L-Hyp印迹光子晶体传感器的构筑及识别性能研究

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L-羟脯氨酸(L-Hyp)是动物皮胶原中特有的氨基酸,其可以作为制革浸灰程度判断的关键指标,因此测定浸灰液中L-Hyp的浓度具有重要的科研价值。比色法和高效液相色谱技术是目前L-Hyp检测中应用最广泛的检测技术,但仍存在成本高、耗时长、操作复杂等局限性。发展一种简便、快捷、准确的L-Hyp检测方式极为迫切。分子印迹技术由于具有结构预定和选择识别性,可以有效选择识别特定分子,被广泛地应用于生物传感器方面。光子晶体是一类具有周期排列结构的材料,外界环境变化会使得光子晶体的布拉格衍射特性发生变化,因此,在可视化传感方面也有潜在的应用前景。基于此,本文将分子印迹技术与光子晶体相结合,构筑了三类L-Hyp印迹光子晶体传感器,并对其制备条件与识别性能进行了研究。所得结果如下:(1)采用St?ber法制备了不同粒径的单分散SiO2微球,并将其用于光子晶体的构筑。选择BOC-L-羟脯氨酸(BOC-L-Hyp)为模板分子,丙烯酰胺(AM)与甲基丙烯酸(MAA)为功能单体,N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(BIS)为交联剂,通过热引发聚合制备了反蛋白石结构的L-Hyp印迹聚合物(MIPH)。通过纳米粒度分析仪(DLS)、扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)和紫外-可见分光光度计(Vis-UV)等对所制备SiO2、光子晶体和MIPH的粒径与孔径分布、形貌、结构以及布拉格衍射特性进行了分析表征。结果表明,通过控制氨水用量得到不同粒径的SiO2微球。分别选择粒径为210 nm、251 nm和309 nm的SiO2制备了具有三种结构色的光子晶体,在490~700 nm范围内结构色明显。使用分子印迹技术制备了具有不同孔径的反蛋白石结构MIPH。MIPH的平均孔径分别为170 nm、215 nm和252 nm,在400~550 nm范围展现出优异的光学性质。考察了不同BOC-L-Hyp 用量、单体用量、交联剂用量、HF 刻蚀时间以及 pH 等因素对 MIPH 识别性能的影响,得到了 MIPH的最优制备条件。研究了不同L-Hyp浓度下,MIPH对L-Hyp的响应性、选择性和重复利用性。结果表明,MIPH的布拉格衍射峰随着L-Hyp浓度的增大逐渐向长波长方向移动。L-Hyp浓度在1×10-6 mol·L-1至1 ×10-1 mol·L-1范围内,MIPH的布拉格衍射峰偏移量Δλ与L-Hyp浓度的对数成正比,偏移量最高可达59 nm。对模拟浸灰液中的L-Hyp进行分析,MIPH在0 mol·L-1的L-Hyp浸灰模拟液中的结构色为绿色,当L-Hyp浓度逐渐增大,MIPH的结构色红移至黄绿色。该材料在L-Hyp的分析检测中具有潜在的应用前景。(2)对比第一章,制备了蛋白石结构光子晶体阵列传感器。以BOC-L-Hyp为模板分子,甲基丙烯酸甲酯(MMA)和AM为单体,偶氮二异丁基脒盐酸盐(V50)为引发剂,通过无皂乳液聚合制备蛋白石结构L-Hyp印迹光子晶体阵列(MIPCA)。通过DLS、SEM、FT-IR和Vis-UV对MIPCA的粒径分布、形貌、结构及光学性质进行分析。结果表明,通过调节实验参数,得到粒径分别为196nm、220nm和260nm的单分散甲基丙烯酸甲酯微球,在400~700nm波长处呈现不同颜色的结构色。MIPCA光子晶体阵列自组装为三维立体排列紧密的蛋白石结构。探讨了 MMA用量、AM用量以及模板分子用量对MIPCA识别性能的影响。分析了 MIPCA和NIPCA对L-Hyp的响应性和选择性。实验结果表明:MIPCA对L-Hyp具有高度灵敏性,L-Hyp浓度在0~20 mmol.L-1浓度范围内,MIPCA的布拉格衍射峰的偏移量与L-Hyp浓度呈线性关系,最大偏移量为22 nm。同时,NIPCA的布拉格衍射峰几乎不发生偏移。同时,所制备MIPCA表现出良好的选择性和稳定性。(3)在上一章基础上,引入荧光量子点制备荧光光子晶体阵列检测卡。CdSe/ZnS@COOH量子点是一类较为新颖的纳米发光材料,采用直接浸渍的方式,通过将量子点组装至分子印迹微球中,制备了 L-Hyp分子印迹荧光检测卡。通过 SEM、TEM、FT-IR 和 XPS 对 CdSe/ZnS@MIPCs PC 的形貌和结构进行分析,结果表明,量子点成功修饰至印迹微球表面。通过荧光光谱对CdSe/ZnS@MIPCs PC 的光学性能进行了研究。结果表明,CdSe/ZnS@MIPCs PC表现出亮绿色荧光,在365 nm激发下,最大发射波长为537nm。探索了不同pH对CdSe/ZnS@MIPCs PC荧光强度的影响,当pH为 6 时,CdSe/ZnS@MIPCs PC 的荧光强度最大。分析了 CdSe/ZnS@MIPCs PC对不同浓度BOC-L-Hyp的响应性,BOC-L-Hyp能够有效淬灭CdSe/ZnS@MIPCs PC 的荧光。在 0.7~20 μmol·L-1 浓度范围内,对 BOC-L-Hyp具有响应性,检测限为0.7μmol·L-1,检测限低,灵敏度较高。
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