本发明属于功能材料制备技术领域，涉及一种zno量子点/多孔硅荧光材料的制备方法和荧光传感器的应用研究，具体涉及的是一种zno量子/多孔硅荧光材料表面三聚氰胺分子印迹荧光传感器的制备方法和应用。
背景技术：
三聚氰胺是一种化工原料，广泛用于塑料、厨具、粘合剂等行业。三聚氰胺能够导致儿童和青少年严重的健康问题，如肾结石、肾衰竭、膀胱癌等。因此监测食品中三聚氰胺的含量，防止其非法添加很有必要。
传统检测三聚氰胺的方法有高效液相色谱法(hplc)、气相-质谱联用法(gc-ms)、液相-质谱联用(lc-ms)、毛细管电泳法(ce)等，这些检测方法使用的仪器较为昂贵、操作繁琐复杂，限制其在快速检测中的应用。随着纳米技术的发展，已开发一系列新型检测食品中三聚氰胺的方法。量子点(qds)由于具有宽的激发光谱、窄的发射光谱、优异的光学稳定性等特点，代替传统有机荧光染料用于污染物检测。掺杂金属元素的方法制备的qds通常有较大的斯托克位移，但也导致其表面缺陷增大，降低其荧光稳定性。znoqds的制备过程中不使用重金属离子、成本低、空气中稳定性好等特点，成为一种理想的绿色荧光检测材料。znoqds由于具有较高的表面能，容易长大并发生团聚；容易产生ostwaldripening现象而使荧光发射峰消失。为防止znoqds制备及固化过程中发生团聚，传统方法是加入有机表面修饰剂，但这些修饰剂在使用过程中容易脱落，降低其使用的可靠性。二氧化硅因具有良好的化学稳定性、抗分解能力、光学透明性等特点，成为一种理想的qds包覆材料。通过溶胶-凝胶法对qds进行包覆，加入模板剂制备多孔sio2荧光材料，有效提高qds的稳定性，增加其比表面积，减少qds包埋过深。另外sio2由于表面易功能化，为qds的进一步应用奠定了基础。
食品中的三聚氰胺通常含量较低且存在基体环境复杂，在对其进行检测前需要预富集处理。分子印迹技术(mips)是一种常见用于选择性识别特定分子的分离富集方法。mips具有制备简单、稳定性好、成本低、选择性高等特点，广泛用作固相萃取吸附剂。传统的的分子印迹存在印迹位点包埋深、洗脱困难、传质速率慢等缺陷，为克服这些缺陷研究人员开发了表面分子印迹技术。多孔sio2由于具表面易修饰，比表面积大，传质快等特点，是一种良好的表面印迹基材。结合表面分子印迹选择性识别和量子点荧光检测技术，制备能够对三聚氰胺具有荧光响应能力的荧光传感器，可应用于乳制品中三聚氰胺的检测。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有检测三聚氰胺操作繁琐、灵敏度低、抗干扰能力差等缺陷，提供一种znoqds/多孔硅表面分子印迹荧光传感器的制备方法及应用。采用自由基聚合方法，合成以三聚氰胺(mel)为分子印迹聚合物的模板分子，丙烯酸(aa)为功能单体，氧化锌量子点/多孔硅(sio2@znoqds)为基质材料，二甲基丙烯酸乙二醇酯(egdma)为交联剂，偶氮二异丁腈(aibn)为引发剂，乙醇/水混合溶液为溶剂，合成对三聚氰胺具有选择性识别特性的表面分子印迹荧光传感器(mel-mip)，并用于对乳制品中的三聚氰胺进行检测。
一种zno量子点/多孔硅荧光材料制备方法，按以下步骤进行：
(1)称取二水合乙酸锌znac2·2h2o加入单口烧瓶中，加入乙醇进行超声，将分散好的混合液转移到油浴锅中，回流得到无色透明溶液；其中，为防止水汽的进入，回流管顶端应该加氯化钙(cacl2)干燥管；
(2)移取步骤(1)制得的乙酸锌溶液，加入氢氧化锂，冰水浴下超声震荡搅拌，制得无色透明zno量子点溶胶；加入γ-巯丙基三甲氧基硅烷kh-590乙醇溶液搅拌修饰，用正己烷反溶剂进行洗涤，然后再加入乙醇溶解，以上操作重复几次，最后得到的znoqds冷冻干燥，研磨成粉备用；
(3)将p123溶解于乙醇中，加入sio2水溶胶，混合搅拌，再称取制备的量子点，溶解到上述混合液中搅拌，搅拌后，加入hcl进行催化teos水解，暗反应过夜，用乙醇洗去表面活性剂，用离心机进行离心分离，真空干燥后研磨，最后n2气流中灼烧，去除致孔剂p123形成多孔sio2@znoqds荧光材料。
步骤(1)中，所述的乙酸锌/乙醇溶液的用量比为1mmol:10ml；超声时间为30min；乙酸锌回流溶解在乙醇溶液中回流温度为80～85℃，回流时间为30～180min。
步骤(2)中，所述的乙酸锌、氢氧化锂和kh-590物质的量之比为1：1～3mol：5～10mmol；正己烷体积为20ml。
步骤(3)中，所述的p123、乙醇、sio2水溶胶用量比例为0.5～2g：30ml：5～20ml，znoqds加入量为50～200mg；盐酸体积为200μl；离心速度为12000rpm/min；n2气流中灼烧温度为550℃。
步骤(3)中，所述sio2水溶胶中，水:乙醇:teos的体积比为2:1:2。
利用本发明所述制备方法制得的一种zno量子点/多孔硅荧光材料。
将本发明制得的zno量子点/多孔硅荧光材料用于制备分子印迹荧光传感器的用途。
将本发明制得的zno量子点/多孔硅荧光材料用于制备三聚氰胺分子印迹荧光传感器mel-mip的用途。
利用本发明所述的zno量子点/多孔硅荧光材料用于制备三聚氰胺分子印迹荧光传感器mel-mip的方法，包括如下步骤：
三口烧瓶中，称取三聚氰胺mel加入乙醇/水混合溶液中，加入丙烯酸，制备的sio2@znoqds基质材料进行自组装，搅拌过夜，将混合溶液转移到水浴锅中，加入二甲基丙烯酸乙二醇酯egdma和偶氮二异丁腈aibn，氮气氛下开始聚合，最后用乙醇和水洗涤，真空干燥研磨，用甲醇/乙酸混合溶液进行索氏萃取洗涤，真空干燥后即为三聚氰胺表面分子印迹荧光传感器mel-mip。
所述的三聚氰胺mel、丙烯酸、sio2@znoqds基质材料、egdma和aibn的用量比为0.5mmol：0.3～0.6ml：20～100mg：0.12ml：10mg；
乙醇/水混合溶液中，乙醇和水的体积比为1～4:1；
聚合温度为55～65℃；
甲醇/乙酸混合溶液中，甲醇和乙酸的体积比为4：1，萃取时间为72h，重复3次。
本发明对应的三聚氰胺表面非印迹荧光传感器(mel-nip)的制备方法与mel-mip制备方法相同，但不加模板分子mel。
本发明的技术优点：
以sio2@znoqds为荧光基质材料，利用自由基聚合方法合成多孔硅表面分子印迹荧光传感器。本发明利用凝胶溶胶法将znoqds封装到多孔sio2中，不仅解决量子点稳定性问题，提高量子点使用寿命；还通过加入致孔剂制备多孔sio2，解决量子点包埋过深，增加比表面积，拓宽其使用范围。与表面分子印迹技术结合，提高荧光传感器对待检测物质的识别能力和响应速度，为快速、选择性识别检测乳制品中痕量三聚氰胺奠定坚实的理论和实践基础。
附图说明
图1为sio2@znoqds(a)和mel-mip(b)的红外谱图。
图2为znoqds(a)和sio2@znoqds(b)的xrd图。
图3为sio2@znoqds(a)、mel-nip(b)和mel-mip(c)的荧光光谱图。
具体实施方式
下面结合说明书附图及具体实施实例对本发明做进一步说明。
实施例1
(1)二氧化硅/氧化锌量子点荧光材料(sio2@znoqds)的合成
准确称取10mmolznac2·2h2o放入250ml单口烧瓶中，加入100ml乙醇超声30min。将分散好的混合液转移到油浴锅中，82℃℃回流45min得到无色透明溶液。其中，为防止水汽的进入，回流管顶端应该加cacl2干燥管。移取20ml乙酸锌溶液，加入3mmollioh，冰水浴下超声震荡搅拌，制得无色透明zno量子点溶胶。加入6mmolkh-590搅拌修饰，用20ml正己烷反溶剂进行洗涤，然后再加入乙醇溶解，以上操作重复3次。最后的得到的znoqds冷冻干燥，研磨成粉备用。
将0.6gp123溶解于30ml乙醇中，加入10mlsio2水溶胶(水:乙醇:teos＝2:1:2，v:v:v)，混合搅拌2h。再称取制备的量子点60mg，溶解到上述混合液中，搅拌6h。搅拌后，加入200μlhcl进行催化teos水解，暗反应12h，用乙醇洗去表面活性剂，12000rpm/min离心，真空干燥后研磨。最后550℃℃n2气流中灼烧，去除致孔剂p123形成多孔sio2@znoqds荧光材料。
(2)三聚氰胺荧光分子印迹传感器(mel-mip)的制备
100ml三口烧瓶，称取0.5mmolmel放入20ml乙醇/水(1:1，v:v)混合溶液中，加入0.4ml丙烯酸，30mg制备的sio2@znoqds基质材料进行自组装，搅拌过夜。将混合溶液转移到水浴锅中，加入0.12mlegdma和10mgaibn，56℃℃氮气氛下开始聚合。最后用乙醇和水洗涤3次，真空干燥研磨，用甲醇/乙酸(v:v，4:1)混合溶液进行索氏萃取洗涤，真空干燥后即为三聚氰胺表面分子印迹荧光传感器(mel-mip)。
三聚氰胺表面非印迹荧光传感器(mel-nip)的制备方法与mel-mip制备方法相同，但不加模板分子mel。
实施例2
(1)二氧化硅/氧化锌量子点荧光材料(sio2@znoqds)的合成
准确称取10mmolznac2·2h2o放入250ml单口烧瓶中，加入100ml乙醇超声30min。将分散好的混合液转移到油浴锅中，83℃回流60min得到无色透明溶液。其中，为防止水汽的进入，回流管顶端应该加cacl2干燥管。移取20ml乙酸锌溶液，加入4mmollioh，冰水浴下超声震荡搅拌，制得无色透明zno量子点溶胶。加入7mmolkh-590搅拌修饰，用20ml正己烷反溶剂进行洗涤，然后再加入乙醇溶解，以上操作重复3次。最后的得到的znoqds冷冻干燥，研磨成粉备用。
将1.0gp123溶解于30ml乙醇中，加入12mlsio2水溶胶(水:乙醇:teos＝2:1:2，v:v:v)，混合搅拌2h。再称取制备的量子点70mg，溶解到上述混合液中，搅拌6h。搅拌后，加入200μlhcl进行催化teos水解，暗反应12h，用乙醇洗去表面活性剂，12000rpm/min离心，真空干燥后研磨。最后550℃n2气流中灼烧，去除致孔剂p123形成多孔sio2@znoqds荧光材料。
(2)三聚氰胺荧光分子印迹传感器(mel-mip)的制备
100ml三口烧瓶，称取0.5mmolmel放入20ml乙醇/水(2:1，v:v)混合溶液中，加入0.5ml丙烯酸，40mg制备的sio2@znoqds基质材料进行自组装，搅拌过夜。将混合溶液转移到水浴锅中，加入0.12mlegdma和10mgaibn，58℃氮气氛下开始聚合。最后用乙醇和水洗涤3次，真空干燥研磨，用甲醇/乙酸(v:v，4:1)混合溶液进行索氏萃取洗涤，真空干燥后即为三聚氰胺表面分子印迹荧光传感器(mel-mip)。
三聚氰胺表面非印迹荧光传感器(mel-nip)的制备方法与mel-mip制备方法相同，但不加模板分子mel。
实施例3
(1)二氧化硅/氧化锌量子点荧光材料(sio2@znoqds)的合成
准确称取10mmolznac2·2h2o放入250ml单口烧瓶中，加入100ml乙醇超声30min。将分散好的混合液转移到油浴锅中，85℃回流90min得到无色透明溶液。其中，为防止水汽的进入，回流管顶端应该加cacl2干燥管。移取20ml乙酸锌溶液，加入5mmollioh，冰水浴下超声震荡搅拌，制得无色透明zno量子点溶胶。加入8mmolkh-590搅拌修饰，用20ml正己烷反溶剂进行洗涤，然后再加入乙醇溶解，以上操作重复3次。最后的得到的znoqds冷冻干燥，研磨成粉备用。
将1.5gp123溶解于30ml乙醇中，加入15mlsio2水溶胶(水:乙醇:teos＝2:1:2，v:v:v)，混合搅拌2h。再称取制备的量子点80mg，溶解到上述混合液中，搅拌6h。搅拌后，加入200μlhcl进行催化teos水解，暗反应12h，用乙醇洗去表面活性剂，12000rpm/min离心，真空干燥后研磨。最后550℃n2气流中灼烧，去除致孔剂p123形成多孔sio2@znoqds荧光材料。
(2)三聚氰胺荧光分子印迹传感器(mel-mip)的制备
100ml三口烧瓶，称取0.5mmolmel放入20ml乙醇/水(3:1，v:v)混合溶液中，加入0.55ml丙烯酸，50mg制备的sio2@znoqds基质材料进行自组装，搅拌过夜。将混合溶液转移到水浴锅中，加入0.12mlegdma和10mgaibn，58℃氮气氛下开始聚合。最后用乙醇和水洗涤3次，真空干燥研磨，用甲醇/乙酸(v:v，4:1)混合溶液进行索氏萃取洗涤，真空干燥后即为三聚氰胺表面分子印迹荧光传感器(mel-mip)。
三聚氰胺表面非印迹荧光传感器(mel-nip)的制备方法与mel-mip制备方法相同，但不加模板分子mel。
本发明具体实施方式中识别响应和检测性能评价按照下述方法进行：称取一定量的mel-mip/mel-nip配制为水溶液。将一系列已知浓度的目标物溶液加入到比色管中，加入mel-mip/mel-nip水溶液后定容至刻度线，室温下振荡后静置1h，用分子荧光光度计测量系统检测溶液的荧光强度。根据stern-volmerequation(f0/f＝1+ksv[c])以浓度[c]为横坐标，相对荧光强度(f0/f)为纵坐标绘制荧光响应曲线。选择几种结构与三聚氰胺相似物质，作为对比物质，参与mel-mip/mel-nip选择性的研究。
在ph对mel-mip荧光强度影响实验中，发现所制得的mel-mip有很好的稳定性。将mel-mip/mel-nip配置成500mg/l的水溶液，目标物配置成为1mmol/l的水溶液。取10mlmel-mip/mel-nip溶液和一定量待检测三聚氰胺溶液加入到25ml比色管中，并用蒸馏水定容，室温下振荡后静置1h。比色管测试液中三聚氰胺分别浓度为0、10、15、20、30、40μm/l，检测不同浓度的三聚氰胺对mel-mip/mel-nip荧光强度的影响，随着三聚氰胺浓度的升高，荧光强度减弱，然后用荧光分光光度计荧光检测溶液的荧光强度。根据stern-volmerequation(f0/f＝1+ksv[c])以浓度[c]为横坐标，相对荧光强度(f0/f)为纵坐标绘制荧光响应曲线，得到相关系数r2＝0.9979。mel-mip具有很好的荧光检测三聚氰胺的能力。
选择三聚氰酸、双氰胺、三聚氰胺三种目标物，分别配置以上几种物质500μm/l水溶液，取10ml配置好的mel-mip水溶液和1ml结构类似物质的水溶液加入到比色管中，并用蒸馏水定容至25ml，室温下振荡后静置1h，然后用荧光分光光度计检测溶液的荧光光强度。发现三聚氰胺对mel-mip的猝灭远大于其他两种结构类似物质，说明mel-mip对目标物三聚氰胺具有特异性识别能力。结果表明，本发明制备的mel-mip对三聚氰胺有灵敏的荧光响应能力。
图1为sio2@znoqds和mel-mip的红外谱图。从图中可以看出sio2@znoqds在2956cm-1处有微弱的红外吸收，表明-ch3和-ch2-基团的存在，证明kh-590成功修饰在sio2@znoqds的表面；在1060cm-1处出现吸收峰表明si-o基团存在。mel-mip红外谱图在1456cm-1出现吸收峰表明o＝c-o基团；2956cm-1左右处吸收峰明显增强，表明-ch3和-ch2-基团的增加；1718cm-1吸收峰表明c＝o基团的存在；这些吸收峰表明丙烯酸成功印迹在sio2@znoqds表面。
图2为znoqds和sio2@znoqds的xrd图。znoqds的xrd曲线中有7个衍射峰，分别位于31.7、34.5、36.5、47.7、56.5、63.0和67.9，与jcpds卡上zno在(100)、(002)、(101)、(102)、(110)、(103)、(112)对应的衍射晶面一致，因此认为制备的znoqds在kh-590修饰后仍然具有完好的六方纤锌矿结构。加入sio2包覆znoqds后未出现明显的znoqds衍射峰，这是由于sio2的包覆层较厚，遮盖了znoqds的衍射峰，使得sio2@znoqds的xrd图谱只显示出多孔sio2包覆层的衍射峰。
图3为sio2@znoqds、mel-nip和mel-mip的荧光光谱图当在320nm处激发时，sio2@znoqds的荧光发射峰在510nm处；而在其表面覆盖了印迹层后，mel-mip和mel-nip由于尺寸增大而发生红移，发射峰在528nm处。虽然由于印迹层的包覆导致荧光发射峰的减弱，但是仍然具有良好的荧光性能。