本發(fā)明涉及一種可用于次氯酸檢測的熒光傳感器和應用，具體來說，涉及可比率檢測次氯酸的聚合物熒光傳感器及應用，屬于化學材料制備及分析檢測領域。

背景技術：

活性氧物種(ROS)是廣泛存在于生物細胞中一種非常重要的物種，其在生物細胞中的信號傳導、分化、遷移和細胞免疫中均起著非常重要的作用。但是ROS都擁有共同的特性既在生物體內(nèi)的活性較高、含量較低、分布不均，如何去探索他們在生物體內(nèi)的功用變得尤為重要。內(nèi)源性的次氯酸（HOCl）作為ROS中的重要的一員，是過氧化氫（H₂O₂）與氯離子在髓過氧化物酶(MPO)的催化下反應得到的。此外，HOCl被自然界中的多種生物以細菌殺手的身份用于防御系統(tǒng)。作為一種高效的殺菌武器，其機理是由于細菌缺少分解HOCl的酶而必然受到HOCl強氧化性，高活性的作用，導致細菌死亡。在人體內(nèi)，HOCl也是非常重要的，正常水平的HCOl對于人體健康的維持非常重要。然而人體內(nèi)HOCl水平的異常變化時會導致如下的疾?。喝珀P節(jié)炎，動脈硬化癥等。目前，HOCl被應用到一些食品制品的表面處理和生活用水的消毒處理，這些處理難免會殘留一定量的HOCl，長期攝入含有HOCl的水或者食品，對人體的消化系統(tǒng)也會產(chǎn)生不利影響。并且次氯酸因強氧化性和漂白性，使得含有HOCl的生活用水會給日常生活帶來諸多不便。

目前，已經(jīng)發(fā)展起來的檢測次氯酸的方法很多，但是主要以小分子傳感器為主。然而，涉及到小分子傳感器，便不能忽視其所特有的缺陷，首先是小分子傳感器大多數(shù)在純有機溶劑或者混合溶劑中工作，因為有機溶劑的生物毒性限制了它的可應用性；其次是小分子傳感器在水中會因為彼此之間的π-π相互作用導致聚集，進一步限制了可應用性。這也導致這類傳感器在實際檢測中運用的可行性降低。因此，發(fā)明一種簡單、低成本、優(yōu)良的水溶性、生物毒性低、且高效的快速檢測技術具有相當重要的現(xiàn)實意義和應用前景。近年來，聚合物熒光傳感器因其優(yōu)異的水溶性、低細胞毒性、無有機溶劑殘留、可設計性強、高靈敏度、高選擇性等優(yōu)點，受到了越來越多的關注，在化學、醫(yī)學和環(huán)境科學等研究領域顯示了極其廣闊的應用前景。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種可比率檢測次氯酸的聚合物熒光傳感器及應用，該熒光傳感器以聚乙二醇單甲醚鏈轉移劑（PEG-TTC），苯乙烯（St），4-溴-1,8-萘酰二酐和異硫氰酸烯丙酯為原料制備。進一步應用研究表明，該熒光傳感器能夠實現(xiàn)對次氯酸的高靈敏度、高選擇性的快速比率檢測。

本發(fā)明的目的是通過下述方式實現(xiàn)的：

一種可比率檢測次氯酸的聚合物熒光傳感器，由兩親性接枝共聚物在水中自組裝而成，所述兩親性接枝共聚物的結構式為：

式中n/x/y為90~10：20~5：1，R為C₆-C₂₀的正烷基中的一種。

一種可比率檢測次氯酸的聚合物熒光傳感器的制備，包括以下步驟：

（1）將一定量的4-（2-氨乙基）嗎啉和4-溴-1,8-萘酰二酐溶解于乙二醇甲基醚中，置于N₂保護和避光的條件下，快速升溫至110~130℃攪拌4小時，再加一定量的蒸餾水沉淀，抽濾得到所需產(chǎn)物，真空干燥，得產(chǎn)物1；

（2）取一定量的產(chǎn)物1溶解于乙二胺，將混合溶液置于避光和N₂保護的條件下70~90℃攪拌4小時，反應結束后旋轉蒸發(fā)除去大部分（85~95%）乙二醇甲基醚，過柱提純產(chǎn)物，真空干燥，得到產(chǎn)物2；

（3）將一定量的產(chǎn)物2和異硫氰酸烯丙酯溶解于乙醇與二氯甲烷體積比為1：1的混合溶液中，置于N₂保護和避光的條件下，20~30℃攪拌4小時，反應結束后抽濾，真空干燥，得產(chǎn)物3；

（4）將聚乙二醇單甲醚鏈轉移劑（PEG-TTC,分子量為5000）、苯乙烯、產(chǎn)物3和偶氮二異丁腈溶解于0.5~2 mL的N,N-二甲基酰胺（DMF）中，保持聚乙二醇單甲醚鏈轉移劑濃度為0.01~0.1 mol/L，冰浴條件下抽真空-充氮氣循環(huán)三次，然后快速升溫至80~100℃反應4小時，反應結束后用乙醚沉淀，抽濾，真空干燥，得產(chǎn)物4；

（5）取步驟（2）合成的產(chǎn)物4配成一定濃度的四氫呋喃(THF)溶液，然后取以0.1~0.4 mL的溶液定容到1 mL，在快速攪拌的條件下將10 mL的水緩慢加入到上述溶液中，滴加完成之后繼續(xù)攪拌10~30 min，然后在室溫下減壓除去THF，定容到10 mL得到所需的熒光傳感器，即一種可比率檢測次氯酸的聚合物熒光傳感器。

根據(jù)上述制備方法制備的聚合物熒光傳感器，所述步驟（1）中，4-（2-氨乙基）嗎啉和4-溴-1,8-萘酰二酐摩爾比為1~2:1；所述步驟（2）中，產(chǎn)物1在乙二胺中的濃度為0.1~1 mol/L；所述步驟（3）中，N-(氨乙基嗎啉)-4-氨乙基-1,8-萘酰二酐和異硫氰酸烯丙酯的摩爾比為1:1~2；保持N-(氨乙基嗎啉)-4-氨乙基-1,8-萘酰二酐在混合溶液中的濃度為0.01~0.1 mol/l；所述步驟（4）中，聚乙二醇單甲醚鏈轉移劑（PEG-TTC）、苯乙烯、產(chǎn)物1和偶氮二異丁腈摩爾比為3.5:660~688:12~40:1；所述步驟（5）中，產(chǎn)物2在四氫呋喃中的濃度為0.5~3 mg/mL。

根據(jù)上述制備方法制備的熒光傳感器，其具體的反應過程如下：

式中n/x/y為90~10:20~5:1，R為C₆-C₂₀的正烷基中的一種。

本發(fā)明提供了一種可比率檢測次氯酸的聚合物熒光傳感器在比率檢測次氯酸中的應用。

本發(fā)明以聚乙二醇單甲醚鏈轉移劑（PEG-TTC），苯乙烯（St），4-溴-1,8-萘酰二酐和異硫氰酸烯丙酯為原料來制備所需要的聚合物熒光傳感器，該聚合物熒光傳感器在的pH為5的緩沖溶液稀釋之后，在有HOCl存在時，在444 nm處會隨著HOCl濃度的增加出現(xiàn)顯著的熒光增強現(xiàn)象，而在551 nm處，隨著HOCl濃度的增加呈現(xiàn)明顯的熒光下降現(xiàn)象，進而表現(xiàn)出明顯的比率檢測效果。并且隨著次氯酸濃度的增加，可見光下溶液逐漸由明亮的綠色變?yōu)闊o色，而在紫外光下，溶液由明亮的綠色熒光逐漸變?yōu)槊髁恋乃{色熒光。顯示出明顯的比色效果。而且該熒光傳感器對次氯酸的檢測具有明顯的高選擇性快速響應，并且能達到高靈敏度檢測的效果。相比于現(xiàn)有的一些檢測技術，本發(fā)明中的熒光化學傳感器成本投入較少，合成路線簡單、后處理方便、可直接對次氯酸實現(xiàn)快速特異性識別，尤其是在溶酶體等生理環(huán)境pH為5左右的生物體內(nèi)環(huán)境的應用有著極其重要的意義。

總而言之，本發(fā)明提供了一種可比率檢測次氯酸的聚合物熒光傳感器及其應用，該聚合物熒光傳感器制備簡單，靈敏度高，有望在生物材料科學領域得到廣泛應用。

附圖說明

圖1為制備的聚合物熒光傳感器的粒徑圖。

圖2為制備的聚合物熒光傳感器對次氯酸的識別示意圖。

圖3為不同HOCl濃度時，聚合物熒光傳感器的熒光發(fā)射光譜變化圖（激發(fā)波長：420 nm），[HOCl] = 0（a），1.0×10^-7 mol/l（b）, 2.0×10^-7 mol/l（c）, 3.0×10^-7 mol/l（d），6×10^-7 mol/l（e），1.0×10^-6mol/l（f）, 1.5×10^-6mol/l（g）, 2×10^-6 mol/l（h），3.0×10^-6mol/l（i）。

圖4為聚合物熒光傳感器隨HOCl濃度變化的熒光強度變化值對應的擬合曲線和該曲線所對應的函數(shù)圖。

圖5為各種離子對該聚合物熒光傳感器熒光比率強度的選擇性對比數(shù)據(jù)圖，加入后的離子的濃度均為5.0×10^-5 mol/l，次氯酸濃度為1.0×10^-6 mol/L，I₄₄₄和I₅₅₁為各離子和過氧化物加入前后的熒光傳感器在以420nm為激發(fā)波長，444 nm和551 nm為發(fā)射波長處的熒光強度變化值。

圖6為各種離子對聚合物熒光傳感器的熒光比率強度的干擾性對比數(shù)據(jù)圖，加入后的各種離子的濃度均為5.0×10^-5 mol/l，次氯酸濃度為1.0×10^-6 mol/L，I₄₄₄和I₅₅₁為各離子和過氧化物加入前后的熒光傳感器在以420nm為激發(fā)波長，444 nm和551 nm為發(fā)射波長處的熒光強度變化值。

具體實施方式

下面結合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。

實施例1：一種可比率檢測次氯酸的熒光傳感器的制備，具體步驟以下：

（1）將4-溴-1,8-萘酰二酐（10 mmol）和4-（2-氨乙基）嗎啉（10 mmol）溶解于乙二醇甲基醚（10 mL）中，置于N₂保護和避光的條件下，快速升溫至120℃攪拌4小時，反應結束后直接加入到40 mL的蒸餾水沉淀，抽濾得到所需產(chǎn)物，真空干燥，得產(chǎn)物1；

（2）取步驟（1）合成的產(chǎn)物1（3 mmol）溶解于10 mL的乙二胺，將混合溶液置于避光和N₂保護的條件下80℃攪拌4 h，反應結束后旋轉蒸發(fā)除去大部分（85~95%）乙二醇甲基醚，過柱提純產(chǎn)物，真空干燥，得到產(chǎn)物2；

（3）將步驟（2）合成的產(chǎn)物2（0.82 mmol）溶解于乙醇（8 mL）與二氯甲烷（6 mL） 的混合溶液中，異硫氰酸烯丙酯（0.90 mmol）溶于2 mL的二氯甲烷中，置于N₂保護和避光的冰浴條件下，將溶有異硫氰酸烯丙酯的二氯甲烷溶液緩慢滴加到溶有N-(氨乙基嗎啉)-4-氨乙基-1,8-萘酰二酐的混合溶液中，滴加完成之后25℃攪拌4小時，反應結束后抽濾，真空干燥，得產(chǎn)物3，收率為68%；

（4）取步驟（3）合成的產(chǎn)物3（0.2 mmol），與PEG-TTC（0.02 mmol）、苯乙烯（3.8 mmol）和偶氮二異丁腈(0.0057 mmol)一起溶于1 mL的DMF中，冰浴條件下抽真空和充氮氣循環(huán)三次。升溫至90℃反應4 h，反應結束后用15 mL乙醚沉淀，離心，真空干燥，得到黃綠色固體產(chǎn)物4；

（5）取步驟（4）合成的產(chǎn)物4配制為濃度為2 mg/mL的四氫呋喃(THF)溶液，然后取0.2 mL的溶液定容到1 mL，在快速攪拌的條件下將10 mL的水緩慢加入到上述溶液中，滴加完成之后繼續(xù)攪拌30 min，然后利用常溫減壓方法除去THF，定容到10 mL得到所需的熒光傳感器，即一種可比率檢測次氯酸的聚合物熒光傳感器。該聚合物熒光傳感器以納米粒子的形式存在，其粒徑數(shù)據(jù)如圖1所示。

實施例2：一種可比率檢測次氯酸的熒光傳感器的制備，具體步驟以下：

（1）將4-溴-1,8-萘酰二酐（10 mmol）和4-（2-氨乙基）嗎啉（10 mmol）溶解于乙二醇甲基醚（10 mL）中，置于N₂保護和避光的條件下，快速升溫至120℃攪拌4小時，反應結束后直接加入到40 mL的蒸餾水沉淀，抽濾得到所需產(chǎn)物，真空干燥，得產(chǎn)物1；

（2）取步驟（1）合成的產(chǎn)物1（3 mmol）溶解于10 mL的乙二胺，將混合溶液置于避光和N₂保護的條件下80℃攪拌4 h，反應結束后旋轉蒸發(fā)除去大部分（85~95%）乙二醇甲基醚，過柱提純產(chǎn)物，真空干燥，得到產(chǎn)物2；

（3）將步驟（2）合成的產(chǎn)物2（0.82 mmol）溶解于乙醇（8 mL）與二氯甲烷（6 mL） 的混合溶液中，異硫氰酸烯丙酯（0.82 mmol）溶于2 mL的二氯甲烷中，置于N₂保護和避光的冰浴條件下，將溶有異硫氰酸烯丙酯的二氯甲烷溶液緩慢滴加到溶有N-(氨乙基嗎啉)-4-氨乙基-1,8-萘酰二酐的混合溶液中，滴加完成之后25℃攪拌4小時，反應結束后抽濾，真空干燥，得產(chǎn)物3；

（4）取步驟（3）合成的產(chǎn)物3（0.4 mmol），與PEG-TTC（0.02 mmol）、苯乙烯（3.6 mmol）和偶氮二異丁腈(0.0057 mmol)一起溶于1 mL的DMF中，冰浴條件下抽真空和充氮氣循環(huán)三次。升溫至90℃反應4 h，反應結束后用15 mL乙醚沉淀，離心，真空干燥，得到黃綠色固體產(chǎn)物4；

（5）取步驟（4）合成的產(chǎn)物4配制為濃度為2 mg/mL的四氫呋喃(THF)溶液，然后取0.2 mL的溶液定容到1 mL，在快速攪拌的條件下將10 mL的水緩慢加入到上述溶液中，滴加完成之后繼續(xù)攪拌30 min，然后利用常溫減壓方法除去THF，定容到10 mL得到所需的熒光傳感器，即一種可比率檢測次氯酸的聚合物熒光傳感器。該聚合物熒光傳感器以納米粒子的形式存在，其粒徑數(shù)據(jù)如圖1所示。

實施例3：一種可比率檢測次氯酸的熒光傳感器的制備，具體步驟以下：

（1）將4-溴-1,8-萘酰二酐（10 mmol）和4-（2-氨乙基）嗎啉（10 mmol）溶解于乙二醇甲基醚（10 mL）中，置于N₂保護和避光的條件下，快速升溫至120℃攪拌4小時，反應結束后直接加入到40 mL的蒸餾水沉淀，抽濾得到所需產(chǎn)物，真空干燥，得產(chǎn)物1；

（2）取步驟（1）合成的產(chǎn)物1（3 mmol）溶解于10 mL的乙二胺，將混合溶液置于避光和N₂保護的條件下80℃攪拌4 h，反應結束后旋轉蒸發(fā)除去大部分（85~95%）乙二醇甲基醚，過柱提純產(chǎn)物，真空干燥，得到產(chǎn)物2；

（3）將步驟（2）合成的產(chǎn)物2（0.82 mmol）溶解于乙醇（8 mL）與二氯甲烷（6 mL） 的混合溶液中，異硫氰酸烯丙酯（1.07 mmol）溶于2 mL的二氯甲烷中，置于N₂保護和避光的冰浴條件下，將溶有異硫氰酸烯丙酯的二氯甲烷溶液緩慢滴加到溶有N-(氨乙基嗎啉)-4-氨乙基-1,8-萘酰二酐的混合溶液中，滴加完成之后25℃攪拌4小時，反應結束后抽濾，真空干燥，得產(chǎn)物3；

（4）取步驟（3）合成的產(chǎn)物3（0.1 mmol），與PEG-TTC（0.02 mmol）、苯乙烯（3.9 mmol）和偶氮二異丁腈(0.0057 mmol)一起溶于1 mL的DMF中，冰浴條件下抽真空和充氮氣循環(huán)三次。升溫至90℃反應5 h，反應結束后用15 mL乙醚沉淀，離心，真空干燥，得到黃綠色固體產(chǎn)物4；

（5）取步驟（4）合成的產(chǎn)物4配制為濃度為2 mg/mL的四氫呋喃(THF)溶液，然后取0.2 mL的溶液定容到1 mL，在快速攪拌的條件下將10 mL的水緩慢加入到上述溶液中，滴加完成之后繼續(xù)攪拌30 min，然后利用常溫減壓方法除去THF，定容到10 mL得到所需的熒光傳感器，即一種可比率檢測次氯酸的聚合物熒光傳感器。該聚合物熒光傳感器以納米粒子的形式存在，其粒徑數(shù)據(jù)如圖1所示。

實施例4：次氯酸的檢測實驗。

取9個5 mL樣品瓶，分別加入實施例1中所得的熒光傳感器溶液0.3 mL（該聚合物熒光傳感器原溶液的濃度為0.02 mg/mL），依次加入2.7 mL的pH為5的緩沖溶液溶液，攪拌3min之后分別將濃度為[HOCl] = 0（a），1.0×10^-4 mol/L（b），2.0×10^-4 mol/L（c），3.0×10^-4 mol/L（d），6×10^-4 mol/L（e），1.0×10^-3mol/L（f），1.5×10^-3mol/L（g），2×10^-3 mol/L（h），3.0×10^-3 mol/ L（i）的3μl次氯酸溶液加入9個樣品瓶中，常溫下攪拌1 min后，以420nm為激發(fā)波長，分別測定每個樣品的熒光發(fā)射光譜，得9個樣品的熒光發(fā)射光譜變化圖，見圖3。測定結果表明：該聚合物熒光傳感器在444 nm處的熒光強度隨著次氯酸濃度的逐漸增加而逐步上升，而在551 nm處的熒光強度明顯下降。根據(jù)圖3中444 nm和551 nm處熒光強度比率變化值與濃度的變化關系可作出對應的擬合后的比較理想的函數(shù)曲線圖和該曲線所對應的函數(shù)圖（y=a +b*x，a=0.0460，b=0.0012，R²=0.9972），見圖4。

實施例5：其它離子和過氧化物影響的對比檢測實驗。

取14個5 mL樣品瓶，分別裝入實施例1中所得的聚合物熒光傳感器溶液0.3 mL（該熒光傳感器濃度為0.02 mg/mL），然后依次加入2.7 mL的pH為5的緩沖溶液，攪拌3 min之后分別將濃度為5.0×10^-2mol/L的NO₂^-、SO₃^2-、SO₄^2-、NO₃^-、HPO₄^2-、H₂PO₄^-、NO?（亞硝基自由基）、HO?（羥基基自由基）、t-BuO?（過氧化叔丁基自由基）、¹O₂（單線態(tài)氧）、H₂O₂（過氧化氫）、TBHP（過氧化叔丁醇）溶液和濃度為1.0×10^-3mol/L 的HClO溶液各取3μL加入另外前13個樣品瓶中，14號樣品為空白樣。然后分別測定14個樣品在420 nm波長激發(fā)下的熒光光譜數(shù)據(jù)，得到在444 nm和551 nm波長發(fā)射處的熒光比率變化值，結果見圖5。測定結果表明：除了次氯酸外，其它上述各種離子和過氧化物對所制備的聚合物熒光傳感器的熒光比率強度沒有明顯影響。

實施例6：其它離子和過氧化物共存時的影響的對比檢測實驗。

取14個5 mL樣品瓶，分別裝入實施例1中所得的聚合物熒光傳感器溶液0.3mL（該聚合物熒光傳感器濃度為0.02 mg/mL），然后依次加入2.7 mL的pH為5的緩沖溶液，攪拌3 min之后，1號為空白樣品，其余樣品瓶依次加入 1.0×10^-3mol/L的HClO溶液3μL，繼續(xù)攪拌1 min，然后分別將3μL的濃度為5.0×10^-2mol/L的NO₂^-、SO₃^2-、SO₄^2-、NO₃^-、HPO₄^2-、H₂PO₄^-、NO?（亞硝基自由基）、HO?（羥基基自由基）、t-BuO?（過氧化叔丁基自由基）、¹O₂（單線態(tài)氧）、H₂O₂（過氧化氫）、TBHP（過氧化叔丁醇）加入到3號至14號樣品瓶中。攪拌5 min之后然后分別測定14個樣品在420 nm為波長激發(fā)下的熒光光譜數(shù)據(jù)，得到在444 nm和551 nm波長發(fā)射處的熒光比率變化值，結果見圖6。測定結果表明：除了次氯酸外，其它上述各種離子和過氧化物對所制備的聚合物熒光傳感器的熒光比率強度沒有明顯影響。

上述實施例用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進行限制，在本發(fā)明的精神和權利要求的保護范圍內(nèi)，對本發(fā)明所作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護范圍。