一种高度有序无裂纹反蛋白石结构分子印迹膜、制备方法及应用

1.本发明涉及水凝胶分析检测技术领域，尤其是涉及一种高度有序无裂纹反蛋白石结构分子印迹膜、制备方法及应用。


背景技术：

2.比色传感检测因其操作简单、成本低、快捷方便，在生物医学诊断、生物测定和分析物检测等方面具有广阔的应用前景。刺激响应水凝胶与三维有序光子晶体相结合形成的具有光子晶体结构的凝胶膜由于制备简单、刺激响应和视觉感知颜色变化的完美结合，成为一种通用的比色传感平台。与仅能对ph、离子强度等物理刺激响应的凝胶膜不同，具有光子晶体结构的分子印迹膜由于其特异性的分子识别位点可以特异性的对分子进行检测，从而备受关注。通常，光子晶体结构的分子印迹膜是指具有反蛋白石结构的分子印迹膜。反蛋白石结构可以确保待分析物分子(尤其是大尺寸分子)的三维传输路径，并使特定波长的光发生布拉格衍射，从而产生视觉上可感知的颜色。从这一点上来看，分子印迹膜中反蛋白石结构的有序性和连通性对于快速特异性的比色传感至关重要。
3.目前，反蛋白石结构分子印迹膜由三步法制备：i：胶粒自组装成胶体晶体；ii：水凝胶前驱液渗入胶体晶体；iii：选择性去除胶体晶体和印迹分子。但由于水凝胶前驱体渗透过程中毛细作用可能引起胶粒相对运动，使得该法制备的反蛋白石结构表面容易出现裂缝，且很难保证其长程有序性。由于存在裂缝和长距离无序，分子印迹膜的颜色均匀性以及传感性能不令人满意，从而限制了它们的实际应用。因此，需开发简单有效的新方法用以构筑高度有序无裂纹反蛋白石结构的分子印迹膜。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对现有技术的不足，公开一种简单有效的新方法，用以构筑高度有序无裂纹反蛋白石结构的分子印迹膜。
5.为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
6.本发明的第一个方面，是提供一种高度有序无裂纹反蛋白石结构分子印迹膜的制备方法，所述方法包括以下步骤：
7.(1)聚(苯乙烯-co-丙烯酸)(psa)胶粒乳液的制备：将苯乙烯和丙烯酸加入到去离子水中，在n2保护下进行剧烈机械搅拌得到混合物，将所述混合物加热至75℃并保持30分钟，在向所述混合物体系中加入过硫酸铵的水溶液，在75℃下反应10小时，制得质量分数为7.3wt.％的乳白色psa胶粒乳液，最后加水稀释，将其配成质量分数为1wt.％的psa胶粒乳液；
8.(2)复合蛋白石结构分子印迹膜的制备：
9.将功能单体、交联剂、四环素溶于二次蒸馏水中混合均匀，再加入引发剂得到水凝胶前驱液；
10.将所述水凝胶前驱液加入所述psa胶粒乳液中，超声震荡，得到混合均匀的反应液；
11.将亲水玻璃片垂直放入所述混合均匀的反应液中，置于50℃下反应28h，得到含有psa胶粒和四环素的凝胶并且黏附于玻璃片上；
12.将所述黏附于玻璃片上含有psa胶粒和四环素的凝胶浸泡于去离子水中，所述凝胶可从玻璃片自动脱落，即得到复合蛋白石结构的分子印迹膜；
13.(3)反蛋白石结构分子印迹膜的制备：
14.将所述复合蛋白石结构分子印迹膜干燥，然后置于二甲苯中24h，除去psa胶粒；进而置于十二烷基硫酸钠/乙酸混合液中3h，除去模板分子四环素，即得到颜色均匀的反蛋白石结构分子印迹膜。
15.进一步的，所述步骤(2)中的功能单体由丙烯酰胺am和衣康酸ia组成，所述丙烯酰胺am和衣康酸ia的加入量分别是20～70mmol、15～20mmol。
16.进一步的，所述步骤(2)中的交联剂是n，n-亚甲基双丙烯酰胺bis，所述n，n-亚甲基双丙烯酰胺bis的加入量是0.7～3.5mmol。
17.进一步的，所述步骤(2)中的四环素加入量为1～20mg。
18.进一步的，所述步骤(2)中的引发剂是过硫酸铵aps，所述过硫酸铵aps的加入量是0.0175mmol。
19.进一步的，所述步骤(2)中水凝胶前驱液与psa胶粒乳液的体积比为0.05～1.25∶1。
20.进一步的，所述水凝胶前驱液与psa胶粒乳液的体积比为0.05～1.25∶1相对应的功能单体浓度为0.1～1.2mol/l。
21.另一方面，采用1～7任一项所述的制备方法制备而成。
22.另一方面，所述一种高度有序无裂纹反蛋白石结构分子印迹膜对传感器的测定方法，将分子印迹膜浸入四环素水溶液中2min，取出后测定其反射光谱，并用数码相机拍摄相应的光学照片。
23.进一步的，所述的四环素水溶液是0～10-4
mol/l。
24.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
25.(1)与传统的三步法相比，本发明制备方法步骤简单、操作方便。
26.(2)本发明的分子印迹膜具有长程有序的三维多孔结构，表面无裂纹，呈现出均匀的颜色。
27.(3)本发明的分子印迹膜用于目标分子检测时，布拉格(bragg)衍射波长随溶液中目标化合物浓度的增加发生红移，并能肉眼观察到明显的颜色变化。
28.(4)本发明的分子印迹膜的布拉格衍射波长偏移与分析物浓度之间满足数学关系，使其不仅可以通过肉眼进行定性检测，而且可以基于拟合方程定量推断分析物浓度。
附图说明
29.附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。
30.图1是实施例2制备的复合蛋白石结构分子印迹膜的sem照片。
31.图2是实施例3制备的反蛋白石结构分子印迹膜的sem照片。
32.图3是实施例4中的反蛋白石结构分子印迹膜在不同浓度四环素溶液的反射光谱图和光学照片如图3a；红移量δλ与目标分子浓度的负对数-logc呈线性关系如图3b。
具体实施方式
33.下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述，但这些实施例并不限制本发明的保护范围。
34.本发明实施例提供的高度有序无裂纹反蛋白石结构分子印迹膜具体按以下方法制备：
35.(1)聚(苯乙烯-co-丙烯酸)psa胶粒乳液的制备：将苯乙烯和丙烯酸加入到去离子水中，在n2保护下进行剧烈机械搅拌得到混合物，将所述混合物加热至75℃并保持30分钟，在向所述混合物体系中加入过硫酸铵的水溶液，在75℃下反应10小时，制得质量分数为7.3wt.％的乳白色psa胶粒乳液，最后加水稀释，将其配成质量分数为1wt.％的psa胶粒乳液；
36.(2)复合蛋白石结构分子印迹膜的制备：
37.将功能单体、交联剂、四环素溶于二次蒸馏水中混合均匀，再加入引发剂得到水凝胶前驱液；
38.将所述水凝胶前驱液加入所述psa胶粒乳液中，超声震荡，得到混合均匀的反应液；
39.将亲水玻璃片垂直放入所述混合均匀的反应液中，置于50℃下反应28h，得到含有psa胶粒和四环素的凝胶并且黏附于玻璃片上；
40.将所述黏附于玻璃片上含有psa胶粒和四环素的凝胶浸泡于去离子水中，所述凝胶可从玻璃片自动脱落，即得到复合蛋白石结构的分子印迹膜；
41.(3)反蛋白石结构分子印迹膜的制备：
42.将所述复合蛋白石结构分子印迹膜干燥，然后置于二甲苯中24h，除去psa胶粒；进而置于十二烷基硫酸钠/乙酸混合液中3h，除去模板分子四环素，即得到颜色均匀的反蛋白石结构分子印迹膜。
43.进一步地，参见以下具体实施例1～4。
44.实施例1：聚(苯乙烯-co-丙烯酸)(psa)胶粒乳液的制备
45.将13.5ml苯乙烯和1ml丙烯酸加入125ml去离子水中，在n2保护下进行剧烈机械搅拌。然后，将混合物加热至75℃并保持30分钟。随后，将0.1g过硫酸铵的20ml水溶液加入上述混合体系中，在75℃下反应10小时，制得质量分数为7.3wt.％的乳白色psa胶粒乳液，最后加水稀释，将其配成质量分数为1wt％的20ml psa乳液；
46.实施例2：复合蛋白石结构分子印迹膜的制备
47.水凝胶前驱液的组成：35mmol丙烯酰胺am、17.5mmol衣康酸ia、2.1mmol n，n-亚甲基双丙烯酰胺bis、2mg四环素、0.0175mmol过硫酸铵aps、25ml h2o。
48.取体积为(25ml、10ml、5ml、3ml、2ml、1ml)水凝胶前驱液且相应功能单体浓度为(1.2mol/l、0.75mol/l、0.45mol/l、.3mol/l、0.2mol/l、0.1mol/l)分别加入上述质量分数为1wt％的20ml psa乳液中，超声震荡，得到混合均匀的反应液；
49.将亲水玻璃片垂直放入上述反应液中，置于50℃下反应28h，得到含有psa胶粒和四环素的凝胶(黏附于玻璃片上)；
50.将上述凝胶浸泡于去离子水中，凝胶可从玻璃片自动脱落，即得到复合蛋白石结构的分子印迹膜；
51.如图1所示的是制备的复合蛋白石结构分子印迹膜的sem照片，可以看出水凝胶前驱液和psa乳液的体积比、功能单体的浓度，会在一定程度上影响复合蛋白石结构有序性，因此需严格控制水凝胶前驱液和psa乳液体积比和功能单体浓度。
52.实施例3：反蛋白石结构分子印迹膜的制备
53.将上述基于水凝胶前驱液和psa乳液体积比为0.1∶1，功能单体浓度为0.2mol/l的复合蛋白石结构的分子印迹膜干燥，置于二甲苯中24h，除去psa胶粒；进而置于十二烷基硫酸钠/乙酸混合液中3h，除去模板分子四环素，即得到颜色均匀的反蛋白石结构分子印迹膜。如图2所示的是制备的反蛋白石结构分子印迹膜的sem照片，从照片中可以看出，其具有长程有序的三维多孔结构，表面无裂纹。
54.实施例4：反蛋白石结构分子印迹膜对四环素的测定
55.配置浓度为0mol/l，10-9
mol/l，10-8
mol/l，10-7
mol/l，10-6
mol/l，10-5
mol/l，10-4
mol/l的四环素水溶液，将所得的反蛋白石结构分子印迹膜依次置于上述溶液中，待溶胀达到平衡后取出。用光纤光谱仪测定反射光谱，数码相机拍摄相应的光学照片。如图3a所示反蛋白石结构分子印迹膜在不同浓度四环素溶液的反射光谱图和光学照片其反射波长随溶液浓度增加发生红移，红移量为118nm，并伴随明显的颜色变化。红移量δλ与目标分子浓度的负对数-logc呈线性关系如图3b所示，使得该传感器可用于定量检测。
56.关于检测灵敏度的效果：浓度为0mol/l的四环素水溶液为对比例，四环素水溶液的浓度低于10-9
mol/l时分子不能响应，当浓度高于10-4
mol/l检测无变化。
57.可以理解的是，以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。