亲和力的功能化分子印迹聚合物。有益效果：本发明采用将分子印迹技术和碳量子点相结合的方式，将碳量子点作为分子印迹的载体，同时利用碳量子点独特的发光特性，实现对咖啡酸的快速有效的定量检测。合成的分子印迹聚合物具有极高的比表面积，能够大量地吸附待测物，猝灭常数可达1.5×104m-1。合成的分子印迹聚合物能够在水中选择性的结合检测物，高效并且环保。附图说明图1a是实施例10制备得到的硅烷化碳量子点的透射电子显微镜图，得到的硅烷化碳量子点粒径为3-10nm；图1b是实施例10制备得到的咖啡酸分子印迹聚合物的透射电子显微镜图，得到的咖啡酸分子印迹聚合物粒径为40-200nm；图2是实施例10制备得到印迹聚合物对模板分子的吸附的荧光图对比：硅烷化碳量子点具有很强的荧光(曲线a)；未洗脱模板分子的印迹聚合物荧光大幅度地下降(曲线b),推测是由于大量地模板分子的存在，猝灭了碳量子点的荧光；将模板分子洗净以后，印迹聚合物的荧光强度明显增强(曲线c)，但较洗脱前(曲线a)荧光强度低；在洗脱完模板分子的印迹聚合物中再次加入模板分子，荧光又降低(曲线d),进一步证明了咖啡酸分子被成功印迹。图3是咖啡酸分子对实施例10制备得到的印迹聚合物荧光猝灭的stern-volmer图。由图3可以看到，模板分子咖啡酸的浓度与荧光猝灭程度f0/f在一定范围内呈线性，线性回归方程为y＝1.0308+0.0051x，相关系数r＝0.9979。具体实施方式咖啡酸(ca,98％)、正硅酸四乙酯(上海麦克林生化科技有限公司)；氨丙基三乙氧基硅烷(98％，阿拉丁试剂有限公司)；甲醇、乙醇、乙酸(国药集团化学试剂有限公司)。以下实施例所采用的硅烷化碳量子点的制备方法如下：称取无水柠檬酸0.5g于烧杯中，加入氨丙基三乙氧基硅烷10ml，搅拌，使得无水柠檬酸在氨丙基三乙氧基硅烷中分散，将其转移至30ml反应釜中，200～210℃高温反应5h,所得的反应液冷却至室温以后，离心除去未反应的固体杂质，所得上清液透析纯化即得到所需要的硅烷化碳量子点溶液。本发明中咖啡酸乙醇溶液的可取浓度范围为0.09～0.14mol·l-1，以下实施例中，选择固定咖啡酸乙醇溶液为0.02mol·l-1，考察模板分子咖啡酸与功能单体的摩尔比例、模板分子与交联剂的摩尔比例等对产物性能参数的影响。实施例1硅烷化碳量子点表面咖啡酸分子印迹聚合物的制备方法，步骤如下：(1)称取100mg咖啡酸模板分子，溶解在30ml乙醇中，超声分散均匀，通氮除氧；(2)加入功能单体-氨丙基三乙氧基硅烷260μl搅拌30min后，将硅烷化碳量子点加入，同时加入交联剂正硅酸四乙酯990μl，使用氨水催化反应，在氮气保护作用下，搅拌反应24h，得到的反应液离心除去上清，得到的固体先用乙醇洗涤，再用模板分子洗脱剂洗涤，直到除去模板分子，即得到咖啡酸的分子印迹聚合物。实施例1-11的工艺条件列举对比如表1：表1以实施例1-11所制备得到的分子印迹聚合物(mip)为考察对象，以水为识别溶剂，分别配制含不同浓度mip的水溶液，超声之后放置至室温，测定其荧光。根据stern-volmer方程式f0/f＝1+ksv[q]来研究其识别性能(式中f0、f分别为未加猝灭剂时和加入猝灭剂时荧光体的荧光强度；q代表猝灭剂，[q]为猝灭剂浓度；ksv称为stern-volmer猝灭常数，它可以大致反应出猝灭剂和荧光体之间的相互作用情况；if＝ksv,mip/ksv,nip，if为印迹常数，用来表示印迹聚合物对模板分子的吸附性能)。本专利考察了模板分子与功能单体的摩尔比例(实施例1、2、3、4)、模板分子与交联剂的摩尔比例(实施例5、6、7、8)、分子印迹聚合物的合成时间对吸附性能的影响，证明可通过实验条件的优化合成识别性能优异的咖啡酸分子印迹聚合物。如表2-4中所示，猝灭常数ksv越大表明合成的mip对咖啡酸分子的响应越好，印迹常数if越大表明合成的mip分子对咖啡酸分子的选择性越高。表2咖啡酸和功能单体氨丙基三乙氧基硅烷的摩尔比对吸附性能的影响实施例1实施例2实施例3实施例4摩尔比1:21:31:41:5ksv(l·mol-1)1328321536331650if1.634.972.381.59可见：随着功能单体加入量的增加，k与if均先增加后减小，当模板分子与功能单体摩尔比为1：3时，ksv与if最大。此时功能单体与模板分子之间的氢键结合最稳定，mip对咖啡酸的吸附性能最好。表3咖啡酸和交联剂正硅酸四乙酯的摩尔比对吸附性能的影响实施例5实施例6实施例7实施例8摩尔比1:61:81:101:12ksv(l·mol-1)2497321519481146if2.404.972.141.23可见：随着交联剂加入量的增加，k与if均先增加后减小，当模板分子与交联剂摩尔比为1：8时，ksv与if最大。此时合成的mip对咖啡酸的吸附性能最好。表4印迹聚合物的合成时间对吸附性能的影响反应时间(h)122436ksv(l·mol-1)200632152497if2.354.972.88可见：当反应时间为24h时，合成的mip对咖啡酸的吸附性能最好。咖啡酸分子对实施例1-11所合成的nip(空白聚合物，除不加咖啡酸模板分子外，其他步骤相同)的荧光猝灭没有规律，而且最低猝灭浓度均远远高于mip(分子印迹聚合物)的，说明所合成的mip对模板分子具有选择性识别能力。实施例12以水为识别溶剂，研究以咖啡酸为模板分子的印迹聚合物洗脱去咖啡酸分子前、后，以及咖啡酸分子和已洗脱干净模板分子的印迹聚合物的相互作用的荧光光谱图。实验结果见图2。实施例13以水为识别溶剂，研究以咖啡酸为模板分子的印迹聚合物的吸附性能。首先，将合成的印迹聚合物在水溶液中超声分散。然后取500μl不同浓度的咖啡酸溶液，分别加入到500μl的印迹聚合物中，震荡吸附。最后，将识别体系放至室温，测定荧光。根据stern-volmer方程式f0/f＝1+ksv[q]来研究印迹聚合物的吸附性能，结果见图3。当前第1页12